0 引言
隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車數(shù)量在不斷增加，汽車在給人們帶來(lái)便利和享受的同時(shí)也帶來(lái)了許多問(wèn)題。譬如車輛被盜，以及其他意想不到的麻煩（拋錨，迷路，遭遇搶劫等）。無(wú)線GPS定位系統(tǒng)的出現(xiàn)可以說(shuō)在一定程度上解決了這個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)在許多的車載GPS設(shè)備，比較常見的有基于電臺(tái)傳輸方式的和基于SMS傳輸方式的，前者需要購(gòu)買昂貴的電臺(tái)，移動(dòng)端非常笨重，并且信號(hào)比較容易受干擾；而后者一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量受到限制（140B），而且其通信費(fèi)用較高。
鑒于這些問(wèn)題的考慮，本文提出一種基于GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)。GPRS具有覆蓋面廣，通信費(fèi)用低，“高速”和“永遠(yuǎn)在線”等特點(diǎn)?；?/span>GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)服務(wù)費(fèi)用低，設(shè)備輕便，抗干擾能力強(qiáng)，提供同INTERNET的無(wú)縫連接并且免去申請(qǐng)無(wú)線資源的麻煩。
1 GPRS簡(jiǎn)介
1.1 GPRS特點(diǎn)
GSM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，其應(yīng)用已非常成熟， GPRS就是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，是GSMPhase2.1規(guī)范所要實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容之一。GPRS是在現(xiàn)有的GSM電路上疊加一個(gè)基于分組的無(wú)線接口,目標(biāo)是提供115ｋbit/s速率的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用分組交換來(lái)補(bǔ)充電路交換網(wǎng)絡(luò)是GSM技術(shù)的一個(gè)重要升級(jí)。分組交換的一大優(yōu)點(diǎn)是可以靈活分配網(wǎng)絡(luò)資源。所以GPRS除了具有GSM傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)（覆蓋面廣，用戶數(shù)量大，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定）之外，還有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：
（1） 采用分組交換技術(shù)，高效傳輸高速或低速數(shù)據(jù)和信令，優(yōu)化了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和無(wú)線資源的利用。
?。?） 網(wǎng)絡(luò)接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接。
?。?） 支持基于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應(yīng)用，可以和IP網(wǎng)、X.25網(wǎng)互聯(lián)互通。
（4） 可以實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)流量、業(yè)務(wù)類型及服務(wù)質(zhì)量等級(jí)(QoS)的計(jì)費(fèi)功能。
（5） 核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)，底層款可使用多種傳輸技術(shù)，很方便地實(shí)現(xiàn)與高速發(fā)展的IP網(wǎng)無(wú)縫連接。
?。?） GPRS可提供高達(dá)115kbit/s的傳輸速率（最高值為171.2kbit/s，不包括FEC）。
1.2 GPRS系統(tǒng)構(gòu)成方法
(1) 在GSM系統(tǒng)中引入3個(gè)主要組件
• GPRS服務(wù)支持結(jié)點(diǎn)(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
• GPRS網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(diǎn)(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
• 分組控制單元(PCU)
(2) 對(duì)GSM的相關(guān)部件進(jìn)行軟件升級(jí) GPRS系統(tǒng)原理如圖1所示圖。
圖1 GPRS系統(tǒng)原理圖
1.3 我國(guó)GPRS標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展概況
我國(guó)從1996年開始跟蹤研究GPRS的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。于2000年4月，已經(jīng)完成了"900/1800MHz TDMA數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)GPRS隧道協(xié)議(GTP)規(guī)范"，由信息產(chǎn)業(yè)部電信傳輸所提出了"GPRS業(yè)務(wù)研究"的前期的預(yù)研成果。從1998年開始，我國(guó)運(yùn)營(yíng)者開始醞釀在國(guó)內(nèi)興建GPRS的試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)工作，標(biāo)準(zhǔn)化的工作就顯得極為迫切了。在2000年內(nèi)和2001年上半年，已頒布900/1800MHz TDMA蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)相關(guān)的一系列標(biāo)準(zhǔn)。
2 基于GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
總體設(shè)計(jì)框圖如 圖2 所示
圖2 基于GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖
用戶可簡(jiǎn)單的撥打服務(wù)中心電話實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的查詢和控制設(shè)置，服務(wù)中心根據(jù)用戶的要求通過(guò)INTERNET實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的監(jiān)控和管理。另一種方式，用戶也可以在服務(wù)中心授權(quán)的情況下在家實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的監(jiān)控，所需要的設(shè)備只是一臺(tái)接入INTERNET的PC機(jī)，服務(wù)中心將用戶的IP和端口號(hào)告知移動(dòng)端，并且被存入NVM（斷電不丟失）區(qū)域，此時(shí)服務(wù)中心將車輛的監(jiān)控權(quán)完全交給用戶。用戶如果駕車外出，可以以同樣的方式把監(jiān)控權(quán)交回服務(wù)中心，以便服務(wù)中心能根據(jù)監(jiān)控情況給予幫助（如緊急報(bào)警，指路等）。因?yàn)?/span>GPRS模塊只能跟設(shè)定的IP和端口號(hào)通信，所以任何情況下只能完全被一方控制。
數(shù)據(jù)在整個(gè)傳輸過(guò)程中經(jīng)歷了GPRS無(wú)線信道和INTERNET有線傳輸兩部分路徑。從服務(wù)中心（或用戶PC）下發(fā)指令數(shù)據(jù)通過(guò)指定的IP地址和端口號(hào)發(fā)送到INTERNET，通過(guò)GPRS與INTERNET之間的無(wú)縫連接將其封裝成GPRS分組數(shù)據(jù)包傳到GPRS網(wǎng)上，被支持GPRS的移動(dòng)端收發(fā)模塊接收處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下發(fā)傳輸。移動(dòng)端反饋信息時(shí)，數(shù)據(jù)在移動(dòng)端打成GPRS分組數(shù)據(jù)包，由GPRS無(wú)線模塊發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)GPRS與INTERNET之間的無(wú)縫連接把數(shù)據(jù)打成TCP/IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)入INTERNET發(fā)送到指定的IP和端口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上行傳輸。
圖3 移動(dòng)端
圖3中，GR47從GPRS網(wǎng)絡(luò)接受到指令，GPS中獲取定位（GPS時(shí)間，經(jīng)緯度，速度，方向等），根據(jù)指令的要求（或主動(dòng)上發(fā)），將數(shù)據(jù)按一定的格式通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給服務(wù)中心。通過(guò)GR47上的I/O口實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的控制。
3基于GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)
3.1 硬件實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)所需要的硬件為：支持GPRS的無(wú)線收發(fā)模塊，GPS接收板，系統(tǒng)啟動(dòng)控制芯片，看門狗，串口電平轉(zhuǎn)換芯片，連網(wǎng)PC機(jī)。
（1） 采用的無(wú)線模塊為Sony Ericsson 的新一代的移動(dòng)通信GSM 模塊GR47。它支持900/1800 MHz 和850/1900 MHz 雙波段，預(yù)期使用在機(jī)機(jī)(machine-to-machine)和人機(jī)(man-to-machine)應(yīng)用中，適合需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)（SMS, CSD, HSCSD, GPRS）的地方，也可以通過(guò)GSM 網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音呼叫，便于我們以后的擴(kuò)展應(yīng)用。模塊有能力來(lái)存儲(chǔ)和運(yùn)行用戶在處理器停機(jī)時(shí)寫入腳本構(gòu)成的代碼，通過(guò)底層翻譯程序使用（本系統(tǒng)的軟件部分正是基于這種方式實(shí)現(xiàn)，后文將詳細(xì)介紹）。有相當(dāng)于44K 可用的兩個(gè)腳本存儲(chǔ)空間，和25K 操作RAM。串行通道使用異步通信，連接應(yīng)用系統(tǒng)或輔助設(shè)備單元到模塊。它們由三個(gè)UART 組成：UART 1 完整地全部使用RS232 并且關(guān)閉通信線，UART 2 可以使用接口連接到GPS 單元，下載軟件接受記錄信息。 UART 3 可以嵌入應(yīng)用使用。板上有完整的IP/TCP/UDP 堆棧，擴(kuò)充工作碼軟件，不需要客戶來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)中使用的是UDP/IP協(xié)議。
（2） 系統(tǒng)啟動(dòng)控制芯片采用MOTOROLA公司的SN54/74LS123。
結(jié)構(gòu)圖如 圖4 所示：
圖4 SN54/74LS123結(jié)構(gòu)圖
功能表如下：
|
INPUTS |
OUTPUTS |
|||
|
CLEAR |
A |
B |
Q |
Q |
|
L |
X |
X |
L |
H |
|
X |
H |
X |
L |
H |
|
X |
X |
L |
L |
H |
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H |
L |
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H |
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H |
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L |
H |
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表1 SN54/74LS123功能表
基于GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)主要硬件連接電路圖如圖5所示：
圖5 基于GPRS的車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)硬件連接圖
模塊電源由接地(拉低)14引腳(RST2)打開/關(guān)閉，釋放此腳，內(nèi)部將上拉到高狀態(tài)。系統(tǒng)上電，74LS123將RST2下拉為低電平來(lái)啟動(dòng)GR47。 看門狗監(jiān)視程序運(yùn)行情況，一旦程序運(yùn)行異常，通過(guò)74LS123控制GR47和電源芯片重新啟動(dòng)。GPS接收板連GR47的UART3口。UART 3 由全雙工通信制通信組成，包括發(fā)送和接收線，是應(yīng)用系統(tǒng)與模塊數(shù)據(jù)通信的接口，可用模塊帶有的函數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接受發(fā)送。
3.2 軟件實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)包括兩部分：移動(dòng)端（車載臺(tái)）部分和服務(wù)中心（用戶）部分。服務(wù)中心端軟件用C#.net來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用C#.net提供的函數(shù)可以很方便的建立UDP連接和收發(fā)數(shù)據(jù)，我們著重介紹移動(dòng)端軟件的開發(fā)。
移動(dòng)端部分有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是直接使用AT指令，“AT” 是A Ttention 的縮寫，它是一種面向行的命令語(yǔ)言，此命令行由一串字母數(shù)字的字符組成。它發(fā)送到調(diào)制解調(diào)器來(lái)指示執(zhí)行由字符指定的命令。用戶使用AT指令通過(guò)串口和收發(fā)模塊中的調(diào)制解調(diào)器交流，控制其動(dòng)作。另一種是使用C代碼，模塊有能力來(lái)存儲(chǔ)和運(yùn)行用戶在處理器停機(jī)時(shí)寫入腳本構(gòu)成的代碼，通過(guò)底層翻譯程序使用。GR47模塊支持C語(yǔ)言，確切的說(shuō)為標(biāo)準(zhǔn)C的一個(gè)子集，支持兩種基本的數(shù)據(jù)類型：char(8bit)和int(32bit)。
語(yǔ)言結(jié)構(gòu)包括：
If - then - else 語(yǔ)句
While loops
For loops
并且其集成開發(fā)環(huán)境M2mpower IDE帶有豐富的函數(shù)庫(kù)，提供了許多可供用戶直接調(diào)用的函數(shù)接口。極大的方便了應(yīng)用程序的開發(fā)。
本系統(tǒng)采用第二種方式實(shí)現(xiàn)。因?yàn)?/span>GR47只提供44K的用戶程序存儲(chǔ)空間，所以必須精心構(gòu)思整個(gè)程序的設(shè)計(jì)。軟件實(shí)現(xiàn)的具體功能為：點(diǎn)名回傳，定時(shí)/定點(diǎn)回傳，進(jìn)/出區(qū)域報(bào)警，防盜報(bào)警，黑匣子功能，連續(xù)駕駛提示，遇劫報(bào)警等。流程圖見圖6
圖6 移動(dòng)端程序流程圖
程序開始運(yùn)行后，從NVM（斷電不丟失區(qū)域）中讀出變量初始化值和各狀態(tài)標(biāo)志位進(jìn)行初始化操作。建立UDP連接后向服務(wù)中心注冊(cè)，注冊(cè)成功后服務(wù)中心才會(huì)獲得車載臺(tái)的SIM卡號(hào)碼和ID號(hào)，也就是說(shuō)，第一次的連接是單向的（從車載臺(tái)到服務(wù)中心），之后才能雙向交流。主循環(huán)中，每一次循環(huán)都要讀取GPS數(shù)據(jù)，以保證每刻的GPS信息都是最新的。下面判斷服務(wù)中心有無(wú)下發(fā)指令，若有，分析指令進(jìn)行相關(guān)動(dòng)作，否則繼續(xù)執(zhí)行。然后依次判斷各狀態(tài)標(biāo)志位（如超速標(biāo)志，時(shí)間到標(biāo)志等），若標(biāo)志置位，動(dòng)作，否則繼續(xù)。監(jiān)測(cè)外部I/O口，看有無(wú)外部輸入（如遇劫報(bào)警，求助報(bào)警等），若有則上發(fā)指令通知服務(wù)中心。為了保證系統(tǒng)的可靠性，我們綜合使用了軟件看門狗和硬件看門狗。盡量把喂狗語(yǔ)句安排在低層函數(shù)的耗時(shí)部分（如數(shù)據(jù)讀取/發(fā)送部分），以減少喂狗語(yǔ)句的數(shù)量，保證存儲(chǔ)空間。
4結(jié)束語(yǔ)
本文較詳細(xì)地論述了基于GPRS車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，采用Sony Ericsson 的新一代的移動(dòng)通信GSM 模塊GR47。系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)，開發(fā)周期短，而且使用中即經(jīng)濟(jì)又方便。因此，具有非常廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。
會(huì)員中心
