GPSGPRS定位系統(tǒng)車載終端應(yīng)用設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)

1、作者：Pan Hon glia ng僅供個人學(xué)習(xí)GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端的應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)2007-8-10作者：楊梅轉(zhuǎn)載自：電訊技術(shù)編輯：眼鏡丟了 點(diǎn)擊進(jìn)入論壇、引言目前，隨著人民生活水平的提高，交通工具越來越多，安全服務(wù)也越來越受到重視，尤 其是車載監(jiān)控系統(tǒng)越來越多地受到業(yè)界的關(guān)注。本文介紹了作者設(shè)計(jì)的一種車載監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱為車載系統(tǒng)），并重點(diǎn)介紹了車載系統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)將GPRS、GPS技術(shù)相結(jié)合，利用GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)現(xiàn)移動車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸， 以實(shí)施對車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。二、系統(tǒng)組成及特點(diǎn)由于在GPS_GPRS定位系統(tǒng)中，涉及

2、到了 GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與 GPRS通用分組無線 業(yè)務(wù)的相關(guān)應(yīng)用，從而在系統(tǒng)的組成中，GPS與GPRS無疑是整個系統(tǒng)的核心部門，下面就GPS系統(tǒng)與GPRS系統(tǒng)，以應(yīng)用為前提作如下簡要介紹。全球定位系統(tǒng) （GPS,Global Positioning System）是美國從上世紀(jì) 70年代開始研制、 歷時20年、耗資200億美元、于1994年全面建成、具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時三維 導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。GPRS是歐洲電信協(xié)會 GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。它采用信道捆綁（目 前GPRS的設(shè)計(jì)可以在一個載頻或 8個信道中實(shí)現(xiàn)捆綁）和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)實(shí)現(xiàn)高速接 入，

3、理論上可提供高達(dá) 115kbps的空中接口傳輸速率，使若干移動用戶能夠同時共享一個 無線信道，一個移動用戶也可以使用多個無線信道。實(shí)際不發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的用戶僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò)資源，并且網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時才被占用。為了實(shí)現(xiàn)GPRS，需要在現(xiàn)有的 GSM網(wǎng)絡(luò)中引入3種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體：服務(wù) GPRS 支持節(jié)點(diǎn)（SGSN ）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN ）和分組控制單元（PCU ）。GPRS 與現(xiàn)有的GSM語音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是，GSM是一種電路交換系統(tǒng)，而 GPRS是一種分組交換系統(tǒng)。因此，GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。這一

4、特點(diǎn)正適合大多數(shù)移動互聯(lián)的應(yīng)用?；谝陨蠈?GPS系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng)的簡要介紹，可以得出GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端的組成及特點(diǎn)。其中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示，系統(tǒng)工作流程為：GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端將其所獲取的當(dāng)前GPS地理位置信息，通過GPRS方式上傳到系統(tǒng)服務(wù)器。客戶端可以通過專用 GIS軟件或IE瀏覽方式，對當(dāng)前受監(jiān)控車輛所在的位置、車速及行進(jìn) 方向進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控， 并可以通過網(wǎng)絡(luò)對車載終端進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)移動車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，完成對車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。三、系統(tǒng)功能及工作原理GPS GPRS定位系統(tǒng)車載終端原理框圖如圖2所示。其中，該車載終端需

5、要實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：（1）用戶當(dāng)前信息一次查詢；（2 ）用戶連續(xù)定位信息查詢/啟動發(fā)送實(shí)時定位信息；（3）停止終端定位數(shù)據(jù)上傳；（4）設(shè)置GPS采樣定位數(shù)據(jù)周期；（5 ）硬件點(diǎn)對點(diǎn)下載 GPS定位系統(tǒng)終端定位采樣數(shù)據(jù)；（6）備開關(guān)（電平）輸出/輸入端子，實(shí)現(xiàn)與車用防盜報(bào)警器、緊急報(bào)警（ SOS ）、醫(yī)療服 務(wù)、故障服務(wù)、繼電器輸出、警示嗽叭、點(diǎn)火信號等的接口；（7 ）安防功能：可以通過手機(jī)短信、直接遙控、網(wǎng)絡(luò)等三種方式進(jìn)行設(shè)/撤防操作。同時具備應(yīng)急、緊急求助功能。且當(dāng)系統(tǒng)在一定程度上遭到破壞或出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)終端自動啟動安防功能；（8）監(jiān)聽功能：用戶可通過手機(jī)短信，或者網(wǎng)絡(luò)對監(jiān)聽號碼（接警號

6、碼）進(jìn)行設(shè)置并發(fā)送 監(jiān)聽命令（監(jiān)聽電話主動掛機(jī)則結(jié)束監(jiān)聽），且當(dāng)系統(tǒng)在一定程度上遭到破壞或出現(xiàn)異常時， 系統(tǒng)終端將自動啟動安防功能；（9）電話功能：通過電話手柄，完成撥打和接聽電話的功能；（10 ）欠壓檢測示警及后備電源自動啟用功能。該系統(tǒng)車載載終端的工作原理如下：車載終端由 W77E58實(shí)現(xiàn)控制，其核心部分主要包括 PPP及TCP/IP協(xié)議棧、GPRS控 制、GPS控制，以及外圍接口控制。CPU內(nèi)嵌PPP及TCP/IP協(xié)議棧，同時分別通過串行口 UART0去控制 GPRS的工作，通過串行口 UART1去控制GPS的工作。其中：（1）CPU對GPRS的控制主要是通過串行口 UART0發(fā)送AT命

7、令實(shí)現(xiàn)。同時，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CPU還可以通過控制I/O 口電平輸出狀態(tài)，對 GPRS進(jìn)行硬件復(fù)位，以防止意外情況下的不可恢復(fù)性死 機(jī)（值得注意的是，通常情況下，GPRS模塊都有軟件復(fù)位命令，為實(shí)現(xiàn)對GPRS模塊的保護(hù)，最好在軟件復(fù)位命令無效時，才選擇硬件復(fù)位）。（2）CPU對GPS的控制主要是通過串行口 UART1發(fā)送控制命令實(shí)現(xiàn) （GPS采樣周期的設(shè)置、GPS輸出數(shù)據(jù)選 擇、通訊波特率設(shè)置等），同時也是通過串行口 UART1接收GPS定位信息，由于GPS輸出數(shù)據(jù)采用NMEA-0183（Ver 2.0）格式，輸出數(shù)據(jù)為多組，在本系統(tǒng)中，僅選擇了取其中的一組數(shù)據(jù)：GPRMC（推薦最小數(shù)據(jù)量的

8、G PS具體內(nèi)容/傳輸數(shù)據(jù)），其格式見圖3,其中， 當(dāng)且僅當(dāng)GPS輸出數(shù)據(jù)為有效定位數(shù)據(jù)時，對應(yīng)的UTC時間才為當(dāng)前準(zhǔn)確時間。（3）CPU對其它外圍接口的控制主要通過通用I/O 口實(shí)現(xiàn)開關(guān)（電平）輸入/輸出，同時通過外部中斷的方式實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn) 與車用防盜報(bào)警器、緊急報(bào)警（SOS ）、醫(yī)療服務(wù)、故障服務(wù)、點(diǎn)火信號等的接口。（4）CPU對系統(tǒng)的整體控制：首先，CPU完成對GPRS、GPS及外圍接口的初始化工作； 其次，CPU通過串行口 UART1 對GPRS進(jìn)行操作，完成從撥號到 PPP協(xié)商（創(chuàng)建PPP鏈路、用戶驗(yàn)證、PPP回叫控制、協(xié)商和調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議），并與服務(wù)器建立起TCP連接；然后，在保證與

9、服務(wù)器之間的TCP連接正常的前提下，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交互與控制；最后，CPU還必須要周期性地對系統(tǒng)終端的當(dāng)前狀態(tài)作出測試及判斷，并對各種實(shí)際情況作出相應(yīng)的處理，以保證系統(tǒng)能正常而穩(wěn)定地工作。四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在整個GPS_GPRS定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，涉及到服務(wù)器軟件、客戶端應(yīng)用軟件及車載終 端底層軟件。在此，主要就車載終端底層軟件的設(shè)計(jì)作進(jìn)一步的說明。在GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端底層軟件的設(shè)計(jì)中，程序采用了模塊化設(shè)計(jì)，軟件由 一個主程序和若干個子程序構(gòu)成，其中，子程序主要完成一些單一的基本工能，主程序則主要負(fù)責(zé)完成對各個功能模塊（即子程序）的調(diào)用，同時對車載終端的資源及邏輯作出規(guī)劃，

10、主程序框圖如圖4所示。下面就主程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)作出如下闡述：當(dāng)系統(tǒng)完成GPS及GPRS的初始化之后，即進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)撥號、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結(jié)等操作，當(dāng)車載終端與服務(wù)器之間建立起網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)之后，便可通過自定義的車載終端與服務(wù)器之間的通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。在此過程中，系統(tǒng)會首先判斷，當(dāng)前系統(tǒng)是否允許終端將 GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，并進(jìn)行相 應(yīng)操作；同時，會檢測是否收到控制命令 （包括通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的控制命令， 或通過短信方式 發(fā)出來的命令，或是通過遙控器發(fā)出的控制命令） ，倘若收到了控制命令，則對命令的合法 性作出判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。同時，系統(tǒng)會定時對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進(jìn)行測試，倘若網(wǎng)絡(luò)測試正常，則返回到繼續(xù)判斷控

11、制命 令及對系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行處理；倘若網(wǎng)絡(luò)測試不正常， 則進(jìn)行有限次嘗試， 倘若有限次嘗試均以失敗告終，而主動斷開網(wǎng)絡(luò)連結(jié)，并對GPRS作出復(fù)位及再次初始化操作，之后，再重復(fù)主程序的撥號、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結(jié)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互工作。其中，與GPRS的數(shù)據(jù)交換，通過串行口 UARTO中斷完成；與 GPS的數(shù)據(jù)交換，通 過串行口 UART1完成；另外，外部警情接收通過外部中斷0和1完成，無線遙控接收由外部中斷2完成。通訊超時及定時處理，由定時器TIME2完成，它們均以子程序的形式存在于車載終端控制軟件中，同時還包括一些對 GPRS、GPS模塊進(jìn)行初始化及設(shè)置，以及PPP 協(xié)議、TCP/IP協(xié)議的解析

12、與實(shí)現(xiàn)子程序，具體框圖及說明略。由以上對車載載終端控制程序的說明可知，車載終端工作流程控制程序的工作流程如下：（1）與服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接；（2）與服務(wù)器建立 TCP聯(lián)結(jié)；（3）對用戶進(jìn)行注冊；（4）向服務(wù)器發(fā)送 GPS定位數(shù)據(jù)；（5） 默認(rèn)狀態(tài)下，按設(shè)定周期（默認(rèn)狀態(tài)為每5秒一幀），定位數(shù)據(jù)不間斷地上傳到服務(wù) 器；（6） 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測試，并據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀況，作出相應(yīng)處理（比如斷線重?fù)埽?；?） 接收網(wǎng)絡(luò)或第三方控制或操作命令，并作出相應(yīng)處理（比如：GPS采樣周期設(shè)定、停 止發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、開始發(fā)送 GPS數(shù)據(jù)、設(shè)置監(jiān)聽號碼、更改操作密碼等）；（8）處理突發(fā)警情（自動撥打監(jiān)聽中心號碼、

13、上報(bào)求助警情信息等）。五、結(jié)語利用GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能，對GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時傳輸， 與以往GPS監(jiān)控系統(tǒng)所采用 的短信、GSM數(shù)據(jù)通道或DTMF數(shù)據(jù)傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方法相比，運(yùn)營成本得到了極大的降低， 同時其可操作性及實(shí)時性也都有了顯著的提高，而且成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，達(dá)到了較高的可靠性。該系統(tǒng)中，PPP、TCP/IP協(xié)議棧都由8位單片機(jī)完成，由于速度上的限制，使得系統(tǒng)中的協(xié)議棧只能據(jù)實(shí)際應(yīng)用而作出相應(yīng)的壓縮與處理，但這已足以達(dá)到該系統(tǒng)的資源需求。同時，該系統(tǒng)為以 GPRS為代表的無線網(wǎng)絡(luò)接入方式的應(yīng)用提供了一個可循的途徑。隨著 GPRS、CDMA等無線網(wǎng)絡(luò)接入方式的不斷完善，相信以此為代表的新一代

14、無線數(shù)據(jù)傳輸方式具有很大的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1: W Richard Stevens.TCP/IP詳解M .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2: Elliott D Kaplan. GPS 原理與應(yīng)用M.北京：電子工業(yè)出版社，2001.(c001 )3 鐘章隊(duì)，等.GPRS通用分組無線業(yè)務(wù)M:.北京：人民郵電出版社，版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整理。版權(quán)為潘宏亮個人所有This article in eludes someparts, in cludi ng text, pictures, and desig n. Copyright is Pan Hon glia ngs

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