在我國(guó)已開(kāi)始起步，我國(guó)政府已將“智能交通系統(tǒng)(ITS)”列入國(guó)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(kāi)始使用“智能交通系統(tǒng)”來(lái)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(guó)汽車(chē)行業(yè)的高速發(fā)展，汽車(chē)大量進(jìn)入家庭，去年我國(guó)轎車(chē)的銷(xiāo)售量高達(dá)110多萬(wàn)輛，我國(guó)的私家車(chē)保有量已達(dá)10000萬(wàn)輛，私家車(chē)普及率越來(lái)越高。與此同時(shí)，對(duì)汽車(chē)的安全服務(wù)要求也越來(lái)越高，因此，GPS/GSM智能車(chē)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(dòng)目標(biāo)(車(chē)、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(qǐng)求。
車(chē)載GPS智能終端的主要功能
GPS車(chē)載移動(dòng)終端采用世界領(lǐng)先的GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、無(wú)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(chē)防盜、車(chē)載電話、車(chē)輛保險(xiǎn)、遠(yuǎn)程遙控遙測(cè)、運(yùn)營(yíng)車(chē)輛監(jiān)控管理及車(chē)輛故障管理等。通過(guò)GPS移動(dòng)信息服務(wù)系統(tǒng)，車(chē)載移動(dòng)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(chē)輛高精度的位置及狀態(tài)信息，通過(guò)電子地圖系統(tǒng)，查出車(chē)輛地理位置，實(shí)現(xiàn)定位和跟蹤，并根據(jù)需要通知車(chē)主或控制中心。
報(bào)警功能
為確保人、車(chē)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(chē)主在遇到緊急情況、車(chē)輛故障、交通事故、醫(yī)療等情況下，只要按動(dòng)緊急情況按鍵，即可通知車(chē)主家人、控制中心和汽車(chē)俱樂(lè)部，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可得知車(chē)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(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、振動(dòng)、車(chē)門(mén)動(dòng)作、GPS無(wú)信號(hào)、蓄電池電壓低等多種報(bào)警功能，報(bào)警后，車(chē)主或控制中心會(huì)收到報(bào)警信息和車(chē)輛位置信息，狀態(tài)報(bào)警可以由用戶設(shè)定來(lái)選擇各種報(bào)警有效與否，在報(bào)警狀態(tài)下，車(chē)主家人或控制中心可實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽(tīng)功能。
車(chē)載電話功能
可以實(shí)現(xiàn)完全的GSM車(chē)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(chē)安全。
汽車(chē)黑匣子功能
可記錄汽車(chē)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(chē)狀態(tài)和軌跡，為運(yùn)營(yíng)和交通事故處理提供依據(jù)。
汽車(chē)防盜器
可通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)將汽車(chē)狀態(tài)通知車(chē)主或控制中心。如遇非法進(jìn)入，車(chē)載報(bào)警系統(tǒng)將通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)向車(chē)主或控制中心發(fā)出短消息報(bào)警，且車(chē)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(chē)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(wú)線數(shù)字雙向通訊方式。GPS/GSM衛(wèi)星定位車(chē)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(cè)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(yǔ)音輸入輸出單元、觸摸屏鍵盤(pán)、串口擴(kuò)展、打印輸出。GPS車(chē)載移動(dòng)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(chē)載通信系統(tǒng)車(chē)載控制部分由兩部分構(gòu)成:
車(chē)載控制部分;
車(chē)載外接部分。
兩部分之間通過(guò)電纜通信。
工作原理
車(chē)載單元接收GPS定位信號(hào)，并將車(chē)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(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制。GSM網(wǎng)絡(luò)是車(chē)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(chē)載設(shè)備。
由車(chē)載GPS系統(tǒng)所確定的車(chē)輛位置信息通過(guò)車(chē)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(chē)輛的具體位置，并可以直觀、清晰地顯示在電子地圖上。通過(guò)移動(dòng)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(dòng)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(dòng)目標(biāo)提供無(wú)線通信、遇險(xiǎn)報(bào)警、決策指揮等多項(xiàng)服務(wù)。
車(chē)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(dòng)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(lái)。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(guò)GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào)，解算出車(chē)載移動(dòng)終端的位置信息，一方面存儲(chǔ)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(guò)串口發(fā)送到GSM模塊。GSM模塊再通過(guò)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(guò)GIS軟件平臺(tái)就可以直觀、清晰地在電子地圖上發(fā)現(xiàn)車(chē)輛的軌跡，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，車(chē)載終端也可以發(fā)送報(bào)警信息和語(yǔ)音信息到監(jiān)控中心;監(jiān)控中心也可以通過(guò)文字或語(yǔ)音的方式對(duì)車(chē)輛實(shí)施調(diào)度。
車(chē)載GPS智能終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
為使GPS/GSM車(chē)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(duì)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(duì)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(chē)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(hào)，并計(jì)算出車(chē)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(hào)通道、微處理器和存儲(chǔ)單元等組成。GPS模塊通過(guò)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(chē)載的精度要求。
GPS模塊需要配備專門(mén)的GPS天線接收GPS衛(wèi)星信號(hào)。一般在比較開(kāi)闊的地區(qū)，需接收到三顆以上的GPS衛(wèi)星信號(hào)才能進(jìn)行準(zhǔn)確定位。在車(chē)載GPS智能終端系統(tǒng)中，把天線放置在車(chē)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(guò)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(yǔ)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(guò)SIMCLK和SIMDATA信號(hào)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(yíng)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(kāi)通GPRS服務(wù)，GSM模塊還支持驅(qū)動(dòng)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(tīng)筒上，以實(shí)現(xiàn)車(chē)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(chē)載電源不工作或被破壞時(shí)給車(chē)載GPS終端供電。在車(chē)載電源工作正常的情況下，后備電池會(huì)自動(dòng)被充電。
車(chē)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(duì)2個(gè)控制器分開(kāi)編程，設(shè)置主控制器和從控制器，由主、從控制器來(lái)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(duì)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(yǔ)音輸入輸出子程序。
車(chē)速顯示子程序:根據(jù)速度傳感器輸入控制LED顯示車(chē)速。
溫度顯示子程序:根據(jù)溫度傳感器輸入控制車(chē)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(yǔ)音輸入輸出模塊監(jiān)控錄音。
語(yǔ)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(yǔ)
介紹了以單片機(jī)AT89C51為控制核心，通過(guò)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(chē)載通信系統(tǒng)車(chē)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(chē)、城市租賃汽車(chē)管理系統(tǒng)、長(zhǎng)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(duì)其擁有的移動(dòng)車(chē)輛實(shí)施動(dòng)態(tài)控制提供了有力幫助，還可以協(xié)助公安部門(mén)提高打擊犯罪活動(dòng)、提高處理突發(fā)事件的快速反應(yīng)能力。
（轉(zhuǎn)載）
