1 引言

車載GPS定位終端在過去十年內(nèi)已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn),。在歐美國家和日本,，車載GPS定位終端在最近幾年內(nèi)得以廣泛的應(yīng)用。車載GPS定位終端是融全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)和現(xiàn)代無線通信技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng),。該終端的主要功能是通過GPS模塊從衛(wèi)星獲取GPS數(shù)據(jù),將移動(dòng)車輛的動(dòng)態(tài)位置(經(jīng)度,、緯度、時(shí)間,、速度)等信息實(shí)時(shí)地通過無線通信鏈路上傳至監(jiān)控中心,同時(shí)接收監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令,。目前的車輛監(jiān)控系統(tǒng)中大多采用GSM通信網(wǎng)以短信息的方式進(jìn)行通信,不能充分滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。而GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線業(yè)務(wù)是一種以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ),采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高效數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò),，可以彌補(bǔ)GSM網(wǎng)絡(luò)的不足,。車載GPS定位終端不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)主要作用，同時(shí)還可以提供防盜防搶劫報(bào)警,，公交車報(bào)站,，物流車輛調(diào)度等多種服務(wù)。

2 車載GPS定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本部分介紹車載GPS定位系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,，著重闡述嵌入式處理器AT91RM9200硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì),，GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊的接口設(shè)計(jì)和 GPRS通信模塊接口的設(shè)計(jì)。如圖1所示,，車載GPS定位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由GPRS接收模塊,、GPS接收模塊,、SDRAM,FLASH存儲器模塊、串口通信模塊,，以及外圍模塊組成,。

2.1  GPRS接收模塊電路設(shè)計(jì)

GPRS模塊負(fù)責(zé)主電路板與監(jiān)控中心的通信任務(wù)，它將處理好了的GPS數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心,，并接收監(jiān)控中心發(fā)送給主電路板的控制命令,，該模塊直接影響到這個(gè)車載終端的實(shí)際使用效果。

本系統(tǒng)選用的GPRS模塊是由索尼愛立信公司推出的GR47 模塊,，該模塊的主要特點(diǎn)是內(nèi)置TCP/TP協(xié)議棧,。它允許一個(gè)TCP/UDP傳輸機(jī)制以最小的前期配置和操作來被使用。其內(nèi)嵌控制器方便集成客戶的應(yīng)用,，減少外部控制器的需求,。GR47支持雙頻GSM寬帶900MHz/1800MHz，可通過SMS短消息服務(wù),、CSD,、HSCSD或GPRS來發(fā)送或接收資料，并可處理語音及傳真,。其TCP/IP協(xié)議棧也可通過AT命令或嵌入式應(yīng)用進(jìn)行訪問,。由于GR47模塊內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，所以可以直接用AT命令對其進(jìn)行控制,，使用起來非常方便,。圖2描述了GPRS通信模塊的串口電路設(shè)計(jì)。 

2.2 GPRS模塊的SIM卡電路設(shè)計(jì)

GR47模塊帶有一個(gè)SIM卡的接口,，遵從 IS07816 IC卡標(biāo)準(zhǔn),。通過電線與外部擴(kuò)展的SIM卡盒相連。圖3描述了GPRS模塊的SIM卡電路設(shè)計(jì),。

2.3 GPS接收模塊電路設(shè)計(jì)

GPS 模塊負(fù)責(zé)接收GPS定位衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文,，他通過串行接口與主電路板相連接，是實(shí)現(xiàn)接收GPS數(shù)據(jù)的關(guān)鍵,。

對于GPS模塊的選擇而言,，通常從技術(shù)參數(shù)，支持的通信協(xié)議,，控制接口和成本幾個(gè)方面考慮,。目前商用的GPS模塊，大都支持12通道,，采用C/A編碼,，NMEA0183協(xié)議，通過 RS232接口控制,。本系統(tǒng)選用的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊為上海麗浪公司出品的GPS-R25型GPS模塊,，具有以下特性:12通道C/A碼接收控制,，可同時(shí)監(jiān)控12路衛(wèi)星信號；內(nèi)部集成16位ARM7TDMI處理內(nèi)核,；電池會在正常的使用過程中充電,；GPS衛(wèi)星采集模塊的誤差范圍為1～5米；2種接口連接且用戶可自選波特率,；達(dá)到工業(yè)級的標(biāo)準(zhǔn)并且防水,。并且該模塊即可以通過RS-232的串口與主電路板相連接，也可以通過PS2接口與主電路板相連接,，使用起來非常方便,。

2.4 FLASH存儲器電路設(shè)計(jì)

Flash存儲器是一種可在系統(tǒng)電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲器,。作為一種非易失性存儲器,，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等,。系統(tǒng)采用了一片K9F5608U0A的 NAND型Flash,，K9F5608U0A是三星公司生產(chǎn)的K9XXXXXU0A系列閃存中的一種，32MB容量,，讀寫速度快,，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長以及高達(dá) 10萬次的擦除寫入壽命等優(yōu)點(diǎn)。該芯片具有一個(gè)八位的I/O端口,。在CE為低電平時(shí),，把WE置低，地址,、命令和數(shù)據(jù)都可通過該端口寫入。數(shù)據(jù)在WE的上升沿被鎖存,，CLE和ALE分別用來控制對命令和地址的鎖存,。同時(shí)K9F5608U0A具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)功能，能夠最大限度地保護(hù)用戶數(shù)據(jù),。

3 車載GPS定位系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

車載GPS系統(tǒng)的應(yīng)用程序在功能上可以分為7個(gè)功能模塊,，即初始化模塊，控制模塊,，GPS數(shù)據(jù)獲取模塊,，上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，用戶界面模塊,，通信模塊和下行數(shù)據(jù)處理模塊,。

初始化模塊主要實(shí)現(xiàn)對串口的初始化及把所有的標(biāo)志位置零；控制模塊主要是根據(jù)上位機(jī)的命令來執(zhí)行相應(yīng)的操作,，比如采集GPS數(shù)據(jù),，發(fā)送當(dāng)前行車狀態(tài)等,；用戶界面模塊主要功能就是把GPS數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)等在觸摸屏上顯示出來,，同時(shí)還要可以響應(yīng)觸摸屏上的中斷,，以便實(shí)現(xiàn)通過觸摸屏操作車載終端的功能。

GPS數(shù)據(jù)獲取模塊的主要功能就是通過與串口相連接的GPS 模塊獲取當(dāng)前的GPS信息,；在本程序中用的是GPRMC定位語句,，將忽略其它信息。提取GPRMC語句的思路是設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū),，把接收到的GPS數(shù)據(jù)都放入這個(gè)緩沖區(qū),，當(dāng)緩沖區(qū)滿了的時(shí)候就在緩沖區(qū)中查找是否接受到GPRMC定位語句，如果沒有接收到則重新接收GPS數(shù)據(jù),。如果找到了GPRMC定位語句則還要判斷該語句在緩沖區(qū)中的位置離緩沖區(qū)的最大字節(jié)數(shù)是否大于62個(gè)字節(jié),。（因?yàn)楸境绦蛑行枰腉PRMC定位語句所包含的字節(jié)數(shù)為62）

上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的主要功能是把接收到的GPS數(shù)據(jù)或是相關(guān)的狀態(tài)信息轉(zhuǎn)換成約定好的數(shù)據(jù)格式以便同監(jiān)控中心的通信。該模塊會判斷需要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是GPS 數(shù)據(jù)信息還是相關(guān)狀態(tài)信息或是兩者都有,，然后選擇相應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序,。由上面的介紹可以知道接受到的GPS數(shù)據(jù)都是順序存放在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)當(dāng)中的，需要什么數(shù)據(jù)就到緩沖區(qū)中相應(yīng)的位置提取就可以了,。數(shù)據(jù)都是以字符形式存放的,，所以實(shí)際要用的時(shí)候必須先轉(zhuǎn)換成整形數(shù)據(jù)。下行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊的功能與上行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模塊的功能相反,，它將監(jiān)控中心發(fā)送的命令進(jìn)行識別后發(fā)送給車載終端,，并送用戶界面模塊顯示。

通信模塊的主要任務(wù)是完成車載終端與監(jiān)控中心的通信,，它既可以通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的無線通信,，也可以通過網(wǎng)口與筆記本電腦連接進(jìn)行通信。如果車載終端與上位機(jī)的距離隔的很遠(yuǎn)可以直接通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心進(jìn)行連接,，而且通過GR47模塊連接GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心連接也非常方便,，只用往 GPRS模塊發(fā)送幾條AT命令就可以了，但是監(jiān)控中心必須有能上因特網(wǎng)的固定IP,。啟動(dòng)車載終端的同時(shí)GR47模塊也會被啟動(dòng),，這是模塊會自動(dòng)連接上 GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入命令模式。撥號成功以后就連接上了GPRS網(wǎng)絡(luò)了,，然后對于GR47模塊連接的串口進(jìn)行讀寫操作就可以實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控中心的無線通信了,。通過網(wǎng)口進(jìn)行通信則比較簡單，直接采用Linux下的socket 編程就可以實(shí)現(xiàn),。

根據(jù)以上各個(gè)模塊的功能的定義,，軟件部分主流程圖如圖5所示：

4 總結(jié)

本文的創(chuàng)新點(diǎn)是采用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線通信代替了傳統(tǒng)的GSM短信息通信模式，不僅節(jié)約了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行成本，而且提高了數(shù)據(jù)的傳輸速度和可靠性,；同時(shí)選用了工業(yè)級的帶有內(nèi)存管理功能的 ARM9芯片AT91RM9200作為處理器,，并圍繞它進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，使得該終端有很高的可靠性,，并且能夠適應(yīng)比較惡劣的環(huán)境,，因?yàn)檫x用了帶內(nèi)存管理功能的ARM9芯片，所以可以移植Linux操作系統(tǒng),，該操作系統(tǒng)自帶的資源十分豐富,，使得應(yīng)用程序的功能更加強(qiáng)大，同時(shí)也增加了軟件的擴(kuò)展性,；最后本車載定位終端融合了GPS全球定位技術(shù),，GPRS無線通信技術(shù),ARM嵌入式技術(shù)以及嵌入式Linux系統(tǒng)的移植與編程，屬于一個(gè)交叉學(xué)科的工程項(xiàng)目,。自該系統(tǒng)投入市場半年以來,，創(chuàng)造了50余萬元的經(jīng)濟(jì)效益。

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