GPS-GPRS定位系统车载终端的应用设计与实现

文章编号: 1001- 893X( 2004) 03- 0103- 04 GPS_GPRS定位系统车载终端 的应用设计与实现* ¹ 杨 梅 (成都电子机械高等专科学校 电气与电子工程系,四川 成都 610031) 摘 要:介绍了一种将GPRS应用于GPS定位数据传输的 GPS_GPRS定位系统。该系统以 GPRS、GPS 及 CPU( 77E58)为核心构成,涉及到控制、 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 解析、无线技术的应用等各方面,车载终端具有安装简 单、功能强大、极具实用性等特点。 关键词:通用分组无线业务;全球定位系统; 地理信息系统; 协议;设计 中图分类号: TN919; P228. 4 文献标识码: A Application Design and Implementation of GPS_GPRS Location System Vehicle Terminals YANG Mei ( Electrical and Electronic Engineering Department , Chengdu Electromechanical College, Chengdu610031, China) Abstract:A GPS_GPRS locat ion system is introduced in which GPRS is applied to the GPS data transmission. The system is composed of GPRS, GPS and CPU( 77E58) , including such aspects as control, protocol translat ion and application of wireless technology. The vehicle terminal has the advantages of easy installation, multifunc- tion, great practicability, etc. Key words:GPRS; GPS; GIS; Protocol; Design 一、引 言 目前,随着人民生活水平的提高,交通工具越来 越多,安全服务也越来越受到重视,尤其是车载监控 系统越来越多地受到业界的关注。本文介绍了作者 设计的一种车载监控系统(以下简称为车载系统) , 并重点介绍了车载系统终端的设计与实现。该系统 将GPRS、GPS技术相结合,利用GPRS的数据传输功 能,实现移动车辆与监控中心的双向数据传输,以实 施对车辆运行状态、安全状态、技术状态的监控。 二、系统组成及特点 由于在 GPS_GPRS 定位系统中, 涉及到了 GPS 卫星定位技术与 GPRS通用分组无线业务的相关应 用,从而在系统的组成中, GPS 与 GPRS 无疑是整个 系统的核心部门, 下面就 GPS系统与 GPRS 系统,以 应用为前提作如下简要介绍。 全球定位系统( GPS, Global Positioning System)是 美国从上世纪 70 年代开始研制、历时 20年、耗资 200亿美元、于 1994年全面建成、具有在海、陆、空进 #103# ¹ 收稿日期: 2003- 02- 09 电讯技术 2004年第 3期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT 行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导 航与定位系统。 GPRS是欧洲电信协会 GSM系统中有关分组数 据所规定的标准。它采用信道捆绑(目前 GPRS 的 设计可以在一个载频或 8个信道中实现捆绑)和增 强数据速率改进实现高速接入, 理论上可提供高达 115 kbps的空中接口传输速率, 使若干移动用户能 够同时共享一个无线信道, 一个移动用户也可以使 用多个无线信道。实际不发送或接收数据包的用户 仅占很小一部分网络资源, 并且网络容量只有在实 际进行传输时才被占用。 为了实现 GPRS, 需要在现有的 GSM 网络中引 入3 种新的逻辑网络实体: 服务 GPRS 支持节点 (SGSN)、网关 GPRS支持节点( GGSN)和分组控制单 元( PCU)。GPRS 与现有的 GSM语音系统最根本的 区别是, GSM是一种电路交换系统, 而 GPRS是一种 分组交换系统。因此, GPRS 特别适用于间断的、突 发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的 大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的 应用。 基于以上对 GPS 系统和 GPRS 系统的简要介 绍,可以得出 GPS_GPRS 定位系统车载终端的组成 及特点。其中, 系统结构方框图如图1所示,系统工 图 1 系统结构方框图 作流程为: GPS_GPRS定位系统车载终端将其所获取 的当前 GPS 地理位置信息, 通过 GPRS 方式上传到 系统服务器。客户端可以通过专用 GIS软件或 IE 浏览方式,对当前受监控车辆所在的位置、车速及行 进方向进行实时监控, 并可以通过网络对车载终端 进行控制, 实现移动车辆与监控中心的双向数据传 输,完成对车辆运行状态、安全状态、技术状态的监 控。 三、系统功能及工作原理 GPS_GPRS定位系统车载终端原理框图如图 2 所示。 图 2 车载终端原理框图 其中,该车载终端需要实现的主要功能如下: ( 1)用户当前信息一次查询; ( 2)用户连续定位信息查询/启动发送实时定位 信息; ( 3)停止终端定位数据上传; ( 4)设置 GPS采样定位数据周期; ( 5)硬件点对点下载 GPS定位系统终端定位采 样数据; ( 6)备开关(电平)输出/输入端子, 实现与车用 防盗报警器、紧急报警( SOS)、医疗服务、故障服务、 继电器输出、警示嗽叭、点火信号等的接口; ( 7)安防功能: 可以通过手机短信、直接遥控、网 络等三种方式进行设/撤防操作。同时具备应急、紧 急求助功能。且当系统在一定程度上遭到破坏或出 现异常时,系统终端自动启动安防功能; ( 8)监听功能:用户可通过手机短信,或者网络 对监听号码(接警号码)进行设置并发送监听命令 (监听电话主动挂机则结束监听) , 且当系统在一定 程度上遭到破坏或出现异常时, 系统终端将自动启 动安防功能; ( 9)电话功能:通过电话手柄, 完成拨打和接听 电话的功能; ( 10)欠压检测示警及后备电源自动启用功能。 该系统车载载终端的工作原理如下: 车载终端由 W77E58实现控制, 其核心部分主 #104# 电讯技术 2004年第 3期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT 要包括 PPP 及 TCP/ IP 协议栈、GPRS 控制、GPS 控 制,以及外围接口控制。CPU内嵌PPP 及TCP/ IP 协 议栈, 同时分别通过串行口 UART0去控制 GPRS 的 工作,通过串行口 UART1 去控制 GPS 的工作。其 中: (1) CPU 对 GPRS 的控制主要是通过串行口 UART0发送 AT 命令实现。同时, 在该系统设计中, CPU还可以通过控制 I/O口电平输出状态, 对GPRS 进行硬件复位, 以防止意外情况下的不可恢复性死 机(值得注意的是,通常情况下, GPRS模块都有软件 复位命令, 为实现对 GPRS模块的保护, 最好在软件 复位命令无效时, 才选择硬件复位)。 ( 2) CPU 对 GPS 的控制主要是通过串行口 UART1发送控制命令实现( GPS 采样周期的设置、 GPS输出数据选择、通讯波特率设置等) , 同时也是 通过串行口UART1接收GPS定位信息,由于GPS输 出数据采用NMEA- 0183( Ver 2. 0) 格式, 输出数据 为多组,在本系统中,仅选择了取其中的一组数据: GPRMC(推荐最小数据量的 G PS 具体内容/传输数 据) ,其格式见图 3, 其中,当且仅当 GPS输出数据为 有效定位数据时, 对应的UTC时间才为当前准确时 间。 图 3 GPS 数据格式( GPRMC) ( 3) CPU对其它外围接口的控制 主要通过通用 I/ O口实现开关(电平)输入/输出, 同时通过外部中 断的方式实现了实现与车用防盗报警器、紧急报警 ( SOS)、医疗服务、故障服务、点火信号等的接口。 (4) CPU对系统的整体控制: 首先, CPU 完成对 GPRS、GPS 及外围接口的初始化工作; 其次, CPU 通 过串行口 UART1对 GPRS进行操作, 完成从拨号到 PPP 协商 (创建 PPP 链路 < LCP > 、用户验证 < PAP> 、PPP回叫控制< CBCP> 、协商和调用网络 层协议< NCP/ IPCP> ) , 并与服务器建立起 TCP 连 接;然后, 在保证与服务器之间的 TCP 连接正常的 前提下,实现与服务器之间的数据交互与控制; 最 后, CPU还必须要周期性地对系统终端的当前状态 作出测试及判断,并对各种实际情况作出相应的处 理,以保证系统能正常而稳定地工作。 四、系统软件设计 在整个 GPS_GPRS 定位系统的设计中, 涉及到 服务器软件、客户端应用软件及车载终端底层软件。 在此,主要就车载终端底层软件的设计作进一步的 说明。 在 GPS_GPRS定位系统车载终端底层软件的设 计中,程序采用了模块化设计,软件由一个主程序和 若干个子程序构成,其中,子程序主要完成一些单一 的基本工能, 主程序则主要负责完成对各个功能模 块(即子程序)的调用, 同时对车载终端的资源及逻 辑作出规划,主程序框图如图 4所示。 下面就主程序的设计要点作出如下阐述: 当系统完成 GPS 及 GPRS的初始化之后, 即进 行网络拨号、PPP 协商、TCP 联结等操作, 当车载终 端与服务器之间建立起网络联结之后, 便可通过自 定义的车载终端与服务器之间的通讯协议进行数据 交互。 在此过程中, 系统会首先判断,当前系统是否允 许终端将 GPS 数据进行上传, 并进行相应操作; 同 时,会检测是否收到控制命令(包括通过网络发出的 控制命令,或通过短信方式发出来的命令,或是通过 遥控器发出的控制命令) , 倘若收到了控制命令, 则 #105# 电讯技术 2004年第 3期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT 对命令的合法性作出判断,并进行相应的处理。 图 4 系统主程序框图 同时,系统会定时对网络质量进行测试, 倘若网 络测试正常,则返回到继续判断控制命令及对系统 当前状态进行处理; 倘若网络测试不正常,则进行有 限次尝试,倘若有限次尝试均以失败告终,而主动断 开网络连结, 并对 GPRS 作出复位及再次初始化操 作,之后, 再重复主程序的拨号、PPP 协商、TCP 联结 及网络数据交互工作。 其中,与GPRS的数据交换, 通过串行口 UART0 中断完成; 与 GPS 的数据交换, 通过串行口 UART1 完成; 另外, 外部警情接收通过外部中断 0和 1 完 成, 无线遥控接收由外部中断 2完成。通讯超时及 定时处理, 由定时器 TIME2完成, 它们均以子程序 的形式存在于车载终端控制软件中,同时还包括一 些对 GPRS、GPS 模块进行初始化及设置, 以及 PPP 协议、TCP/ IP 协议的解析与实现子程序, 具体框图 及说明略。 由以上对车载载终端控制程序的说明可知, 车 载终端工作流程控制程序的工作流程如下: ( 1)与服务器建立网络连接; ( 2)与服务器建立TCP联结; ( 3)对用户进行注册; ( 4)向服务器发送 GPS定位数据; ( 5)默认状态下, 按设定周期(默认状态为每 5 秒一帧) ,定位数据不间断地上传到服务器; ( 6)网络状态检测及网络质量测试,并据网络当 前状况,作出相应处理(比如断线重拨) ; ( 7)接收网络或第三方控制或操作命令,并作出 相应处理(比如: GPS 采样周期设定、停止发送 GPS 数据、开始发送GPS 数据、设置监听号码、更改操作 密码等) ; ( 8)处理突发警情(自动拨打监听中心号码、上 报求助警情信息等)。 五、结 语 利用 GPRS的数据传输功能, 对 GPS 数据进行 实时传输,与以往 GPS监控系统所采用的短信、GSM 数据通道或 DTMF 数据传输等传统方法相比, 运营 成本得到了极大的降低, 同时其可操作性及实时性 也都有了显著的提高, 而且成本较低,结构简单, 达 到了较高的可靠性。 该系统中, PPP、TCP/ IP 协议栈都由 8位单片机 完成,由于速度上的限制,使得系统中的协议栈只能 椐实际应用而作出相应的压缩与处理, 但这已足以 达到该系统的资源需求。同时, 该系统为以 GPRS 为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的无线网络接入方式的应用提供了一个可循 的途径。随着 GPRS、CDMA等无线网络接入方式的 不断完善,相信以此为代表的新一代无线数据传输 方式具有很大的应用前景。 参 考 文 献 [ 1] W Richard Stevens. TCP/ IP 详解 [ M] .北京: 机械工业出 版社, 1999. [ 2] Elliott D Kaplan. GPS 原理与应用 [ M ] . 北京: 电子工业 出版社, 2001. [ 3] 钟章队, 等. GPRS 通用分组无线业务[ M] .北京: 人民邮 电出版社, 2002. 作者简介: 杨 梅( 1972- ) , 女, 四川成都人, 讲 师。 #106# 电讯技术 2004年第 3期 研究与开发RESEARCH& DEVELOPMENT