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GPS/GSM智能车载终端的设计与实现 |
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作者：武汉科技学院 罗维平 向阳 吴雨川 |
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在欧美和日本等发达地区已经开始使用“智能交通系统”来管理现有的交通道路，每年向这个行业或相关产业投入大量的人力和物力。在我国已开始起步，我国政府已将“智能交通系统(ITS)”列入国家“十五”计划，它已成为交通领域的重大科技攻关项目。随着我国汽车行业的高速发展，汽车大量进入家庭，去年我国轿车的销售量高达110多万辆，我国的私家车保有量已达10000万辆，私家车普及率越来越高。与此同时，对汽车的安全服务要求也越来越高，因此，GPS/GSM智能车载通信防盗系统必将前景看好。
GPS与GSM通讯技术、GIS地理信息技术及计算机网络技术相结合形成的移动目标(车、船)定位多功能服务系统，加上相应的管理机构，可以实现多种规模、多种组织形式的监视、调度和控制，能快速、高效地反馈和处理各种类型的事件和服务请求。
车载GPS智能终端的主要功能
GPS车载移动终端采用世界领先的GPS全球卫星定位技术、无线通信技术及计算机数据处理技术，可为用户提供全方位、全时域空间位置信息。主要应用于:私家车防盗、车载电话、车辆保险、远程遥控遥测、运营车辆监控管理及车辆故障管理等。通过GPS移动信息服务系统，车载移动终端可以实现如下功能:
实时定位功能
运用GPS实现定位，获得车辆高精度的位置及状态信息，通过电子地图系统，查出车辆地理位置，实现定位和跟踪，并根据需要通知车主或控制中心。
报警功能
为确保人、车安全，设计了两种条件下触发报警功能:
紧急报警:当车主在遇到紧急情况、车辆故障、交通事故、医疗等情况下，只要按动紧急情况按键，即可通知车主家人、控制中心和汽车俱乐部，通过数据分析，可得知车辆位置，并设法尽快提供帮助;
状态报警:可远程遥控设置超速、超加速、越界、停车时间过长、振动、车门动作、GPS无信号、蓄电池电压低等多种报警功能，报警后，车主或控制中心会收到报警信息和车辆位置信息，状态报警可以由用户设定来选择各种报警有效与否，在报警状态下，车主家人或控制中心可实现监听功能。
车载电话功能
可以实现完全的GSM车载电话功能，配接免提装置，可实现免提通话功能，保证行车安全。
汽车黑匣子功能
可记录汽车最近一段时间的运行状态和轨迹，可根据设置记录一定时间或距离的汽车状态和轨迹，为运营和交通事故处理提供依据。
汽车防盗器
可通过GSM网络将汽车状态通知车主或控制中心。如遇非法进入，车载报警系统将通过GSM网络向车主或控制中心发出短消息报警，且车主和控制中心可遥控解除和设置警戒状态。
基于GPS/GSM的系统构成与工作原理
系统构成
GPS系统是由控制中心和车载监控终端两大部分构成，两部分之间采用GSM蜂窝网无线数字双向通讯方式。GPS/GSM卫星定位车载系统由两大部分组成:主控制单元和从控制单元。主控制单元包括:传感器检测及外围电路、电源模块、GSM模块、GPS模块、报警模块。从控制单元包括:液晶显示模块、语音输入输出单元、触摸屏键盘、串口扩展、打印输出。GPS车载移动终端系统结构框图如图1所示。
图1系统结构框图
系统采用两个CPU，GPS/GSM智能车载通信系统车载控制部分由两部分构成:
·车载控制部分;
·车载外接部分。
两部分之间通过电缆通信。
工作原理
车载单元接收GPS定位信号，并将车辆的位置和状态信息传送到监控中心;同时，接收监控中心的控制数据，并且对车辆进行控制。GSM网络是车载单元和监控中心进行信息交换的数据链路。其功能是:将GPS定位信息准确地传回监控中心;将监控中心的控制数据传给车载设备。
由车载GPS系统所确定的车辆位置信息通过车载通信单元将其发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置，并可以直观、清晰地显示在电子地图上。通过移动目标监控调度系统，调度指挥中心随时可以知道入网移动目标的方位。不仅可以进行安全合理的监控调度，而且可以为入网移动目标提供无线通信、遇险报警、决策指挥等多项服务。
车载监控终端包含有GPS定位模块和GSM模块，GPS模块可根据管理指令将移动载体的当前位置、运行状态等信息发往控制中心，并在控制中心的电子地图上实时显示出来。GPS模块选用瑞士U—BLOX公司的TIM GPS接收器。TIM GPS接收机通过GPS天线接收卫星信号，解算出车载移动终端的位置信息，一方面存储于缓冲区中，作为日后路径回放用，另一方面直接由单片机通过串口发送到GSM模块。GSM模块再通过GSM短消息方式把位置信息发送到监控中心，监控中心通过GIS软件平台就可以直观、清晰地在电子地图上发现车辆的轨迹，实现车辆的实时监控。另外，车载终端也可以发送报警信息和语音信息到监控中心;监控中心也可以通过文字或语音的方式对车辆实施调度。
车载GPS智能终端硬件系统的设计
为使GPS/GSM车载通信系统智能终端具有较好的实用性及较高的性能/价格比，笔者对系统的硬件电路进行了精心设计。
主控单片机
采用模块化的设计方法对系统的硬件进行了设计。整个控制电路以AT89C51单片机为核心，同时扩展其它相关模块，实现各种复杂的操作，完成系统功能。
车载控制部分主控制部分的硬件电路图如图2所示。
图2 主控制部分硬件电路图（点击放大）
GPS模块
GPS模块用于接收GPS卫星的信号，并计算出车载终端目前所在的位置。GPS模块选用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器，它由变频器、信号通道、微处理器和存储单元等组成。GPS模块通过串行口向主控制器发送定位坐标;主控制器也可以向GPS模块发送设置命令，以控制GPS模块的状态和工作方式。瑞士U—BLOX公司生产的GPS模块，其定位精度可以达到5～10m，完全可以满足车载的精度要求。
GPS模块需要配备专门的GPS天线接收GPS卫星信号。一般在比较开阔的地区，需接收到三颗以上的GPS卫星信号才能进行准确定位。在车载GPS智能终端系统中，把天线放置在车顶，定位效果比较好。
GSM模块
使用GSM模块可以方便地利用GSM网进行通讯。它与主控制器以串行口的方式连接，并采用一定的波特率进行通信。主控制器可以通过AT命令控制GSM模块使其发送短消息，使用GPRS传送数据或进行语音通话。GSM模块与单片机之间采用标准的串行口进行通讯，通讯的最高波特率可以达到115200bps，GSM模块与SIM卡之间主要通过SIMCLK和SIMDATA信号线进行数据通信。为了保证发送短消息与短消息到达之间的时间间隔尽量短， 选用的SIM卡最好是同一个电信运营商提供的。在使用GPRS功能时，还需要选择支持GPRS的SIM卡，并开通GPRS服务，GSM模块还支持驱动两路麦克风，两路扬声器和一路蜂鸣器，其中一路麦克风和扬声器可以连到手柄的听筒上，以实现车载电话功能。
电源模块
电源模块用于给系统中的其它模块供电。终端系统需要电源模块提供三路电压，分别为3.6V，5V，3.3V。其中GSM模块在发送和接收数据时需要的电流比较大(约为2A)。选用了National公司的LM2576电源芯片。它是一种PWM方式调制的高功率稳压芯片，可以提供高达3.5A的尖锋电流。电源模块中还设计了后备电池系统，在车载电源不工作或被破坏时给车载GPS终端供电。在车载电源工作正常的情况下，后备电池会自动被充电。
车载GPS智能智能终端软件系统的设计
本系统采用双CPU控制方式，因此对2个控制器分开编程，设置主控制器和从控制器，由主、从控制器来实现各种功能程序的运行和调用。图3示出了主程序流程图。
图3主程序流程图
各程序功能包括:
·主控制程序:硬件上电后，对各个功能模块进行初始化，按照用户指令调用各子程序。控制从CPU工作。
·从控制程序:按照指令调用液晶显示子程序和语音输入输出子程序。
·车速显示子程序:根据速度传感器输入控制LED显示车速。
·温度显示子程序:根据温度传感器输入控制车内温度平衡。
·油位显示子程序:根据温度传感器输入控制显示模块显示油位并根据设定产生低油报警。
·里程记数子程序:根据速度传感器输入控制显示模块显示里程数。
·录音子程序:扫描按键，根据指令控制语音输入输出模块监控录音。
·语音报警子程序:根据各传感器输入，按照用户设定值产生报警并控制GSM模块通讯控制中心。
结语
介绍了以单片机AT89C51为控制核心，通过扩展GPS模块、GSM模块和电源模块等，实现了GPS/GSM智能车载通信系统车载部分的控制功能。着重分析并设计了主控制单元，基于篇幅原因，略去了从控制单元模块的介绍。该系统可应用于军事指挥监控系统、医疗救护系统、金融运钞系统、偏远地区的抗洪救险指挥通信车、城市租赁汽车管理系统、长途旅游和运输等军事和民用领域。为有关单位及个人对其拥有的移动车辆实施动态控制提供了有力帮助，还可以协助公安部门提高打击犯罪活动、提高处理突发事件的快速反应能力。(end)
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(4/7/2007) |
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