摘? 要: 討論了智能交通系統(tǒng)中車載終端" title="車載終端">車載終端的作用和意義;闡述了車載GPS智能終端" title="智能終端">智能終端的主要功能;介紹了GSM模塊及其性能和使用方法,。著重討論了車載GPS智能終端的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞: 智能交通系統(tǒng)(ITS)? 車載終端? GSM? GPS? 短消息
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智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transport System,，即ITS)采用信息技術(shù),、計算機(jī)技術(shù),、控制技術(shù)等手段對傳統(tǒng)交通運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改造,以達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行效率,、提高系統(tǒng)可靠性和安全性、減少能源消耗和對自然界的污染等目的,。ITS總體來說包括四部分:交通信息采集部分,、車輛調(diào)度控制部分、電子收費系統(tǒng)和交通信息服務(wù),。其中的每個部分都需要車載終端的參與:在交通信息采集部分,需要車載終端提供車輛的準(zhǔn)確定位信息和車輛運(yùn)行情況信息;在車輛調(diào)度控制部分,車載終端作為控制的接收端,負(fù)責(zé)接收ITS中心的調(diào)度指揮信息;電子收費系統(tǒng)需要車載終端與收費站自動完成付費交易;車載終端還是交通信息服務(wù)的接收平臺,把服務(wù)顯示給車輛駕駛員和乘客,。因此,車載終端是ITS系統(tǒng)中非常重要的組成部分。本文所介紹的“車載GPS智能終端”就是ITS車載終端的一個具體實現(xiàn),。下面詳細(xì)介紹車載終端系統(tǒng)的功能與設(shè)計實現(xiàn)方法,。
1 車載GPS智能終端的功能
根據(jù)ITS系統(tǒng)的要求,車載GPS智能終端應(yīng)具有如下功能:(1)車輛定位;(2)終端與ITS控制中心通訊;(3)報警,包括主動報警和自動報警;(4)在必要時進(jìn)行車內(nèi)監(jiān)聽;(5)在必要時控制汽車熄火;(6)顯示調(diào)度信息。另外,車載GPS智能終端還根據(jù)用戶需要實現(xiàn)了其它功能:(1)可撥打車載電話;(2)限制車輛行駛范圍和行駛時間,監(jiān)控車輛的行駛軌跡等,。車載GPS智能終端的這些功能使其特別適用于汽車保險、運(yùn)輸車隊或出租車隊的管理,、調(diào)度等領(lǐng)域,。
2 基于GPS-GSM/GPRS" title="GSM/GPRS">GSM/GPRS的ITS系統(tǒng)設(shè)計
目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)的技術(shù)已經(jīng)比較成熟,使用也非常方便,通過專用的GPS模塊即可方便地獲得車載GPS智能終端所在的全球定位坐標(biāo)。其定位精度比較高,一般誤差小于15m,。
如何把定位信息發(fā)送給ITS中心一直是比較難解決的問題之一,。以往的ITS系統(tǒng)多采用集群通信系統(tǒng)實現(xiàn)車載終端與ITS中心的通訊。但是這種系統(tǒng)具有覆蓋區(qū)域小,、安裝維護(hù)費用高,、技術(shù)復(fù)雜等缺點。近兩年隨著GSM/GPRS網(wǎng)在中國的普及,車載終端通過GSM/GPRS網(wǎng)與ITS中心通訊的方式已經(jīng)成為最受歡迎的方式,。這主要由于以下原因:(1)GSM/GPRS網(wǎng)覆蓋面廣,目前已經(jīng)遍及我國大部分地區(qū),包括鄉(xiāng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū);(2)無需建網(wǎng),、維護(hù);(3)GSM/GPRS網(wǎng)可靠性高、誤碼率低;(4)使用短消息" title="短消息">短消息功能或GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,費用比較低;(5)由于GSM/GPRS技術(shù)使用廣泛,提供相應(yīng)通訊模塊的廠商較多,價格也比較合理,。這里設(shè)計的ITS系統(tǒng)就是基于GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和GSM/GPRS這兩大系統(tǒng)的,。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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首先車載GPS智能終端通過GPS衛(wèi)星定位自己的全球坐標(biāo);然后以短消息或GPRS數(shù)據(jù)通訊方式把定位信息發(fā)送到ITS中心,ITS中心的控制調(diào)度命令也是通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車載GPS智能終端中,終端與ITS中心的通訊符合專用的命令協(xié)議;最后,互聯(lián)網(wǎng)的用戶還可以通過VPN專用網(wǎng)技術(shù)或其它安全聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接到ITS中心,以控制,、查看車載終端的狀態(tài),。
3 車載GPS智能終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計
車載GPS智能終端利用單片機(jī)與GSM模塊和GPS模塊聯(lián)合設(shè)計了一個符合經(jīng)濟(jì)型終端功能需求的硬件解決方案。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。
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3.1 主控單片機(jī)
主控單片機(jī)采用具有兩個串口的高性能單片機(jī)W77E58,。在系統(tǒng)中,主控單片機(jī)負(fù)責(zé)接收用戶的手柄輸入信號和GPS輸入信號;對GPS信號進(jìn)行計算，以獲得當(dāng)前的經(jīng),、緯度坐標(biāo);接收并解析ITS中心發(fā)送的短消息命令,按命令進(jìn)行上傳" title="上傳">上傳定位坐標(biāo),、報警等操作;另外還負(fù)責(zé)把系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及ITS的信息通過液晶屏顯示出來。
3.2 GSM模塊
使用GSM模塊可以方便地利用GSM網(wǎng)進(jìn)行通訊,。它同主控制器以串行口的方式連接,并采用一定的波特率進(jìn)行通信,。主控制器可以通過AT命令控制GSM模塊使其發(fā)送短消息,使用GPRS傳送數(shù)據(jù)或進(jìn)行語音通話,。GSM模塊硬件連接圖如圖3所示。
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GSM模塊與單片機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的串行口進(jìn)行通訊,通訊的最高波特率可以達(dá)到115200bit/s,。GSM模塊與SIM卡之間主要通過SIMCLK和SIMDATA信號線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達(dá)之間的時間間隔盡量短,選用的SIM卡最好是同一個電信運(yùn)營商提供的。在使用GPRS功能時,還需要選擇支持GPRS的SIM卡,并開通GPRS服務(wù),。GSM模塊還支持驅(qū)動兩路麥克風(fēng),、兩路揚(yáng)聲器和一路蜂鳴器。其中一路麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器可以連到手柄的聽筒上,以實現(xiàn)車載電話功能,。
3.3 GPS模塊
GPS模塊用于接收GPS衛(wèi)星的信號,并計算出車載終端目前所在的位置,。采用的GPS模塊由變頻器、信號通道,、微處理器和存儲單元等組成,。GPS模塊通過串行口向主控制器發(fā)送定位坐標(biāo);主控制器也可以向GPS模塊發(fā)送設(shè)置命令,以控制GPS模塊的狀態(tài)和工作方式。GPS模塊需要配備專門的GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號,。一般在比較開闊的地區(qū),需接收到三顆以上的GPS衛(wèi)星信號才能進(jìn)行準(zhǔn)確定位,。在車載GPS智能終端系統(tǒng)中,把天線放置在車頂可以有比較好的定位效果。
3.4 電源模塊
電源模塊用于給系統(tǒng)中的其它模塊供電,。終端系統(tǒng)需要電源模塊提供三路電壓,分別為:3.6V,、5V、3.3V,。其中,GSM模塊在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時需要的電流比較大(約為2A),選用了National公司的LM2576電源芯片,。它是一種PWM方式調(diào)制的高功率穩(wěn)壓芯片,可以提供高達(dá)3.5A的尖鋒電流。電源模塊中還設(shè)計了后備電池系統(tǒng),在車載電源不工作或被破壞時給車載GPS終端供電,。在車載電源工作正常的情況下,后備電池會自動被充電,。
4 車載GPS智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計
首先介紹程序響應(yīng)的中斷系統(tǒng)。由于單片機(jī)與模塊之間的通訊是不定期,、不定長的通訊,為了保證不出現(xiàn)阻塞情況,系統(tǒng)采用中斷接收方式:把接收到的所有數(shù)據(jù)在中斷過程中放入對應(yīng)的循環(huán)緩沖區(qū)之中,然后由主程序解析接收到的串口數(shù)據(jù),。單片機(jī)還要響應(yīng)另外兩個中斷:一個是報警按鈕被按下時觸發(fā)的中斷;另一個是定時中斷,它每20ms觸發(fā)一次,用于檢測GSM模塊的超時應(yīng)答。
車載GPS智能終端軟件系統(tǒng)的主要功能是由主程序完成的,。主程序采用狀態(tài)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),其總體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示,。其中,(a)為總體流程圖,(b)為GSM報文處理部分流程圖,(c)為GPS報文處理部分流程圖。終端可以處于8種狀態(tài):空閑,、上傳定位信息,、定時上傳定位信息、撥號,、通話中,、網(wǎng)絡(luò)無法連通、GPS無法定位、報警,。狀態(tài)間的切換主要由ITS中心通過發(fā)送短消息的命令報文控制,。
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程序工作時先進(jìn)行初始化工作,然后進(jìn)入主控制循環(huán)。在主控制循環(huán)中首先檢查GSM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中是否有完整的GSM數(shù)據(jù)包,如果有則進(jìn)行解析,并根據(jù)協(xié)議中的控制命令改變終端所處的狀態(tài),。接著判斷GPS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中是否有完整的GPS數(shù)據(jù)包,如果有則取出并解析出當(dāng)前的全球定位坐標(biāo),以供上傳坐標(biāo)時使用,。最后根據(jù)終端所處的狀態(tài)對終端進(jìn)行操作,例如:如果終端處于上傳定位消息的狀態(tài),則控制GSM模塊上傳定位消息。
實驗證明,車載GPS智能終端可以較好地完成終端定位,、與ITS中心通訊,、報警、撥打車載電話等功能,并且具有成本較低,、系統(tǒng)覆蓋面廣,、使用維護(hù)費用低、通訊可靠等特點,。但是,由于系統(tǒng)主要采用GSM系統(tǒng)的短消息進(jìn)行通訊,因此無法做到實時通訊,。在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)就可以使用GPRS技術(shù)代替短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,其“永遠(yuǎn)在線”的特點可保證數(shù)據(jù)的實時傳輸。
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參考文獻(xiàn)
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