摘 要: GPS車載移動終端的功能和工作原理,對車載移動終端的硬件組成和軟件設計提出了詳細的設計方案,給出了GPS數據的提取方法、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,并驗證了該方案的可行性。
關鍵詞: 單片機 GPS 車載終端 短消息
警用車輛的指揮調度、運鈔車的監控與安全調度、出租車的經營管理和合理調度,已成為公安、銀行以及公交運輸系統中越來越重要的問題。GPS全球定位技術的出現給車輛、輪船等移動目標的導航定位提供了精確、實時的定位能力。由車載GPS系統所確定的車輛位置信息通過車載通信單元將其發送給調度指揮中心,調度指揮中心便可及時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。通過移動目標監控調度系統,調度指揮中心隨時可以知道入網移動目標的方位。不僅可以進行安全合理的監控調度,而且可以為入網移動目標提供無線通信、遇險報警、決策指揮等多項服務。本文提出了一種基于單片機的車載移動終端設計方案。
1 車載移動終端
GPS車載移動終端采用世界領先的GPS全球衛星定位技術、無線通信技術及計算機數據處理技術,可為用戶提供全方位、全時域空間位置信息。主要應用于:私家車防盜、車載電話、車輛保險、遠程遙控遙測、運營車輛監控管理及車輛故障管理等。GPS車載移動終端在GPS移動信息服務系統中的應用結構如圖1所示。
通過GPS移動信息服務系統,車載移動終端可以實現如下基本功能:
(1)實時定位功能:運用GPS實現定位獲得車輛高精度的位置及狀態信息,通過電子地圖系統查出車輛地理位置,實現定位和跟蹤,并根據需要通知車主或控制中心。
(2)報警功能:為確保人、車安全,設計了多種條件下觸發報警功能。
?、倬o急報警:當車主在遇到緊急情況、車輛故障、交通事故、醫療等情況下,只要按動緊急情況按鍵,即可通知車主家人、控制中心、汽車俱樂部。通過數據分析可得知車輛位置并設法盡快提供幫助。
?、跔顟B報警:可遠程遙控設置超速、超加速、越界、停車時間過長、振動、車門動作、GPS無信號、蓄電池電壓低等多種報警功能。報警后車主或控制中心會收到報警信息和車輛位置信息。狀態報警可以由用戶設定來選擇各種報警有效與否。在報警狀態下,車主家人或控制中心可實現監聽功能。
(3)車載電話功能:可以實現完全的GSM車載電話功能。配接免提裝置可實現免提通話功能,保證行車安全。
(4)汽車黑匣子功能:可記錄汽車最近一段時間的運行狀態和軌跡?？筛鶕O置記錄一定時間或距離的汽車狀態和軌跡,為運營和交通事故處理提供依據。
(5)汽車防盜器:具有近程和遠程控制及報警功能。近程可通過RF來實現遙控解除和設置警界狀態功能;遠程可通過GSM網絡將汽車狀態通知車主或控制中心,且車主和控制中心可遙控解除和設置警界狀態。
(6)具有嚴格的密碼認證功能,車主具有隱私權。
2 GPS車載移動終端設計
GPS車載移動終端主要由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車載移動終端中控制器的選擇至關重要,它不僅影響整個系統的性能,而且關系到車載移動終端的成本。本車載移動終端選擇美國CYGNAL公司的C8051F020單片機做處理器。C8051F020與一般的8051相比,其優點在于:(1)運行速度快。芯片采用流水線指令結構,70%的指令其執行時間為1個或2個系統時鐘周期,當工作在最大系統時鐘頻率25MHz時,執行速度可達25MIPS。(2)ADC采樣速率高,可達到500Kbps,不必外加ADC芯片就能滿足需要。(3)片內存儲空間大。該片具有64KB的Flash存儲器,4KB數據SRAM和64KB的XRAM。(4)調試方便。片內支持JTAG調試功能。(5)安全機制可靠。具有7種復位源,大大提高了運行可靠性,并利用JTAG口編程對芯片加密,提高了系統的保密性。(6)外部資源豐富,有8個8位的I/O端口,硬件有SMBus(I2C兼容)、SPI及2個增強型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,其突出特點是可以將高性能GPS定位接收機做得非常小。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,相當于一個普通芯片的大小,非常適合于對尺寸要求嚴格的高端應用,如手機、PDA、車載導航等GPS的應用。其定位精度可以達到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、可靠地實現系統方案中的數據和語音傳輸、短消息服務(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,支持數據、語音、短消息和傳真服務等。此外,該模塊還具有電話簿功能、多方通話及漫游檢測功能。常用工作模式有省電、IDLE和TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器,實現電源連接、指令、數據、語音信號及控制信號的雙向傳輸。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車載移動終端的工作原理
TIM GPS接收機通過GPS天線接收衛星信號,解算出車載移動終端的位置信息,一方面存儲于緩沖區中,作為日后路徑回放用,另一方面直接由單片機通過串口發送到GSM模塊。GSM模塊再通過GSM短消息方式把位置信息發送到監控中心。監控中心通過GIS軟件平臺就可以直觀、清晰地在電子地圖上發現車輛的軌跡,實現車輛的實時監控。另外,車載終端也可以發送報警信息和語音信息到監控中心;監控中心也可以通過文字或語音的方式對車輛實施調度。GPS車載移動終端的總體框圖如圖2所示。
2.3 GPS車載移動終端的軟件設計
2.3.1 GPS數據的提取
目前幾乎所有GPS廠商都遵循美國國家海洋電子協會(National Marine Electronics Association)制定的NMEA-0183V20通信標準格式。TIM GPS接收機的輸出語句按串行通信協議,數據格式為8個數據位、1個起始位、1個停止位,無奇偶校驗?？梢愿鶕枰x擇傳輸速率。其輸出語句采用的是NMEA0183即ASCII格式碼,輸出語句達十多種,包括GGA、GSA、GSV、RMC、RMT、VTG等。這些定位數據語句不僅給出了位置、速度、時間等信息,而且指出當地的衛星接收情況。實際導航應用讀取GPS的空間定位數據時,可以根據需要每隔幾秒鐘更新一次經緯度和時間數據。而更頻繁的數據更新就沒有必要了,而且不需要了解NMEA0183通信協議的全部信息,僅需要從中挑選出所需要的那部分定位數據。其余的信息可忽略。所以在提取過程中只提取RMC數據。RMC數據設置包括時間、經度、緯度、高度、系統狀況、速度、過程和日期等信息。RMC數據設置描述如表1所示,其數據設置示例如下:
＄GPRMC,130304.0,A,4717.115,N,00833.912,E,000.04,205.5,200601,01.3,W*7C
單片機提取GPS數據的流程圖如圖3所示。
2.3.2 TC35的AT指令控制
單片機對TC35進行初始化并通過AT指令控制短消息的收發。對短消息的控制有PDU模式和Text模式。Text模式不能發中文,所以本方案中采用PDU模式進行短消息的接收和發送。
首先對TC35進行初始化,設置短消息發送格式AT+CMGF=1
發送短消息的過程:首先設置發送短消息的長度AT+CMGS=
接收短消息的過程:單片機接收到指令
2.3.3 車載移動終端軟件
車載移動終端軟件總流程圖如圖4所示。
本設計依據GPS全球定位系統、GSM公眾網絡以及通用的單片機技術,實現了車輛的定位監控。方案經過試驗驗證其技術可行,并且構成的系統成本低、應用范圍廣,為智能交通系統中的定位監控提出了一個較好的解決方法。
參考文獻
1 潘琢金,施國君.C8051Fxxx高速SOC單片機原理及應用.北京:北京航空航天大學出版社,2002
2 劉濤,張春業,韓旭東等.基于手機模塊TC35的單片機短消息收發系統.電子技術,2003;(3)
3 李小民,李先亮.單片機在基于GPS技術車輛監控系統中的應用.電子技術應用,1997;(4)
4 趙文浩,劉建業,何秀鳳.GPS車輛監控系統中短消息通信技術研究.工業控制計算機,2002;15(2)