基于GSM通訊和GPS定位技術(shù)實現(xiàn)車載智能終端系統(tǒng)的設(shè)計

在歐美和日本等發(fā)達(dá)地區(qū)已經(jīng)開始使用“智能交通系統(tǒng)”來管理現(xiàn)有的交通道路，每年向這個行業(yè)或相關(guān)產(chǎn)業(yè)投入大量的人力和物力。在我國已開始起步，我國政府已將“智能交通系統(tǒng)（ITS）”列入國家“十五”計劃，它已成為交通領(lǐng)域的重大科技攻關(guān)項目。隨著我國汽車行業(yè)的高速發(fā)展，汽車大量進(jìn)入家庭，去年我國轎車的銷售量高達(dá)110多萬輛，我國的私家車保有量已達(dá)10000萬輛，私家車普及率越來越高。與此同時，對汽車的安全服務(wù)要求也越來越高，因此，GPS/GSM智能車載通信防盜系統(tǒng)必將前景看好。

GPS與GSM通訊技術(shù)、GIS地理信息技術(shù)及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合形成的移動目標(biāo)（車、船）定位多功能服務(wù)系統(tǒng)，加上相應(yīng)的管理機構(gòu)，可以實現(xiàn)多種規(guī)模、多種組織形式的監(jiān)視、調(diào)度和控制，能快速、高效地反饋和處理各種類型的事件和服務(wù)請求。

車載GPS智能終端的主要功能

GPS車載移動終端采用世界領(lǐng)先的GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、無線通信技術(shù)及計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可為用戶提供全方位、全時域空間位置信息。主要應(yīng)用于：私家車防盜、車載電話、車輛保險、遠(yuǎn)程遙控遙測、運營車輛監(jiān)控管理及車輛故障管理等。通過GPS移動信息服務(wù)系統(tǒng)，車載移動終端可以實現(xiàn)如下功能：

實時定位功能

運用GPS實現(xiàn)定位，獲得車輛高精度的位置及狀態(tài)信息，通過電子地圖系統(tǒng)，查出車輛地理位置，實現(xiàn)定位和跟蹤，并根據(jù)需要通知車主或控制中心。

報警功能

為確保人、車安全，設(shè)計了兩種條件下觸發(fā)報警功能：

緊急報警：當(dāng)車主在遇到緊急情況、車輛故障、交通事故、醫(yī)療等情況下，只要按動緊急情況按鍵，即可通知車主家人、控制中心和汽車俱樂部，通過數(shù)據(jù)分析，可得知車輛位置，并設(shè)法盡快提供幫助;

狀態(tài)報警：可遠(yuǎn)程遙控設(shè)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(tài)報警可以由用戶設(shè)定來選擇各種報警有效與否，在報警狀態(tài)下，車主家人或控制中心可實現(xiàn)監(jiān)聽功能。

車載電話功能

可以實現(xiàn)完全的GSM車載電話功能，配接免提裝置，可實現(xiàn)免提通話功能，保證行車安全。

汽車黑匣子功能

可記錄汽車最近一段時間的運行狀態(tài)和軌跡，可根據(jù)設(shè)置記錄一定時間或距離的汽車狀態(tài)和軌跡，為運營和交通事故處理提供依據(jù)。

汽車防盜器

可通過GSM網(wǎng)絡(luò)將汽車狀態(tài)通知車主或控制中心。如遇非法進(jìn)入，車載報警系統(tǒng)將通過GSM網(wǎng)絡(luò)向車主或控制中心發(fā)出短消息報警，且車主和控制中心可遙控解除和設(shè)置警戒狀態(tài)。

基于GPS/GSM的系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

系統(tǒng)構(gòu)成

GPS系統(tǒng)是由控制中心和車載監(jiān)控終端兩大部分構(gòu)成，兩部分之間采用GSM蜂窩網(wǎng)無線數(shù)字雙向通訊方式。GPS/GSM衛(wèi)星定位車載系統(tǒng)由兩大部分組成：主控制單元和從控制單元。主控制單元包括：傳感器檢測及外圍電路、電源模塊、GSM模塊、GPS模塊、報警模塊。從控制單元包括：液晶顯示模塊、語音輸入輸出單元、觸摸屏鍵盤、串口擴展、打印輸出。GPS車載移動終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。?

系統(tǒng)采用兩個CPU，GPS/GSM智能車載通信系統(tǒng)車載控制部分由兩部分構(gòu)成：

·車載控制部分;

·車載外接部分。

兩部分之間通過電纜通信。

工作原理

車載單元接收GPS定位信號，并將車輛的位置和狀態(tài)信息傳送到監(jiān)控中心;同時，接收監(jiān)控中心的控制數(shù)據(jù)，并且對車輛進(jìn)行控制。GSM網(wǎng)絡(luò)是車載單元和監(jiān)控中心進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)鏈路。其功能是：將GPS定位信息準(zhǔn)確地傳回監(jiān)控中心;將監(jiān)控中心的控制數(shù)據(jù)傳給車載設(shè)備。

由車載GPS系統(tǒng)所確定的車輛位置信息通過車載通信單元將其發(fā)送給調(diào)度指揮中心，調(diào)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(biāo)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度指揮中心隨時可以知道入網(wǎng)移動目標(biāo)的方位。不僅可以進(jìn)行安全合理的監(jiān)控調(diào)度，而且可以為入網(wǎng)移動目標(biāo)提供無線通信、遇險報警、決策指揮等多項服務(wù)。

車載監(jiān)控終端包含有GPS定位模塊和GSM模塊，GPS模塊可根據(jù)管理指令將移動載體的當(dāng)前位置、運行狀態(tài)等信息發(fā)往控制中心，并在控制中心的電子地圖上實時顯示出來。GPS模塊選用瑞士U—BLOX公司的TIM GPS接收器。TIM GPS接收機通過GPS天線接收衛(wèi)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(qū)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(fā)送到GSM模塊。GSM模塊再通過GSM短消息方式把位置信息發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)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(fā)現(xiàn)車輛的軌跡，實現(xiàn)車輛的實時監(jiān)控。另外，車載終端也可以發(fā)送報警信息和語音信息到監(jiān)控中心;監(jiān)控中心也可以通過文字或語音的方式對車輛實施調(diào)度。

車載GPS智能終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計

為使GPS/GSM車載通信系統(tǒng)智能終端具有較好的實用性及較高的性能/價格比，筆者對系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了精心設(shè)計。

主控單片機

采用模塊化的設(shè)計方法對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計。整個控制電路以AT89C51單片機為核心，同時擴展其它相關(guān)模塊，實現(xiàn)各種復(fù)雜的操作，完成系統(tǒng)功能。

車載控制部分主控制部分的硬件電路圖如圖2所示。

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。GPS模塊選用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器，它由變頻器、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。瑞士U—BLOX公司生產(chǎn)的GPS模塊，其定位精度可以達(dá)到5～10m，完全可以滿足車載的精度要求。

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，定位效果比較好。

GSM模塊

使用GSM模塊可以方便地利用GSM網(wǎng)進(jìn)行通訊。它與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模塊與單片機之間采用標(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115200bps，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)，兩路揚聲器和一路蜂鳴器，其中一路麥克風(fēng)和揚聲器可以連到手柄的聽筒上，以實現(xiàn)車載電話功能。

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。

車載GPS智能智能終端軟件系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)采用雙CPU控制方式，因此對2個控制器分開編程，設(shè)置主控制器和從控制器，由主、從控制器來實現(xiàn)各種功能程序的運行和調(diào)用。圖3示出了主程序流程圖。

各程序功能包括：

·主控制程序：硬件上電后，對各個功能模塊進(jìn)行初始化，按照用戶指令調(diào)用各子程序?？刂茝腃PU工作。

·從控制程序：按照指令調(diào)用液晶顯示子程序和語音輸入輸出子程序。

·車速顯示子程序：根據(jù)速度傳感器輸入控制LED顯示車速。

·溫度顯示子程序：根據(jù)溫度傳感器輸入控制車內(nèi)溫度平衡。

·油位顯示子程序：根據(jù)溫度傳感器輸入控制顯示模塊顯示油位并根據(jù)設(shè)定產(chǎn)生低油報警。

·里程記數(shù)子程序：根據(jù)速度傳感器輸入控制顯示模塊顯示里程數(shù)。

·錄音子程序：掃描按鍵，根據(jù)指令控制語音輸入輸出模塊監(jiān)控錄音。

·語音報警子程序：根據(jù)各傳感器輸入，按照用戶設(shè)定值產(chǎn)生報警并控制GSM模塊通訊控制中心。

結(jié)語

介紹了以單片機AT89C51為控制核心，通過擴展GPS模塊、GSM模塊和電源模塊等，實現(xiàn)了GPS/GSM智能車載通信系統(tǒng)車載部分的控制功能。著重分析并設(shè)計了主控制單元，基于篇幅原因，略去了從控制單元模塊的介紹。該系統(tǒng)可應(yīng)用于軍事指揮監(jiān)控系統(tǒng)、醫(yī)療救護(hù)系統(tǒng)、金融運鈔系統(tǒng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)的抗洪救險指揮通信車、城市租賃汽車管理系統(tǒng)、長途旅游和運輸?shù)溶娛潞兔裼妙I(lǐng)域。為有關(guān)單位及個人對其擁有的移動車輛實施動態(tài)控制提供了有力幫助，還可以協(xié)助公安部門提高打擊犯罪活動、提高處理突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力。

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