ＧＰＳ／ＧＰＲＳ車載監控終端的設計與實現

摘 要：隨著智能交通系統得到廣泛重視，對車輛精確監控與調度的需求也越來越迫切。介紹了GPS/GPRS車輛監控系統的總體結構和車載終端的主要功能，利用高性能的ATMEGA64(L)單片機和SIM508通信模塊為核心，設計并實現了一款功能強大的監控系統車載終端。經多次測試，系統性能穩定，效果良好。

關鍵詞：車輛監控；GPS；GPRS；車載終端

中圖分類號：TN91 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1518603

Design and Implementation of Vehicle Supervision Terminal Based on GPS/GPRS

TIAN Ricai，HUANG Jia

(Communication Research Center，Harbin Institute of Technology，Harbin，150001，China)

Abstract：As people attaching more importance to the intelligent traffic system，the demand of vehicle exact supervision is more and more urgent.In this paper，the overall structure of vehicle supervision system and the main functions of vehicle terminal based on GPS/GPRS are introduced，and a powerful vehicle terminal of supervision system whose core parts are the high performance ATMEGA64(L) microcontroller and the SIM 508 communication module is designed.The system is tested for many times，and it is proved to have stable performance and good results.

Keywords：vehicle supervision;GPS;GPRS;terminal of vehicle

近年來，隨著汽車的普及和道路的建設，城際間的經濟往來更加頻繁，活動的區域也越來越大，由此產生了交通擁擠、車禍增加、廢氣排放量增加等嚴重問題。智能交通系統(Intelligent Transport System)的出現有效地改善了以上各種交通問題。車載監控系統是智能交通系統的一個分支，它集先進的無線定位技術、地理信息系統和現代移動通信技術于一身，不僅在智能交通系統中擔負主要作用，同時還能提供防盜防搶劫報警、緊急醫療求助、娛樂等多種服務。這些都促使各研發機構大力開發車輛監控系統，本文就選取整個系統中的車載終端模塊進行設計與實現。

1 車輛監控系統總體結構

整個系統由GPS衛星、車載終端、通信網絡(GPRS和Internet)和監控中心組成。車輛在運行過程中，車載終端的GPS接收機接收定位數據，計算出車輛當前的經度、緯度、速度、航向和其他信息(時間、狀態)等，然后通過GPRS網絡傳送到具有靜態IP地址的監控中心，并存入中心數據庫。監控中心在接到車輛上傳的信息后，根據車輛的當前狀況科學地進行調度和管理，從而提高運營效率。客戶也可以通過Internet或電話來查詢特定車輛的當前狀況。系統的總體結構如圖1所示。

2 車載終端的功能

車載GPS/GPRS終端的衛星接收模塊采集到GPS衛星數據，經過數據處理得到車輛的地理坐標信息。該信息通過車載終端處理之后，由GPRS無線通信模塊發送到GPRS無線通信網上。GPRS網絡根據相應的協議在車載終端和接入Internet網的監控中心之間建立一條支持TCP/IP的數據通道。車載GPS/GPRS終端依靠該數據通道和監控中心之間進行信息的交互。監控中心還可以通過該通道向下發送控制命令和服務信息。另外，除了車輛定位，系統還可以提供諸如防盜防搶、對移動車輛進行斷油斷電、顯示調度信息、醫療求助、移動電話等多種服務。

3 車載終端硬件設計

車載終端硬件系統以單片機和GPS+GPRS模塊為核心，屬于經濟型功能終端，其結構如圖2所示。

3.1 信息處理和控制模塊

采用AVR系列的單片機系統，主要功能是進行信息處理和控制車載臺的各組成部分按照通信協議的要求執行響應的操作。該模塊由CPU、外部存儲器、I/O接口以及控制邏輯電路組成。其中CPU采用ATMEGA64(L)單片機實現，它是基于增強的AVR RISC結構的低功耗8位CMOS微控制器，由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執行時間，ATMEGA64 (L) 的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以減緩系統在功耗和處理速度之間的矛盾。該單片機具有兩個串口，分別用來與GPS和GPRS模塊通信。

3.2 GSM/GPRS+GPS模塊

采用SIMCOM公司的SIM508模塊。SIM508模塊是一款將三頻GSM/GPRS和具有20通道能力的GPS完全整合到一個模塊中(34 mm×55 mm×3 mm)的產品。該產品的設計完全滿足車載應用環境要求(溫度、濕度、防震等)。特別地，整合了附加元器件的SIM508可以節省很多時間和成本。SIM508支持NMEA-0183，SiRF binary和RTCM SC-104三種GPS數據格式，能夠滿足不同的設計要求。車載終端通過模塊中的GPS部分獲得車輛的具體位置，經過CPU處理后，顯示給用戶并通過GPRS部分將該信息發送到監控中心，以實現對車輛的實時定位跟蹤，同時還能實現語音和短消息通信功能。

3.3 輸入輸出模塊

輸出通過12232F液晶模塊實現，可以顯示圖形，也可以顯示7.5×2個(16×16點陣)漢字，與外部CPU接口可以采用并行或串行，考慮到編程的簡易性，本車載終端采用串行接口連接。

車載終端的輸入有兩種方式：遙控器輸入(主要輸入設備)和手柄輸入。考慮到緊急情況下手柄輸入的局限性，這里采用遙控器作為主要輸入設備，可以用來完成語音撥號、收發短消息、醫療求助、維修求助、啟閉設備等功能。手柄裝置包括確認、返回和上、下翻動四個功能鍵，為方便用戶輸入而設計。

4 車載終端軟件設計

本軟件系統采用模塊化設計方法，每個模塊實現一個功能或一個協議，各功能模塊以子函數形式出現，縮短了軟件開發時間，易于程序修改和移植，同時，在編寫軟件時，還留有一些軟件應用接口，便于軟件升級，如增加新協議。軟件系統功能模塊如圖3所示。

4.1 系統工作流程

車載終端軟件系統的主要功能是由主程序完成的。主程序采用狀態機的系統結構，其工作流程如圖4所示。

程序工作時先進行GPS和GPRS串口初始化工作，然后進入主控制循環。在主控循環中，先識別GPS數據是否有效，即定位是否成功，定位成功則系統轉到下一個狀態，建立GPRS連接，否則重新定位。建立好GPRS連接后便可以向監控中心發送處理后的定位數據。同時，主程序運行的過程中，還能響應遙控器輸入中斷請求，以便實現其他功能。

4.2 軟件系統協議棧

借鑒于OSI模型和標準的TCP/IP協議棧，本系統采用四層網絡傳輸協議：傳輸層、網絡層、數據鏈路層 和物理層。系統協議棧結構如圖5所示。

考慮到車輛監控系統中幾十、幾百甚至上千個車載終端的情況，對于這種多點分散、數據量小、實時性要求高、終端數量多的應用，傳輸層采用UDP比TCP會更好一些。IP協議作為網絡層協議，主要是將數據流切割成適當的大小，然后將這些數據包通過選擇路由，利用不同的路由來傳送到目的地IP。在物理層之上，PPP協議作為GPRS在物理層之上的惟一指定的數據鏈路層協議，通過CRC校驗、確認等手段將原始的物理層連接改造成無差錯的數據鏈路。PPP協商成功后，系統將成功遠程登錄Internet，并得到網關分配給自己的IP。終端與網絡之間的物理層通道就是GPRS連接。具體的GPRS協議都已被做在GPRS modem中，通過數據端對GPRS modem正確的AT指令設置后，就可以用AT撥號指令進行撥號連接，當收到GPRS modem的撥號反饋應答后，一條物理通道即GPRS信道就在本終端中和網絡之間建立起來了。

5 結 語

介紹了基于GPS/GPRS的車輛監控系統終端的一種實現方案，并給出了詳細的軟件及硬件組成和設計實現，經多次測試系統穩定，效果良好。該系統可以應用于指揮監控系統、城市租賃汽車管理系統、物流運輸系統、醫療救護系統等領域，市場前景極為廣闊。

參 考 文 獻

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作者簡介 田日才 男，1957年出生，黑龍江哈爾濱人，教授。主要從事移動通信和數據通信等方面的研究和教學工作。

黃 佳 男，1984年出生，湖南株洲人，在讀碩士研究生。主要從事無線數據傳輸方面研究。