一、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)界的關注。本文介紹了作者設計的一種車載監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱為車載系統(tǒng)），并重點介紹了車載系統(tǒng)終端的設計與實現(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，實現(xiàn)移動車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，以實施對車輛運行狀態(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

由于在GPS_GPRS定位系統(tǒng)中，涉及到了GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與GPRS通用分組無線業(yè)務的相關應用，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、空進行全方位實時三維導航與定位能力的新一代衛(wèi)星導航與定位系統(tǒng)。

GPRS是歐洲電信協(xié)會GSM系統(tǒng)中有關分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標準。它采用信道捆綁（目前GPRS的設計可以在一個載頻或8個信道中實現(xiàn)捆綁）和增強數(shù)據(jù)速率改進實現(xiàn)高速接入，理論上可提供高達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)絡資源，并且網(wǎng)絡容量只有在實際進行傳輸時才被占用。

為了實現(xiàn)GPRS，需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡中引入3種新的邏輯網(wǎng)絡實體：服務GPRS支持節(jié)點（SGSN）、網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點（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。這一特點正適合大多數(shù)移動互聯(lián)的應用。

基于以上對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。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前GPS地理位置信息，通過GPRS方式上傳到系統(tǒng)服務器。客戶端可以通過專用GIS軟件或IE瀏覽方式，對當前受監(jiān)控車輛所在的位置、車速及行進方向進行實時監(jiān)控，并可以通過網(wǎng)絡對車載終端進行控制，實現(xiàn)移動車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，完成對車輛運行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖

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。

圖2 車載終端原理框圖

其中，該車載終端需要實現(xiàn)的主要功能如下：

用戶當前信息一次查詢;

用戶連續(xù)定位信息查詢/啟動發(fā)送實時定位信息;

停止終端定位數(shù)據(jù)上傳;

設置GPS采樣定位數(shù)據(jù)周期;

硬件點對點下載GPS定位系統(tǒng)終端定位采樣數(shù)據(jù);

備開關（電平）輸出/輸入端子，實現(xiàn)與車用防盜報警器、緊急報警（SOS）、醫(yī)療服務、故障服務、繼電器輸出、警示嗽叭、點火信號等的接口;

安防功能：可以通過手機短信、直接遙控、網(wǎng)絡等三種方式進行設/撤防操作。同時具備應急、緊急求助功能。且當系統(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;

監(jiān)聽功能：用戶可通過手機短信，或者網(wǎng)絡對監(jiān)聽號碼（接警號碼）進行設置并發(fā)送監(jiān)聽命令（監(jiān)聽電話主動掛機則結(jié)束監(jiān)聽），且當系統(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;

電話功能：通過電話手柄，完成撥打和接聽電話的功能;

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命令實現(xiàn)。同時，在該系統(tǒng)設計中，CPU還可以通過控制I/O口電平輸出狀態(tài)，對GPRS進行硬件復位，以防止意外情況下的不可恢復性死機（值得注意的是，通常情況下，GPRS模塊都有軟件復位命令，為實現(xiàn)對GPRS模塊的保護，最好在軟件復位命令無效時，才選擇硬件復位）。

（2）CPU對GPS的控制

主要是通過串行口UART1發(fā)送控制命令實現(xiàn)（GPS采樣周期的設置、GPS輸出數(shù)據(jù)選擇 、通訊波特率設置等），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（Ver2.0）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GPS具體內(nèi)容/傳輸數(shù)據(jù)），其格式見圖3，其中，當且僅當GPS輸出數(shù)據(jù)為有效定位數(shù)據(jù)時，對應的UTC時間才為當前準確時間。

圖3 GPS數(shù)據(jù)格式（GPRMC）

（3）CPU對其它外圍接口的控制

主要通過通用I/O口實現(xiàn)開關（電平）輸入/輸出，同時通過外部中斷的方式實現(xiàn)了實現(xiàn)與車用防盜報警器、緊急報警（SOS）、醫(yī)療服務、故障服務、點火信號等的接口。

（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進行操作，完成從撥號到PPP協(xié)商（創(chuàng)建PPP鏈路、用戶驗證、PPP回叫控制、協(xié)商和調(diào)用網(wǎng)絡層協(xié)議），并與服務器建立起TCP連接;然后，在保證與服務器之間的TCP連接正常的前提下，實現(xiàn)與服務器之間的數(shù)據(jù)交互與控制;最后，CPU還必須要周期性地對系統(tǒng)終端的當前狀態(tài)作出測試及判斷，并對各種實際情況作出相應的處理，以保證系統(tǒng)能正常而穩(wěn)定地工作。

四、系統(tǒng)軟件設計

在整個GPS_GPRS定位系統(tǒng)的設計中，涉及到服務器軟件、客戶端應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計作進一步的說明。

在GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端底層軟件的設計中，程序采用了模塊化設計，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，主程序則主要負責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，主程序框圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主程序框圖

下面就主程序的設計要點作出如下闡述：

當系統(tǒng)完成GPS及GPRS的初始化之后，即進行網(wǎng)絡撥號、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結(jié)等操作，當車載終端與服務器之間建立起網(wǎng)絡聯(lián)結(jié)之后，便可通過自定義的車載終端與服務器之間的通訊協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互。

在此過程中，系統(tǒng)會首先判斷，當前系統(tǒng)是否允許終端將GPS數(shù)據(jù)進行上傳，并進行相應操作;同時，會檢測是否收到控制命令（包括通過網(wǎng)絡發(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，并進行相應的處理。

同時，系統(tǒng)會定時對網(wǎng)絡質(zhì)量進行測試，倘若網(wǎng)絡測試正常，則返回到繼續(xù)判斷控制命令及對系統(tǒng)當前狀態(tài)進行處理;倘若網(wǎng)絡測試不正常，則進行有限次嘗試，倘若有限次嘗試均以失敗告終，而主動斷開網(wǎng)絡連結(jié)，并對GPRS作出復位及再次初始化操作，之后，再重復主程序的撥號、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結(jié)及網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互工作。

其中，與GPRS的數(shù)據(jù)交換，通過串行口UART0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模塊進行初始化及設置，以及PPP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議的解析與實現(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：與服務器建立網(wǎng)絡連接;

2：與服務器建立TCP聯(lián)結(jié);

3：對用戶進行注冊;

4：向服務器發(fā)送GPS定位數(shù)據(jù);

5：默認狀態(tài)下，按設定周期（默認狀態(tài)為每5秒一幀），定位數(shù)據(jù)不間斷地上傳到服務器;

6：網(wǎng)絡狀態(tài)檢測及網(wǎng)絡質(zhì)量測試，并據(jù)網(wǎng)絡當前狀況，作出相應處理（比如斷線重撥）;

7：接收網(wǎng)絡或第三方控制或操作命令，并作出相應處理（比如：GPS采樣周期設定、停止發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、開始發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、設置監(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、上報求助警情信息等）。

五、結(jié)語

利用GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能，對GPS數(shù)據(jù)進行實時傳輸，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，運營成本得到了極大的降低，同時其可操作性及實時性也都有了顯著的提高，而且成本較低，結(jié)構(gòu)簡單，達到了較高的可靠性。

該系統(tǒng)中，PPP、TCP/IP協(xié)議棧都由8位單片機完成，由于速度上的限制，使得系統(tǒng)中的協(xié)議棧只能椐實際應用而作出相應的壓縮與處理，但這已足以達到該系統(tǒng)的資源需求。同時，該系統(tǒng)為以GPRS為代表的無線網(wǎng)絡接入方式的應用提供了一個可循的途徑。隨著GPRS、C DMA等無線網(wǎng)絡接入方式的不斷完善，相信以此為代表的新一代無線數(shù)據(jù)傳輸方式具有很大的應用前景。

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