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(jì)劃，它已成為交通領(lǐng)域的重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。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(gè)行業(yè)或相關(guān)產(chǎn)業(yè)投入大量的人力和物力。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(shí)，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(jì)算機(jī)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(jī)構(gòu)，可以實(shí)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(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可為用戶提供全方位、全時(shí)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(xiǎn)、遠(yuǎn)程遙控遙測、運(yùn)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(shí)現(xiàn)如下功能:
實(shí)時(shí)定位功能
運(yùn)用GPS實(shí)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(shí)現(xiàn)定位和跟蹤，并根據(jù)需要通知車主或控制中心。
報(bào)警功能
為確保人、車安全，設(shè)計(jì)了兩種條件下觸發(fā)報(bào)警功能:
緊急報(bào)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(bào)警:可遠(yuǎn)程遙控設(shè)置超速、超加速、越界、停車時(shí)間過長、振動、車門動作、GPS無信號、蓄電池電壓低等多種報(bào)警功能，報(bào)警后，車主或控制中心會收到報(bào)警信息和車輛位置信息，狀態(tài)報(bào)警可以由用戶設(shè)定來選擇各種報(bào)警有效與否，在報(bào)警狀態(tài)下，車主家人或控制中心可實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽功能。
車載電話功能
可以實(shí)現(xiàn)完全的GSM車載電話功能，配接免提裝置，可實(shí)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(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)和軌跡，可根據(jù)設(shè)置記錄一定時(shí)間或距離的汽車狀態(tài)和軌跡，為運(yùn)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(bào)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(bào)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(bào)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(kuò)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。
圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
系統(tǒng)采用兩個(gè)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(shí)，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(shí)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(shí)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(xiǎn)報(bào)警、決策指揮等多項(xiàng)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(yùn)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(shí)時(shí)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(jī)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(jī)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(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，車載終端也可以發(fā)送報(bào)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(shí)施調(diào)度。
車載GPS智能終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
為使GPS/GSM車載通信系統(tǒng)智能終端具有較好的實(shí)用性及較高的性能/價(jià)格比，筆者對系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。
主控單片機(jī)
采用模塊化的設(shè)計(jì)方法對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。整個(gè)控制電路以AT89C51單片機(jī)為核心，同時(shí)擴(kuò)展其它相關(guān)模塊，實(shí)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。
圖2 主控制部分硬件電路圖
GPS模塊
GPS模塊用于接收GPS衛(wèi)星的信號，并計(jì)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(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(shí)間間隔盡量短， 選用的SIM卡最好是同一個(gè)電信運(yùn)營商提供的。在使用GPRS功能時(shí)，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(shí)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(shí)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(jì)了后備電池系統(tǒng)，在車載電源不工作或被破壞時(shí)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(jì)
本系統(tǒng)采用雙CPU控制方式，因此對2個(gè)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(shí)現(xiàn)各種功能程序的運(yùn)行和調(diào)用。圖3示出了主程序流程圖。
圖3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(gè)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?/SPAN>CPU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(bào)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(bào)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(bào)警并控制GSM模塊通訊控制中心。
結(jié)語
介紹了以單片機(jī)AT89C51為控制核心，通過擴(kuò)展GPS模塊、GSM模塊和電源模塊等，實(shí)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(jì)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(yùn)鈔系統(tǒng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)的抗洪救險(xiǎn)指揮通信車、城市租賃汽車管理系統(tǒng)、長途旅游和運(yùn)輸?shù)溶娛潞兔裼妙I(lǐng)域。為有關(guān)單位及個(gè)人對其擁有的移動車輛實(shí)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。
（轉(zhuǎn)載）
