油罐車輛導航監(jiān)測系統(tǒng)是集北斗(全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS))、地理信息系統(tǒng)(GIS)以及無線通信技術于一體的軟、硬件綜合系統(tǒng)。主要由三部分組成：監(jiān)控中心軟件系統(tǒng)、無線數(shù)據(jù)鏈路和GPS車載終端?？蓪σ苿榆囕v進行統(tǒng)一集中管理和實時監(jiān)控調(diào)度指揮。GPS車輛管理調(diào)度系統(tǒng)利用電腦通過INTERNET,監(jiān)控范圍可以隨著目標移動、放大、縮小,使目標始終保持在屏幕上,實現(xiàn)多窗口、多車輛、多屏幕同時追蹤;北斗(GPS)滿足了車輛的安全、快捷、準確的需求,提高了車輛服務能力、人員利用率、規(guī)范科學化管理水平及降低車輛的油耗、人員成本。

1、市場前景

油罐車的運輸狀況難以適時掌握，在一定程度上制約了企業(yè)經(jīng)營效益的提高。燃油產(chǎn)品的安全運輸在石油運輸企業(yè)管理中一直是倍受關注的問題，在燃油產(chǎn)品的運輸中，盜竊、搶劫以及員工的不規(guī)范行為給企業(yè)帶來了不同程度的損失，而普通的計算機系統(tǒng)管理的信息化已經(jīng)不能解決這個問題，擁有一套可對燃油運輸車輛進行實時監(jiān)控的移動定位系統(tǒng)成為石油運輸企業(yè)管理中不可或缺的輔助手段。GPS與北斗技術的不斷進步和發(fā)展給石油運輸行業(yè)的儲運管理提供了新的方式，北斗(GPS-全球定位系統(tǒng)技術)是目前進行目標觀測，獲取空間和地面信息，并對所獲信息進行存儲、處理、管理和應用的四大導航定位體系之一。通過北斗(GPS)技術，可以快速、準確、實時地確定空間位置的三維坐標，極大地縮短了信息源的更新周期。 北斗(GPS)監(jiān)控系統(tǒng)的應用將會更大程度地降低成本，對石油運輸企業(yè)優(yōu)化資源配置、提高市場競爭力，將會起到積極的促進作用。

2、功能模塊與分工

2.1、系統(tǒng)方案概要

2.2、車載模塊概要

2.3、系統(tǒng)詳細結構圖

2.4、各模塊功能與注釋

序號	模塊	型號/類型	功能或其它
A	車載模塊		車載硬件終端，有唯一ID識別碼。具有導航、安全監(jiān)控、GPRS通信、黑匣子等功能。
1	FPGA		實現(xiàn)高速速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和邏輯判斷功能
2	ARM9嵌入式	ARM9/linux內(nèi)核	實現(xiàn)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)、FPGA指令控制中樞。
3	液晶顯示屏		導航、緊急警告
4	GIS信息系統(tǒng)	MapInfo/MIF(MapInfo Interface Format)	儲存在SD卡內(nèi)，地圖信息可以拔出SD卡更新
5	SD卡	2G	儲存地圖、車輛運行信息（黑匣子功能）
6	緊急報警	開關	使用去抖和定時電路，要求連續(xù)按下500ms才有效，防止誤報。
7	錄音		駕駛室錄音，記錄進黑匣子
8	電子鉛封專用加密控制模塊		控制電子鉛封開、關，以及開關狀態(tài)監(jiān)測，自帶數(shù)據(jù)加密。
9	電子鉛封		開啟/關閉油罐，保證油品安全
10	GPRS模塊		實現(xiàn)車載模塊和監(jiān)控中心的通信
11	發(fā)射天線
12	GPS模組		提供車輛車輛位置、方向、速度、時間等信息
13	時鐘與計時器	4M有源晶振、其它由FPGA實現(xiàn)	記錄車輛運行時間（是否疲勞駕駛）、與GPS時間自動校準的24小時時鐘、提供系統(tǒng)全局4M時鐘
14	EEPROM	AT24C64A	保存暫存數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)緩沖
B	讀卡模塊		記錄司機、任務信息，每次出發(fā)前通過USB接口寫卡機寫入
15	讀卡機		車載部分，把司機信息寫入系統(tǒng)
16	USB接口寫卡機		通過電腦可以把數(shù)據(jù)寫入到司機的卡中
17	非接觸式IC卡	MF RC522	ISO 14443 TypeA和Mifare®通信協(xié)議
18	耦合線圈		配套在讀寫卡機和IC卡內(nèi)，100mm讀寫距離
C	電源模塊		車載系統(tǒng)使用5VDC電源，電源從油罐車電瓶變壓獲得。
19	蓄電池	5VDC，4鎳氫充電電池
20	變壓器
21	車載電源		僅在車輛運行時才提供電能，停車后裝置使用自帶鎳氫蓄電池
22	電瓶		油罐車電瓶
23	電瓶OC門		判斷電瓶是否在發(fā)電，作降壓作用。
D	監(jiān)控中心模塊		使用帳號、密碼登錄的網(wǎng)頁監(jiān)控中心。不需要安裝任何軟件，聯(lián)網(wǎng)即用。
24	網(wǎng)絡公眾端口		接收、發(fā)送GPRS信息的民用端口，直接連接到網(wǎng)絡
25	民用網(wǎng)絡
26	管理員電腦
27	網(wǎng)絡服務器		租用網(wǎng)絡服務器，接收GPRS通信，容納監(jiān)控中心后臺

3、系統(tǒng)功能與實現(xiàn)方案

3.1、定位監(jiān)控

系統(tǒng)建立起了車輛與系統(tǒng)用戶之間迅速、準確、有效的信息傳遞通道。中心可以隨時掌握車輛狀態(tài)，迅速下達調(diào)度命令。同時，可以根據(jù)需要對車輛進行遠程控制，還可以為車輛提供服務信息。

方案：

車載終端和監(jiān)控中心之間使用GPRS通信，可以連續(xù)反饋/監(jiān)控車輛信息，中心下達指令/信息通過GPRS可以顯示在車載終端液晶顯示屏上。

3.2、越界報警

出界報警：監(jiān)控中心可以預設多個行駛區(qū)域，不允許油罐車輛超出，如果車輛超出行駛區(qū)域，北斗(GPS)車載終端將自動向中心上報越界報警。

入界報警：監(jiān)控中心也可以預設多個禁止行駛的區(qū)域，不允許油罐車輛進入，如果車輛駛?cè)朐搮^(qū)域，北斗(GPS)車載終端將自動向中心上報入界報警。

方案：

出界入界報警通過監(jiān)控中心的GIS和車輛GPS定位信息作判斷，這樣的優(yōu)點是“界”的定義、更新比較方便，而且不會出現(xiàn)不同步更新的問題。

3.3、油罐開啟報警

油罐車輛裝滿油后，駛離加油站，如果此時油罐車的出油口或進油口被打開，監(jiān)控中心將收到油罐開啟報警。或油罐車輛裝滿油后，車輛在加油站內(nèi)，中心下發(fā)關閉電子鉛封，如果此時油罐車的出油口或進油口再被打開，監(jiān)控中心也將收到油罐開啟報警。

方案：

油罐是否開啟通過電子鉛封判斷，已經(jīng)開啟/關閉的信息直接發(fā)送到監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的GIS和車輛GPS定位信息作判斷。

3. 4、緊急報警

當油罐車輛遇劫時，可觸發(fā)隱蔽式的報警按鈕向中心報警，總控中心在地圖上將對該移動目標進行相應的色彩及圖標的突出顯示并以聲、光報警提醒值班員注意，同時在屏幕上顯示出該移動目標的用戶資料，包括車輛信息(車輛編號、車牌號、車型、顏色、發(fā)動機號)、駕駛員信息(司機名、駕駛證號、行駛證號、聯(lián)系電話)、聯(lián)系方式(所屬單位、負責人、電話)、車輛狀態(tài)(車輛位置、方向、速度、時間)等信息，幫助值班員進行警情處理。能提供警情受理記錄窗，供值班員記錄受理情況。

方案：

緊急報警按鈕使用去抖和定時電路，要求連續(xù)按下500ms才有效，防止誤報。車輛信息由油罐車ID識別碼提供、駕駛員信息和聯(lián)系由非接觸式卡

序號	信息	實現(xiàn)途徑
1	車輛信息（車輛編號、車牌號、車型、顏色、發(fā)動機號）	發(fā)送油罐車ID識別碼，從控制中心數(shù)據(jù)庫調(diào)出數(shù)據(jù)
2	駕駛員信息（司機名、駕駛證號、行駛證號、聯(lián)系電話）、聯(lián)系方式（所屬單位、負責人、電話）	非接觸IC卡包含駕駛員信息，聯(lián)系方式由監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫讀取。
3	車輛狀態(tài)（車輛位置、方向、速度、時間）	位置、方向、速度、時間由GPS模組提供

3.5、 疲勞駕駛報警、超速報警

為確保行車安全，監(jiān)控中心可以控制司機連續(xù)駕駛車輛的時間，如果司機連續(xù)駕駛超過監(jiān)控中心限制的駕駛時間，車載終端將自動向中心發(fā)送一條疲勞駕駛報警，監(jiān)控中心可以提示司機注意休息、注意行車安全。當油罐車輛超出監(jiān)控中心設定的速度，GPS車載終端會向監(jiān)控中心通報。

方案：

疲勞駕駛：判斷發(fā)電機是否工作，發(fā)電機工作時電瓶發(fā)電，電瓶發(fā)電時，計時器1開始計時，當工作超過10小時則發(fā)送疲勞駕駛警告，計時器1清零的條件是：電瓶連續(xù)1小時工作(使用計時器2計算這1小時)。

超速報警：超速通過GPS速度判斷達成。

3.6、車載設備檢測功能

車載終端在網(wǎng)絡覆蓋的情況下，12小時至少向中心上報一次定位及狀態(tài)信息。據(jù)此，中心可對車載終端的運行狀況、故障信息進行統(tǒng)計。

方案：

每天0:00和12:00，額外向監(jiān)控中心上報車輛信息。

3.7、 歷史資料檢索與歷史軌跡回放

可隨時查詢某輛車的位置回報記錄、某段時間接收的車輛位置回報信息、某段時間的受警記錄等詳細記錄，并可選定某車某時間段的位置記錄進行軌跡回放。

方案：

歷史資料有2個保存途徑：一是車載終端，使用SD卡記錄信息(黑匣子)，當GPRS網(wǎng)絡沒有覆蓋或車輛出現(xiàn)被盜等情況時，仍有數(shù)據(jù)記錄。二是在監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫的信息。

3.8、數(shù)據(jù)庫管理及查詢打印功能

建立各類數(shù)據(jù)系統(tǒng)，包括：用戶數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、車載終端管理系統(tǒng)、協(xié)助單位管理系統(tǒng)、值班員管理系統(tǒng)、警情管理系統(tǒng)、錄音管理系統(tǒng)等，并進行存儲，可提供查詢、回放、打印等功能。

方案：

通過網(wǎng)絡服務器，監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫能提供查詢、在線打印功能。

4、設計應用標準

《安全防范工程的程序與要求(GA/T75)》

《防盜報警中心控制臺(GB/T16572)》

《入侵探測企通用技術GB10408.1》

《數(shù)字通信接口標準G.703》

《國際圖像音視頻編碼標準(ISO11172)》

《安全防范系統(tǒng)驗收規(guī)則GA308-2001》

《油罐車標準GB 20951-2007》

《歐洲防爆標準ATEX100a》

防爆安全方案：按照防爆認證的相關要求，終端的每個部分，包括傳感單元，在安裝完畢后都要用環(huán)氧樹脂進行澆灌處理(使用E-44和低分子聚酰胺650)。按照防爆認證中的相關要求，外接線的供電線長期暴露在空氣中，為避免短路造成影響，電源模塊會對供電電壓進行檢測，一旦出現(xiàn)短路則切斷外接線供電并發(fā)出報警聲。

5、基于Spartan-6的高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換收發(fā)控制FPGA模塊

5.1、應用VHDL語言編寫，其優(yōu)點是：

①支持廣泛、易于修改：由于VHDL已經(jīng)成為IEEE標準所規(guī)范的硬件描述語言，目前大多數(shù)EDA工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進一步推廣和廣泛應用奠定了基礎。在硬件電路設計過程中，主要的設計文件是用VHDL編寫的源代碼，因為VHDL易讀和結構化，所以易于修改設計。

②強大的系統(tǒng)硬件描述能力：VHDL具有多層次的設計描述功能，既可以描述系統(tǒng)級電路，又可以描述門級電路。而描述既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或結構描述，也可以采用三者混合的混合級描述。另外，VHDL支持慣性延遲和傳輸延遲，還可以準確地建立硬件電路模型。VHDL支持預定義的和自定義的數(shù)據(jù)類型，給硬件描述帶來較大的自由度，使設計人員能夠方便地創(chuàng)建高層次的系統(tǒng)模型。

5.2、使用IEEE.STD_LOGIC_1164標準，代碼簡潔易懂，下面給出一個文件頭。

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.All;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY segment0 IS

PORT (CLK : IN STD_LOGIC;

EN : IN STD_LOGIC;--Activity LOW

DIN : IN STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);--BCD8421 code

NOTHING : IN STD_LOGIC;--Activity LOW

DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0);--A,B,C,D,E,F,G

DIG : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));--one hot code

END segment0;

6、ARM9微處理器嵌入式圖像處理和顯示模塊方案

2440核心板模塊框圖

S3c2440A原理圖

RTC CLOCK原理圖

S3c2440B原理圖

S3c2440C原理圖

SDRAM

FLASH128

NOR FLASH

電源穩(wěn)壓模塊

地圖的制作：

6.1、電子地圖數(shù)據(jù)的提取

MapInfo格式的電子地圖是目前使用最為廣泛的地圖格式之一。由于商用原因，截止至現(xiàn)在為止，MapInfo公司一直沒有向外界公布它原始的以矢量形式存貯的文件格式，即TAB格式，這就加大了直接利用MapInfo原始數(shù)據(jù)的難度。但MapInfo公司也提供了一種與外界交換數(shù)據(jù)的機制，即MIF(MapInfo Interchange Format)格式地圖。MapInfo地圖以MIF格式存貯時，每個表的數(shù)據(jù)都以兩個文件保存：一個是擴展名為.MID的文件，它主要用來保存與幾個數(shù)據(jù)相對應的屬性數(shù)據(jù)，通常這些屬性數(shù)據(jù)以特殊的定界符分隔，每條記錄各占一行，末尾加回車換行符;另一個是擴展名為.MIF的文件，每個.MIF文件包括文件頭和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分，文件頭中主要是對MapInfo如何將這種格式的地圖數(shù)據(jù)生成電子地圖的一些說明信息，數(shù)據(jù)區(qū)則主要是幾何對象的定義。

Mapinfo 地圖圖層繪制流程

6.2、基于谷歌地圖圖片的加載實現(xiàn)

由于直接由Mapinfo 畫出來的地圖只有點線面，沒有一般地圖的直觀性，因此可通過加載谷歌地圖的圖片來美化導航系統(tǒng)。用的是谷歌地圖BMP格式。

MiniGUI中含有顯示BMP和JPG格式圖片的接口函數(shù)，通過MiniGUI中的API:LoadBitmap(HDC_SCREEN,&Bitmap,"*.bmp(*jpg)")函數(shù)來裝載谷歌地圖，此函數(shù)的功能是把*.bmp(*.jpg)地圖數(shù)據(jù)讀取到MiniGUI中定義的BITMAP型的結構體

變量Bitmap中。其結構體類型如下:

struct_BITMAP

{

Uint8 bmType;

Uint8 bmBintsPerPixel;

Uint8 bmBytesPerPixel;

Uint8 bmAlpha;

Uint32 bmColorKey;

Uint32 bmWidth;

Uint32 bmHeight;

Uint32 bmPitch;

Uint8* bmBits;

}

然后調(diào)用FillBoxWithBitmap(truehdc,y,width,height,&Bitmap)函數(shù)顯示谷歌地圖，其中(x，y)坐標表示地圖的頂點坐標。它是通過坐標轉(zhuǎn)換

x=(MAINWINDOW_RX)/2-Bitmapp1.bmwidth/2

y=(MAINWINDOW_BY)/2-Bitmap1.bmeight/2

得來的，其中MAINWINDOW_RX是LCD的寬度，MAINWINDOW_BY是LCD的長度，目的是使地圖呂心與屏幕中心重合。

7、基于GPRS與制定服務器端口間的通信

GPS接收機選用了美國Rockwell公司生產(chǎn)的Jupiter 021/031系列GPS OEM板。該接收板有12個并行通道、高靈敏度射頻(RF)部分和獨具特色的內(nèi)部DSP及控制處理軟件，使Jupiter捕捉和重捕衛(wèi)星的能力更加迅速，航跡平滑和高效率導航更可靠，而且Jupiter021/031系列GPS OEM板價位低、性能高。它體積小、重量輕、功耗低;自動存儲;有極強的抗樹陰和高樓遮擋能力;提供載波相位輸出;無靜態(tài)漂移;操作簡便、易于開發(fā)。它非常適合在各種導航定位設備及車/船等移動目標中使用。

技術指標

結構	并行12通道，L1波段（1575.42MHz），C/A碼（1.023MHz碼片速率）＋載波波跟蹤（載波輔助跟蹤）
跟蹤能力	同時跟蹤12顆衛(wèi)星
動態(tài)性能	速度515米/秒，加速度6g
捕獲時間	TTFF典型重捕獲時間2.0秒，TTFF典型溫啟動15秒，典型初始化啟動45秒；TTFF典型冷啟動120秒。
定位精度	小于25米
時間精度	1PPS秒脈沖輸出，精度1us。
頻率輸出	10KHz頻率輸出，與1PPS信號同步，精度1us。
輸出信息	經(jīng)度、緯度、高度、速度、航向、時間、載波相位、自檢等幾十個數(shù)據(jù)的十幾條組合輸出信息（Rockwell二進制格式），輸出間隔可調(diào)，NMEA－0183，TTL接口

7.1、內(nèi)部結構和引腳說明

這種接收器是通過兩個串口與外部通訊的，串口 1為主串口，串口2為輔助串口(提供修正量)。其中，串口1為全雙工方式，串口2為半雙工方式。系統(tǒng)通過這兩個串口同其外部器件或設備連接，也可以用軟件編程或硬件設置來配置其串口特性。

接收數(shù)據(jù)的用戶可以選擇的存儲方式有三種：SRAM、ROM、EEPROM。

接收機內(nèi)部的一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps(每秒一個脈沖)的時鐘標輸出可用來進行時鐘同步，也可用于進行時鐘校準。

系統(tǒng)可以通過RESET進行復位。

“Jupiter”GPS/OEM接收機采用20腳DIP封裝，常用管腳的說明如表1所列。

表1 “Jupiter”GPS/OEM接收機主要管腳說明

管  腳	說    明	備      注
2	PWRIN_5	5V主電源
5	M_RST	復位輸入（低電平有效）
7	GPIO2	NMEA協(xié)議選擇
8	GPIO3	ROM缺省選擇
11	SDO1	串口1輸出
12	SDI1	串口1輸入
15	SDI2	串口2輸入
18	GND	地
19	TMARK	1PPS時鐘標記輸出
20	10kHz	10kHz時鐘輸出

7.2、數(shù)據(jù)格式和通訊設置

7.2.1、數(shù)據(jù)格式

“Jupiter”GPS/OEM接收機具有兩種數(shù)據(jù)格式，一種是二進制方式，另一種是NMEA(也為ASCII碼)方式，可通過設置GPIO2和GPIO3來選擇不同的數(shù)據(jù)格式。選擇不同的數(shù)據(jù)格式所對應的形式不同，消息長度和內(nèi)容也不同。

二進制方式消息格式共有31種消息(其中14種輸出消息，17種輸入消息)，每種消息必有一個消息頭，且以“0xFF81”開始，數(shù)據(jù)段可選;NEMA方式消息格式共有11種消息(其中7種輸出消息，4種輸入消息)，每種消息以“$”開頭，以結束。前者消息長度比后者長，后者比前者消息種類少，可根據(jù)實際需要來選擇。

7.2.2、通訊設置

“Jupiter”GPS/OEM接收機與外設連接，用串口來進行通訊。其串口設置下表所列。

串口設置

GPIO2	GPIO3	消息格式	主串口波特率（BPS）	奇偶	數(shù)據(jù)位	停止位	存儲方式
0	0	NMEA	4800	無	8	1	ROM
0	1	NMEA	4800	無	8	1	SRAM/EEPROM
1	0	二進制	9600	無	8	1	ROM
1	1	二進制	9600	無	8	1	SRAM/EEPROM

7.2.3、特性

7.2.3.1、靜態(tài)飄移為零—車速為零、開車等紅燈時無靜態(tài)飄移。(因OEM板內(nèi)部有平滑處理軟件，專業(yè)算法，鎖定輸出)

7.2.3.2、精度極高—水平精度優(yōu)于2.8m(CEP),4.9m(2dRMS). 3D精度優(yōu)于5m(SEP), DGPS精度優(yōu)于1m(CEP)。

7.2.3.3、自動存儲快速定位—當定位后，無論何種情況關機、斷電時，GPS當時信息、數(shù)據(jù)，固化在OEM板EEPROM中，無需電池也可保存，在重定位時捕獲時間二秒。

7.2.3.4、極高抗干擾性能—除抗樹蔭、高樓遮擋外，對電場、磁場、火花等也具有較強的抗干擾能力(因為軍品)。

7.2.3.5、極高的動態(tài)性能—加速為9-12g，速度為1550米/秒(而民用只是4g，450米/秒，超過100-120kl/h不能定位)，飛機也可定位。

7.2.3.6、溫度性能好—工作溫度可達 -50-100℃，通常-40-85℃。

7.2.3.7、授時功能—除本身的時間信息和1PPS秒脈沖之外，還同時有10KHz秒脈沖輸出，精度為30nS-100nS，可用做同步授時及時鐘儀等。

7.2.3.8、極強的天線寬容度—可接有源、無源天線，內(nèi)部放大器調(diào)節(jié)，也可接2-3個天線或一個天線帶二個OEM板。

7.2.3.9、多種信息輸出—除GPS常用信息之外，可輸出載波相位、偽距、偽距率、仰角、角度、XYZ坐標、星歷等信息數(shù)據(jù)，(可測飛機姿態(tài)/可高精度測量)。

7.2.3.10、差分功能—標準RTC-104格式的差分信息輸出和輸入。

7.2.3.11、低功耗—根據(jù)工作狀態(tài)情況功耗不同，最大功耗為接+5V用有源天線工作時為195mA，+3V有源天線為130 mA，用無源天線更可減半。靜止為睡眠狀態(tài)(自動索定數(shù)據(jù)時)功耗為幾乎為零。

7.2.3.12、多格式多選擇—可通過軟件和硬件任意設置標準NMEA-0183格式和二進制格式輸出。

7.2.3.13、防保護功能—天線、電源短路時自動保護提示。

7.2.3.14、極強的二次開發(fā)功能—使用者可任選內(nèi)部信息輸出及數(shù)據(jù)刷新頻率等功能，并有相應開發(fā)軟件和源程序。

7.2.3.15、軍品的性能、民品的價格—超強的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾性，但價格與民品GPS基本相同。

8、GPRS方案

GPRS(Genneral Packet Service)是通用無線分組業(yè)務的簡稱，它是基于現(xiàn)在運行的GSM基礎上發(fā)展的數(shù)據(jù)業(yè)務，類似于固定交換技術中的數(shù)據(jù)分組業(yè)務;原來的GSM業(yè)務為電路交換業(yè)務，GPRS采用了GSM同樣的無線調(diào)制技術，同樣地頻率，同樣的TDMA幀結構，利用現(xiàn)有的基站子系統(tǒng)(BBS)從一開始就可以提供全面的GPRS覆蓋。GPRS允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務。GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)傳輸。它集合了現(xiàn)有的GSM的數(shù)據(jù)分組交換數(shù)據(jù)和信息服務;GPRS業(yè)務能提供不間斷的信息服務，利用GPRS可以使用戶在移動狀態(tài)下適用各種高速數(shù)據(jù)業(yè)務，包括Internet瀏覽等等;在移動用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間提供一種連接，為移動用戶提供高速無線IP和X2.5服務。

目前中國移動的GPRS覆蓋的范圍廣，并且其采用TCP/IP協(xié)議，非常有容易和現(xiàn)有Internet技術及應用平臺整合，將使各種IP技術與服務同移動通信技術相結合，特別適用于像車載遠程監(jiān)測這一類系統(tǒng)中的中、低速率的突發(fā)通信需求。

GPRS的網(wǎng)絡是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡中增加GGSN和SGSN來實現(xiàn)的，使得用戶能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。其總體結構圖如下：

在上圖，移動通信終端和GPRS模塊組成無線通信實體;GPRS無線通信實體與GSM基站通信，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS分組是從基站發(fā)送到GPRS服務支持節(jié)點(SGSN)，而不是通過移動交換中心(MSC)連接到語音網(wǎng)絡上。SGSN與GPRS網(wǎng)關支持節(jié)點(GGSN)進行通信;GGSN對分組數(shù)據(jù)進行相應的處理，在發(fā)送到到目的網(wǎng)絡，如Internet或X2.5網(wǎng)絡。來自Internet標識有移動臺地址的IP包，有GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動臺。

GPRS服務支持節(jié)點(SGSN)是GSM網(wǎng)絡結構中的一個節(jié)點，它與MSC處于網(wǎng)絡體系的同一層;SGSN通過幀中繼與BTS相連，是GSM網(wǎng)絡結構與移動臺之間的接口。SGSN主要作用是記錄移動臺的當前位置信息，并且在移動臺和GGSN之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN通過基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GSM網(wǎng)絡和外部分組交換網(wǎng)(如Internet和局域網(wǎng))的網(wǎng)關。GGSN主要是起網(wǎng)關作用也有將GGSN稱為GPRS路由器。GGSN可以把GSM網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進行IP協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠端的TCP/IP或X2.5網(wǎng)絡。SGSN和GGSN利用GPRS隧道協(xié)議(GTP)對IP或X2.5分組進行封裝，實現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)傳輸。

在本系統(tǒng)中選用了希姆通公司的SIM900A的GPRS模塊，SIM900A工業(yè)標準接口，內(nèi)嵌TCP/UDP協(xié)議，工作頻率為GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz，可以低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸、屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式。SIM900A通過ARM9發(fā)送指令來傳輸數(shù)據(jù)。

8.1、SIM900A通信模塊介紹

SIM900A是緊湊型、高可靠性的無線模塊，采用SMT封裝的雙頻GSM/GPRS模塊解決方案，采用功能強大的處理器ARM9216EJ-S內(nèi)核，能滿足低成本、緊湊尺寸的開發(fā)要求。SIM900A有以下基本特點：

雙頻GSM/GPRS 900/ 1800 MHz

(1)、 GPRS (class 10/8) 標準

(2)、 GPRS(class B)

(3)、 滿足GSM(2/2+)標準 –Class 4(2W@850/900MHz)

–Class 1 (1W@1800/1900MHz)

(4)、 尺寸：24 mmx24 mmx3mm

(5)、 通過AT命令控制(GSM07.07，07.05和增強AT命令)

(6)、 SIM應用工具包

(7)、 支持電壓范圍 3.4V...4.5V

(8)、 休眠狀態(tài)功耗 1.5mA

(9)、 支持用戶定制的MMI和鍵盤/LCD，SPI/I2C/GPIO/PWM/ADC接口，支持RTC (Real-Time Clock )

(10)、全功能UART接口，天線連接器和天線焊盤

(11)、 內(nèi)嵌強大的TCP/IP協(xié)議棧，支持多IP連接

(12)、 低功耗正常操作溫度： -30°C to +80°C

系統(tǒng)框圖：

GPRS模塊硬件電路設計

8.2、電源電路：

SIM900A采用VBAT3.4V到4.5V供電。在一些情況下，信號傳輸?shù)拟Оl(fā)會導致電壓跌落，這時電流損耗的峰值會達到2A。因此，電源必須能提供足夠到2A的電流。從VBAT輸入端來看，在其靠近使用一個旁路電容，如下電路圖，可以使用一個100UF鉭電容和一個(1UF~10UF)的陶瓷電容，在布PCB板時，電容盡可能靠近模塊的VBAT引腳。

供電由油罐車電瓶中轉(zhuǎn)換后的5V電壓給GPRS模塊供電，因為GPRS模塊最佳的電壓是4V，有一供電電路的輸出電壓是4V，可以采用線性穩(wěn)壓器來實現(xiàn)，電路圖如下，又因為開關穩(wěn)壓器的效率好，尤其是在當模塊猝發(fā)時電流達2A的情況下。

供電引腳：

三個VBAT用于供電輸入，15個GND用于接地，VTRC用于后備電源供電。

8.3、開機關機電路

可以通過PWRKEY信號拉低一段時間然后釋放來開機和關機，此引腳已在模塊內(nèi)部上拉到3V，電路如圖：

8.4、RTC電源

模塊的RTC(real time clock)的供電，可以用一個紐扣電池或者一個大電容供電，電路圖如下：

8.5、串口通信

SIM900A提供兩個非對稱的異步串行接口，一個用于通信，另一個用于軟件調(diào)試，在這我們只是用來通信，其連接圖如下：

8.6、SIM電路

SIM卡地接口電平由模塊內(nèi)部的電壓器提供，正常電壓值為2.8V或1.8V，復位后，所有引腳輸出低電平，電路圖如下：

9、電子鉛封模塊方案

油罐汽車油口開關狀態(tài)監(jiān)控記錄儀，俗稱“電子鉛封”或“電子簽封”，是專門針對石油運輸企業(yè)配送過程而開發(fā)的一套電子簽封監(jiān)控管理系統(tǒng)(英文縮寫ELS)，可有效監(jiān)控罐車運輸配送裝卸作業(yè)過程，從而規(guī)范和監(jiān)督運輸環(huán)節(jié)的操作行為，防止違規(guī)操作，為運輸企業(yè)承運信譽和司乘人員規(guī)范操作提供科學的管理依據(jù)。

9.1、系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件主要由油口開關信號發(fā)生器、主機采集器、電源盒、流量計、電子卡等幾部分組成

①、信號發(fā)生器：傳感器探頭(動靜組件，配合開關動作觸發(fā)信息)

②、主機采集器：采集處理探頭數(shù)據(jù)

③、電源盒：內(nèi)置專用模塊電源和過壓保險

④、電子卡：存儲各油站的開啟權限

⑤、流量計：記錄石油流量

9.2、工作原理

根據(jù)油罐車進出油口結構特點，有效配合油口開啟/關閉動作，產(chǎn)生動靜組件信號發(fā)生器接觸式的離合感應信息，并把采集的數(shù)據(jù)通過CAN總線打包發(fā)送到ARM9中。

在油庫，管理者采取電子卡施解封取代傳統(tǒng)機械施解封的工作環(huán)節(jié)，即管理者通過電子卡與駕駛室內(nèi)的主機辦理確認，此為施封。油罐車運行至加油站，油口指示燈顯示正常，管理者辦理確認，此為解封，可正常開啟油口卸油，卸完油后亦辦理確認，此為再次施封。電子卡具有數(shù)碼唯一性，不能互換或仿制，從而確定管理者的合法身份。

9.3、系統(tǒng)應用

系統(tǒng)運行后，主機上邊三個功能指示燈(紅、黃、綠)和八個油口狀態(tài)紅燈(開亮關滅)，到油庫裝完油后管理人員用電子卡施封，施封后紅燈亮。去加油站，加油站管理人員用電子卡解封，此時紅燈滅綠燈亮，可以打開各閥蓋，實施卸油作業(yè)，對應油口紅燈亮，作業(yè)完畢后蓋好各閥蓋，紅燈滅，管理人員再施封。在施封后到解封前這一時段時間為監(jiān)控時間，這段時間內(nèi)如果斷電、或未經(jīng)解封私自打開任何一個閥蓋均有報警信息記錄。在主機指示燈上也可體現(xiàn)：斷電報警是黃燈亮，私自打開對應油口紅燈亮黃燈亮。司機可以根據(jù)燈的狀態(tài)來確認在運油過程中是否有偷油現(xiàn)象發(fā)生，如有報警提示，只有通過施解封才能解除。油庫與加油站管理者查看車臺指示燈狀態(tài)，所以在運輸配送行駛途中一律不準私自打開任何油口閥蓋。

以上為管理型應用說明，其順序油庫解封—開上罐口—裝油—關上罐口—施封—加油站解封—開下罐口—卸油—關下罐口—施封。

9.4、系統(tǒng)功能

9.4.1、車載設備在開始工作后，具有自檢功能：自檢結束后，指示燈顯示工作狀態(tài)。

9.4.2、能確認油庫、加油站合法身份、裝卸油的時間。

9.4.3、人員管理: 加油站管理人員與電子卡一一對應，通過電子卡信息確認、查詢?nèi)藛T管理使用過程。