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智能交通系統（Intelligent Transport System，即ITS）采用信息技術(shù)、計算機技術(shù)、控制技術(shù)等于手段對傳統交通運行系統進(jìn)行改造，以達到增強系統運行效率、提高系統可靠性和安全性、減少能源消耗和對自然界的污染等目的。ITS總體來(lái)說(shuō)包括四部分：交通信息采集部分、車(chē)輛調度控制部分、電子收費系統和交通信息服務(wù)。其中的每個(gè)部分都需要車(chē)載終端的參與：在交通信息采集部分，需要車(chē)載終端提供車(chē)輛的準確定位信息和車(chē)輛運行情況信息；在車(chē)輛調度控制部分，車(chē)載終端作為控制的接收端，負責接收ITS中心的調度指揮信息；電子收費系統需要車(chē)載終端與收費站自動(dòng)完成付費交易；車(chē)載終端還是交通信息服務(wù)的接收平臺，把服務(wù)顯示給車(chē)輛駕駛員和乘客。因此，車(chē)載終端是ITS系統中非常重要的組合部分。本文所介紹的“車(chē)載GPS智能終端”就是ITS車(chē)載終端的一個(gè)具體實(shí)現。下面詳細介紹車(chē)載終端系統的功能與設計實(shí)現方法。 一．車(chē)載GPS智能終端的功能 根據ITS系統的要求，車(chē)載GPS智能終端應具有如下功能： （1）車(chē)輛定位； （2）終端與ITS控制中心通訊； （3）報警，包括主動(dòng)報警和自動(dòng)報警； （4）在必要時(shí)進(jìn)行車(chē)內監聽(tīng)； （5）在必要時(shí)控制汽車(chē)熄火； （6）顯示調度信息。 另外，車(chē)載GPS智能終端還根據用戶(hù)需要實(shí)現了其它功能： （1）可撥打車(chē)載電話(huà)； （2）限制車(chē)輛行駛范圍和行駛時(shí)間，監控車(chē)輛的行駛軌跡等。車(chē)載GPS智能終端的這些功能使其特點(diǎn)適用于汽車(chē)保險、運輸車(chē)隊或出租車(chē)隊的管理、調度等領(lǐng)域。 二．基于GPS-GSM/GPRS的ITS系統設計 目前全球衛星定位系統（Global Positioning System，GPS）的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，使用也非常方便，通過(guò)專(zhuān)用的GPS模塊即可方便地獲得車(chē)載GPS智能終端所在的全球定位坐標。其定位精度比較高，一般誤小于15m。 如何把定位信息發(fā)送給ITS中心一直是比較難解決的問(wèn)題之一。以往的ITS系統多采用集群通信系統實(shí)現車(chē)載終端與ITS中心的通訊。但是這種系統具有覆蓋區域小、安裝維護費用高、技術(shù)復雜等缺點(diǎn)。近兩年隨著(zhù)GSM/GPRS網(wǎng)在中國的普及，車(chē)載終端通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)與ITS中心通訊的方式已經(jīng)成為最受歡迎的方式。這主要由于以下原因： （1）GSM/GPRS網(wǎng)覆蓋面廣，目前已經(jīng)遍及我國大部分地區，包括鄉村和邊遠地區； （2）無(wú)需建網(wǎng)、維護； （3）GSM/GPRS網(wǎng)可靠性高、誤碼率低； （4）使用短消息功能或GPRS進(jìn)行數據傳輸，費用比較低； （5）由于GSM/GPRS技術(shù)使用廣泛，提供相應通訊模塊的廠(chǎng)商較多，價(jià)格也比較合理。這里設計的ITS系統就是基于GPS衛星系統和GSM/GPRS這兩大系統的。其結構如圖1所示。 首先車(chē)載GPS智能終端通過(guò)GPS衛星定位自己的全球坐標；然后以消息或GPRS數據通訊方式把定位信息發(fā)送到ITS中心，ITS中心的控制調度命令也是通過(guò)GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到車(chē)載GPS智能終端中，終端與ITS中心的通訊符合專(zhuān)用的命令協(xié)議；最后，互聯(lián)網(wǎng)的用戶(hù)還可以通過(guò)VPN專(zhuān)用網(wǎng)技術(shù)或其它安全聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接到ITS中心，以控制、查看車(chē)載終端的狀態(tài)。 三．車(chē)載GPS智能終端硬件系統的設計 車(chē)載GPS智能終端利用單片機與GSM模塊聯(lián)合設計了一個(gè)符合經(jīng)濟型終端功能需求的硬件解決方案。其硬件系統結構如圖2所示。 （1）主控單片機 主控單片機采用具有兩個(gè)串口的高性能單片機W77E58。在系統中，主控單片機負責接收用戶(hù)的手柄輸入信號和GPS輸入信號；對GPS信號進(jìn)行計算，以獲得當前的經(jīng)、緯度坐標；接收并解析ITS中心發(fā)送的短消息命令，按命令進(jìn)行上傳定位坐標、報警等操作；另外還負責把系統的運行狀態(tài)及ITS的信息通過(guò)液晶屏顯示出來(lái)。 （2）GSM模塊 使用GSM模塊可以方便地利用GSM網(wǎng)進(jìn)行通訊。它同主控制器以串行口的方式連接，并采用一定的波特率進(jìn)行通信。主控制器可以通過(guò)AT命令控制GSM模塊使其發(fā)送短消息，使用GPRS傳送數據或進(jìn)行語(yǔ)音通話(huà)。GSM模塊硬件連接圖如圖3所示。 GSM模塊與單片機之間采用標準的串行口進(jìn)行通訊，通訊的最高波特率可以達到115200bit/s。GSM模塊與SIM卡之間主要通過(guò)SIMCLK和SIMDATA信號線(xiàn)進(jìn)行數據通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達之間的時(shí)間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個(gè)電信運營(yíng)商提供的。在使用GPRS功能時(shí)，還需要選擇支持GPRS的SIM卡，并開(kāi)通GPRS服務(wù)。GSM模塊還支持驅動(dòng)兩路麥克風(fēng)、兩路揚聲器和一路蜂鳴器。其中一路麥克風(fēng)和揚聲器可以連到手柄的聽(tīng)筒上，以實(shí)現車(chē)載電話(huà)功能。 （3）GPS模塊 GPS模塊用于接收GPS衛星的信號，并計算出車(chē)載終端目前所在位置。采用的GPS模塊由變頻器、信號通道、微處理器和存儲單元組成。GPS模塊通過(guò)串行口向主控制器發(fā)送定位坐標；主控制器也可以向GPS模塊發(fā)送設置命令，以控制GPS模塊的狀態(tài)和工作方式。GPS模塊需要配備專(zhuān)門(mén)的GPS天線(xiàn)接收GPS衛星信號。一般在比較開(kāi)闊的地區，需接收到三顆以上的GPS衛星信號才能進(jìn)行準確定位。在車(chē)載GPS智能終端系統中，把天線(xiàn)放置在車(chē)頂可以有比較好的定位效果。 （4） 電源模塊 電源模塊用于給系統中的其它模塊供電。終端系統需要電源模塊提供三路電壓，分別為：3.6V、5V、3.3V。其中，GSM模塊在發(fā)送和接收數據時(shí)需要的電流比較大（約為2A），選用了National公司的LM2576電源芯片。它是一種PWM方式調制的高功率穩壓芯片，可以提供高達3.5A的尖鋒電流。電源模塊中還設計了后備電池系統，在車(chē)載電源不工作或被破壞時(shí)給車(chē)載GPS終端供電。在車(chē)載電源工作正常的情況下，后備電池會(huì )自動(dòng)被充電。 四．車(chē)載GPS智能終端軟件系統的設計 首先介紹程序響應的中斷系統。由于單片機與模塊之間的通訊是不定期、不定長(cháng)的通訊，為了保證不出現阻塞情況，系統采用中斷接收方式：把接收到的所有數據在中斷過(guò)程中放入對應的循環(huán)緩沖區之中，然后由主程序解析接收到的串口數據。單片機還要響應另外兩個(gè)中斷：一個(gè)是報警按鈕被按下時(shí)觸發(fā)的中斷；另一個(gè)是定時(shí)中斷，它每20ms觸發(fā)一次，用于檢測GSM模塊的超時(shí)應答。 車(chē)載GPS智能終端軟件系統的主要功能是由主程序完成的。主程序采用狀態(tài)機的系統結構，其總體結構圖如圖4所示。其中，（a）為總體流程框圖，（b）為GSM報文處理部分流程圖，（c）為GPS報文處理部分流程圖。終端可以處于8種狀態(tài)：空閑、上傳定位信息、定時(shí)上傳定位信息、撥號、通話(huà)中、網(wǎng)絡(luò )無(wú)法連通、GPS無(wú)法定位、報警。狀態(tài)間的切換主要由ITS中心通過(guò)發(fā)送消息的命令報文控制。 程序工作時(shí)先進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入主控制循環(huán)。在主控制循環(huán)中首先檢查GSM數據緩沖區中是否有完整的GSM數據包，如果有則進(jìn)行解析，并根據協(xié)議中的控制命令改變終端所處的狀態(tài)。接著(zhù)判斷GPS數據緩沖區中是否有完整的GPS數據包，如果有則取出并解析出當前的全球定位坐標，以供上傳坐標時(shí)使用。最后根據終端所處的狀態(tài)對終端進(jìn)行操作，例如：如果終端處于上傳定位消息的狀態(tài)，則控制GSM模塊上傳定的消息。 實(shí)驗證明，車(chē)載GPS智能終端可以較好地完成終端定位、與ITS中心通訊、報警、撥打車(chē)載電話(huà)等功能，并且具有成本較低、系統覆蓋面廣、使用維護費用低、通訊可靠等特點(diǎn)。但是，由于系統主要采用GSM系統的短消息進(jìn)行通訊，因此無(wú)法做到實(shí)時(shí)通訊。在本系統的基礎上稍加改進(jìn)就可以使用GPRS技術(shù)代替短消息進(jìn)行數據傳輸，其“永遠在線(xiàn)”的特點(diǎn)可保證數據的實(shí)時(shí)傳輸。 |
