摘 要: GPS車載移動(dòng)終端的功能和工作原理,對(duì)車載移動(dòng)終端的硬件組成和軟件設(shè)計(jì)提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案,給出了GPS數(shù)據(jù)的提取方法、GSM模塊的短消息AT指令控制以及車載終端的軟件總流程圖,并驗(yàn)證了該方案的可行性。
關(guān)鍵詞: 單片機(jī) GPS 車載終端 短消息
警用車輛的指揮調(diào)度、運(yùn)鈔車的監(jiān)控與安全調(diào)度、出租車的經(jīng)營管理和合理調(diào)度,已成為公安、銀行以及公交運(yùn)輸系統(tǒng)中越來越重要的問題。GPS全球定位技術(shù)的出現(xiàn)給車輛、輪船等移動(dòng)目標(biāo)的導(dǎo)航定位提供了精確、實(shí)時(shí)的定位能力。由車載GPS系統(tǒng)所確定的車輛位置信息通過車載通信單元將其發(fā)送給調(diào)度指揮中心,調(diào)度指揮中心便可及時(shí)掌握各車輛的具體位置,并可以直觀、清晰地顯示在電子地圖上。通過移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng),調(diào)度指揮中心隨時(shí)可以知道入網(wǎng)移動(dòng)目標(biāo)的方位。不僅可以進(jìn)行安全合理的監(jiān)控調(diào)度,而且可以為入網(wǎng)移動(dòng)目標(biāo)提供無線通信、遇險(xiǎn)報(bào)警、決策指揮等多項(xiàng)服務(wù)。本文提出了一種基于單片機(jī)的車載移動(dòng)終端設(shè)計(jì)方案。
1 車載移動(dòng)終端
GPS車載移動(dòng)終端采用世界領(lǐng)先的GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、無線通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù),可為用戶提供全方位、全時(shí)域空間位置信息。主要應(yīng)用于:私家車防盜、車載電話、車輛保險(xiǎn)、遠(yuǎn)程遙控遙測(cè)、運(yùn)營車輛監(jiān)控管理及車輛故障管理等。GPS車載移動(dòng)終端在GPS移動(dòng)信息服務(wù)系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1所示。
通過GPS移動(dòng)信息服務(wù)系統(tǒng),車載移動(dòng)終端可以實(shí)現(xiàn)如下基本功能:
(1)實(shí)時(shí)定位功能:運(yùn)用GPS實(shí)現(xiàn)定位獲得車輛高精度的位置及狀態(tài)信息,通過電子地圖系統(tǒng)查出車輛地理位置,實(shí)現(xiàn)定位和跟蹤,并根據(jù)需要通知車主或控制中心。
(2)報(bào)警功能:為確保人、車安全,設(shè)計(jì)了多種條件下觸發(fā)報(bào)警功能。
?、倬o急報(bào)警:當(dāng)車主在遇到緊急情況、車輛故障、交通事故、醫(yī)療等情況下,只要按動(dòng)緊急情況按鍵,即可通知車主家人、控制中心、汽車俱樂部。通過數(shù)據(jù)分析可得知車輛位置并設(shè)法盡快提供幫助。
?、跔顟B(tài)報(bào)警:可遠(yuǎn)程遙控設(shè)置超速、超加速、越界、停車時(shí)間過長、振動(dòng)、車門動(dòng)作、GPS無信號(hào)、蓄電池電壓低等多種報(bào)警功能。報(bào)警后車主或控制中心會(huì)收到報(bào)警信息和車輛位置信息。狀態(tài)報(bào)警可以由用戶設(shè)定來選擇各種報(bào)警有效與否。在報(bào)警狀態(tài)下,車主家人或控制中心可實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽功能。
(3)車載電話功能:可以實(shí)現(xiàn)完全的GSM車載電話功能。配接免提裝置可實(shí)現(xiàn)免提通話功能,保證行車安全。
(4)汽車黑匣子功能:可記錄汽車最近一段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)和軌跡?？筛鶕?jù)設(shè)置記錄一定時(shí)間或距離的汽車狀態(tài)和軌跡,為運(yùn)營和交通事故處理提供依據(jù)。
(5)汽車防盜器:具有近程和遠(yuǎn)程控制及報(bào)警功能。近程可通過RF來實(shí)現(xiàn)遙控解除和設(shè)置警界狀態(tài)功能;遠(yuǎn)程可通過GSM網(wǎng)絡(luò)將汽車狀態(tài)通知車主或控制中心,且車主和控制中心可遙控解除和設(shè)置警界狀態(tài)。
(6)具有嚴(yán)格的密碼認(rèn)證功能,車主具有隱私權(quán)。
2 GPS車載移動(dòng)終端設(shè)計(jì)
GPS車載移動(dòng)終端主要由GPS模塊及天線、GSM通信模塊、微處理器、LCD液晶顯示模塊、鍵盤等單元組成。
2.1 主要硬件模塊選型
2.1.1 微處理器
GPS車載移動(dòng)終端中控制器的選擇至關(guān)重要,它不僅影響整個(gè)系統(tǒng)的性能,而且關(guān)系到車載移動(dòng)終端的成本。本車載移動(dòng)終端選擇美國CYGNAL公司的C8051F020單片機(jī)做處理器。C8051F020與一般的8051相比,其優(yōu)點(diǎn)在于:(1)運(yùn)行速度快。芯片采用流水線指令結(jié)構(gòu),70%的指令其執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期,當(dāng)工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率25MHz時(shí),執(zhí)行速度可達(dá)25MIPS。(2)ADC采樣速率高,可達(dá)到500Kbps,不必外加ADC芯片就能滿足需要。(3)片內(nèi)存儲(chǔ)空間大。該片具有64KB的Flash存儲(chǔ)器,4KB數(shù)據(jù)SRAM和64KB的XRAM。(4)調(diào)試方便。片內(nèi)支持JTAG調(diào)試功能。(5)安全機(jī)制可靠。具有7種復(fù)位源,大大提高了運(yùn)行可靠性,并利用JTAG口編程對(duì)芯片加密,提高了系統(tǒng)的保密性。(6)外部資源豐富,有8個(gè)8位的I/O端口,硬件有SMBus(I2C兼容)、SPI及2個(gè)增強(qiáng)型UART串口等。
2.1.2 GPS模塊
GPS模塊選用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器。瑞士U-BLOX公司專門從事GPS集成電路開發(fā),其突出特點(diǎn)是可以將高性能GPS定位接收機(jī)做得非常小。TIM GPS接收器自身包含低功耗GPS接收器,尺寸僅為25.4mm×25.4mm×3mm,相當(dāng)于一個(gè)普通芯片的大小,非常適合于對(duì)尺寸要求嚴(yán)格的高端應(yīng)用,如手機(jī)、PDA、車載導(dǎo)航等GPS的應(yīng)用。其定位精度可以達(dá)到5～10m,完全可以滿足車載的精度要求。
2.1.3 通信模塊
TC35是SIEMENS公司推出的新一代無線通信GSM模塊,可以快速、安全、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)和語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)及傳真。模塊的工作電壓為3.3～5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz 2個(gè)頻段,所在頻段功耗分別為2W(900MHz)和1W(1800MHz)。模塊有AT命令集接口,支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、短消息和傳真服務(wù)等。此外,該模塊還具有電話簿功能、多方通話及漫游檢測(cè)功能。常用工作模式有省電、IDLE和TALK等模式。通過獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器,實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號(hào)及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器,可分別連接SIM卡支架和天線。
2.2 GPS車載移動(dòng)終端的工作原理
TIM GPS接收機(jī)通過GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào),解算出車載移動(dòng)終端的位置信息,一方面存儲(chǔ)于緩沖區(qū)中,作為日后路徑回放用,另一方面直接由單片機(jī)通過串口發(fā)送到GSM模塊。GSM模塊再通過GSM短消息方式把位置信息發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心通過GIS軟件平臺(tái)就可以直觀、清晰地在電子地圖上發(fā)現(xiàn)車輛的軌跡,實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外,車載終端也可以發(fā)送報(bào)警信息和語音信息到監(jiān)控中心;監(jiān)控中心也可以通過文字或語音的方式對(duì)車輛實(shí)施調(diào)度。GPS車載移動(dòng)終端的總體框圖如圖2所示。
2.3 GPS車載移動(dòng)終端的軟件設(shè)計(jì)
2.3.1 GPS數(shù)據(jù)的提取
目前幾乎所有GPS廠商都遵循美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(National Marine Electronics Association)制定的NMEA-0183V20通信標(biāo)準(zhǔn)格式。TIM GPS接收機(jī)的輸出語句按串行通信協(xié)議,數(shù)據(jù)格式為8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)起始位、1個(gè)停止位,無奇偶校驗(yàn)。可以根據(jù)需要選擇傳輸速率。其輸出語句采用的是NMEA0183即ASCII格式碼,輸出語句達(dá)十多種,包括GGA、GSA、GSV、RMC、RMT、VTG等。這些定位數(shù)據(jù)語句不僅給出了位置、速度、時(shí)間等信息,而且指出當(dāng)?shù)氐男l(wèi)星接收情況。實(shí)際導(dǎo)航應(yīng)用讀取GPS的空間定位數(shù)據(jù)時(shí),可以根據(jù)需要每隔幾秒鐘更新一次經(jīng)緯度和時(shí)間數(shù)據(jù)。而更頻繁的數(shù)據(jù)更新就沒有必要了,而且不需要了解NMEA0183通信協(xié)議的全部信息,僅需要從中挑選出所需要的那部分定位數(shù)據(jù)。其余的信息可忽略。所以在提取過程中只提取RMC數(shù)據(jù)。RMC數(shù)據(jù)設(shè)置包括時(shí)間、經(jīng)度、緯度、高度、系統(tǒng)狀況、速度、過程和日期等信息。RMC數(shù)據(jù)設(shè)置描述如表1所示,其數(shù)據(jù)設(shè)置示例如下:
＄GPRMC,130304.0,A,4717.115,N,00833.912,E,000.04,205.5,200601,01.3,W*7C
單片機(jī)提取GPS數(shù)據(jù)的流程圖如圖3所示。
2.3.2 TC35的AT指令控制
單片機(jī)對(duì)TC35進(jìn)行初始化并通過AT指令控制短消息的收發(fā)。對(duì)短消息的控制有PDU模式和Text模式。Text模式不能發(fā)中文,所以本方案中采用PDU模式進(jìn)行短消息的接收和發(fā)送。
首先對(duì)TC35進(jìn)行初始化,設(shè)置短消息發(fā)送格式AT+CMGF=1
發(fā)送短消息的過程:首先設(shè)置發(fā)送短消息的長度AT+CMGS=
接收短消息的過程:單片機(jī)接收到指令
2.3.3 車載移動(dòng)終端軟件
車載移動(dòng)終端軟件總流程圖如圖4所示。
本設(shè)計(jì)依據(jù)GPS全球定位系統(tǒng)、GSM公眾網(wǎng)絡(luò)以及通用的單片機(jī)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了車輛的定位監(jiān)控。方案經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證其技術(shù)可行,并且構(gòu)成的系統(tǒng)成本低、應(yīng)用范圍廣,為智能交通系統(tǒng)中的定位監(jiān)控提出了一個(gè)較好的解決方法。
參考文獻(xiàn)
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