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1、个人资料整理仅限学习使用车 载 G P S 智 能 终 端 的 设 计 与 实 现2006-4-12 9:26:07 【文章字体：大中 小】打印收藏关闭智能交通系统Intelligent Transport System，即 ITS）采用信息技术、计算机技术、控制技术等于手段对传统交通运行系统进行改造，以达到增强系统运行效率、提高系统可靠性和安全性、减少能源消耗和对自然界的污染等目的。ITS 总体来说包括四部分：交通信息采集部分、车辆调度控制部分、电子收费系统和交通信息服务。其中的每个部分都需要车载终端的参与：在交通信息采集部分，需要车载终端提供车辆的准确定位信息和车辆运行情况信息；在车辆调度
2、控制部分，车载终端作为控制的接收端，负责接收ITS 中心的调度指挥信息；电子收费系统需要车载终端与收费站自动完成付费交易；车载终端还是交通信息服务的接收平台，把服务显示给车辆驾驶员和乘客。因此，车载终端是ITS 系统中非常重要的组合部分。本文所介绍的“车载GPS智能终端”就是ITS 车载终端的一个具体实现。下面详细介绍车载终端系统的功能与设计实现方法。一车载 GPS智能终端的功能根据 ITS 系统的要求，车载GPS智能终端应具有如下功能：1）车辆定位； 2）终端与 ITS 控制中心通讯；3）报警，包括主动报警和自动报警；4）在必要时进行车内监听； 5）在必要时控制汽车熄火；6）显示调度信息。另
3、外，车载GPS智能终端还根据用户需要实现了其它功能：1）可拨打车载电话；2）限制车辆行驶范围和行驶时间，监控车辆的行驶轨迹等。车载GPS智能终端的这些功能使其特点适用于汽车保险、运输车队或出租车队的管理、调度等领域。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页个人资料整理仅限学习使用图 1 ITS 系统的结构示意图二基于 GPS-GSM/GPRS 的 ITS 系统设计目前全球卫星定位系统Global Positioning System，GPS ）的技术已经比较成熟，使用也非常方便，通过专用的GPS模块即可方便地获得车载GPS
4、智能终端所在的全球定位坐标。其定位精度比较高，一般误小于15m 。如何把定位信息发送给ITS 中心一直是比较难解决的问题之一。以往的ITS 系统多采用集群通信系统实现车载终端与ITS 中心的通讯。但是这种系统具有覆盖区域小、安装维护费用高、技术复杂等缺点。近两年随着GSM/GPRS 网在中国的普及，车载终端通过GSM/GPRS 网与 ITS 中心通讯的方式已经成为最受欢迎的方式。这主要由于以下原因：1）GSM/GPRS 网覆盖面广，目前已经遍及我国大部分地区，包括乡村和边远地区；2）无需建网、维护； 3）GSM/GPRS 网可靠性高、误码率低；4）使用短消息功能或GPRS 进行数据传输，费用比
5、较低；5）由于 GSM/GPRS 技术使用广泛，提供相应通讯模块的厂商较多，价格也比较合理。这里设计的ITS 系统就是基于GPS卫星系统和GSM/GPRS 这两大系统的。其精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页个人资料整理仅限学习使用结构如图1 所示。首先车载 GPS智能终端通过GPS卫星定位自己的全球坐标；然后以消息或GPRS 数据通讯方式把定位信息发送到ITS 中心， ITS 中心的控制调度命令也是通过GSM/GPRS 网络发送到车载 GPS智能终端中，终端与ITS 中心的通讯符合专用的命令协议；最后，互联网的用户还
6、可以通过VPN专用网技术或其它安全联网技术连接到ITS 中心，以控制、查看车载终端的状态。三车载GPS智能终端硬件系统的设计车载 GPS智能终端利用单片机与GSM 模块联合设计了一个符合经济型终端功能需求的硬件解决方案。其硬件系统结构如图2 所示。一）主控单片机主控单片机采用具有两个串口的高性能单片机W77E58 。在系统中，主控单片机负责接收用户的手柄输入信号和GPS输入信号；对GPS信号进行计算，以获得当前的经、纬度坐标；接收并解读ITS 中心发送的短消息命令，按命令进行上传定位坐标、报警等操作；另外还负责把系统的运行状态及ITS 的信息通过液晶屏显示出来。二） GSM 模块使用 GSM
7、模块可以方便地利用GSM 网进行通讯。它同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 模块硬件连接图如图3 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页个人资料整理仅限学习使用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115200bit/s。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
8、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。三） 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位置。采用的GPS模块由变频器、信号通道、微处理器和存储单元组成。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。 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
9、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，把天线放置在车顶可以有比较好的定位效果。四）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。精选学习资料 - - - - - -
10、- - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页个人资料整理仅限学习使用四车载 GPS智能终端软件系统的设计首先介绍程序响应的中断系统。由于单片机与模块之间的通讯是不定期、不定长的通讯，为了保证不出现阻塞情况，系统采用中断接收方式：把接收到的所有数据在中断过程中放入对应的循环缓冲区之中，然后由主程序解读接收到的串口数据。单片机还要响应另外两个中断：一个是报警按钮被按下时触发的中断；另一个是定时中断，它每20ms触发一次，用于检测GSM 模块的超时应答。车载 GPS智能终端软件系统的主要功能是由主程序完成的。主程序采用状态机的系统结构，其总体结构图如图4 所示。其中，
11、a）为总体流程框图，b）为 GSM 报文处理部分流程图， c）为 GPS报文处理部分流程图。终端可以处于8 种状态：空闲、上传定位信息、定时上传定位信息、拨号、通话中、网络无法连通、GPS无法定位、报警。状态间的切换主要由ITS 中心通过发送消息的命令报文控制。程序工作时先进行初始化工作，然后进入主控制循环。在主控制循环中首先检查GSM数据缓冲区中是否有完整的GSM 数据包，如果有则进行解读，并根据协议中的控制命令改变终端所处的状态。接着判断GPS数据缓冲区中是否有完整的GPS数据包，如果有则取出并解读出当前的全球定位坐标，以供上传坐标时使用。最后根据终端所处的状态对终端进行操作，例如：如果终端处于上传定位消息的状态，则控制GSM 模块上传定的消息。实验证明，车载GPS智能终端可以较好地完成终端定位、与ITS 中心通讯、报警、拨打车载电话等功能，并且具有成本较低、系统覆盖面广、使用维护费用低、通讯可靠等特点。但是，由于系统主要采用GSM 系统的短消息进行通讯，因此无法做到实时通讯。在本系统的基础上稍加改进就可以使用GPRS 技术代替短消息进行数据传输，其“永远在线”的特点可保证数据的实时传输精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页
