1 引言

　　本次設計的車輛定位監(jiān)控系統(tǒng),是采用世界領先的GPS全球衛(wèi)星定位技術、GSM/GPRS全球移動通信技術、GIS地理信息處理技術以及數(shù)據(jù)處理技術,開發(fā)出的一套遠程監(jiān)控管理系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以遠程無線監(jiān)控、調(diào)度所有在GPRS+GSM網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的警用車輛、急救車輛、消防車輛、出租車輛、租賃車輛、民用車輛等移動目標。移動目標的GPS數(shù)據(jù)、其他指令及各類報警數(shù)據(jù)均由GPRS信道傳送到遠程數(shù)據(jù)處理中心,并可根據(jù)需要進行語音通話。

2 GR47的功能特點

　　GR47是可以配置的,使得外部輸入、輸出接口提供的外部控制應用更有效。嵌入式的控制器對于在報警、儀表采集和應用公布等群組應用領域是可以訪問的,并且支持C語言編程。GR47獨特的優(yōu)勢是:傳輸大量數(shù)據(jù)并始終保持連接,根據(jù)我們在不同地區(qū)的測試,掉線幾率是同類模塊最小的; 本身具有TCP/IP協(xié)議棧功能,還可以開放內(nèi)部CPU資源,同時擁有所有M2M通信必需的功能。

　　圖1所示為GR47的內(nèi)部實時操作系統(tǒng)(RTOS)及外部硬件接口框圖。控制器位于GR47的內(nèi)部,運行實時操作系統(tǒng)。RTOS給用戶提供了GSM 處理程序,AT 指令通道函數(shù), TCP/IP協(xié)議,UART、I/O 口、I2C、SPI總線等外部接口的驅(qū)動函數(shù)及一些其它的應用函數(shù)。微控制器在后臺運行,所以并不影響模塊的GSM 功能。用戶將應用程序以腳本的形式下載到模塊的FLASH中,模塊使用了一個解釋器,解釋器從FLASH中讀入腳本,并且逐行解釋,使之執(zhí)行所需功能。GR47的外部有3個串口,其中串口1 作AT指令通道或程序下載用,串口2主要用于調(diào)試程序,串口3為通用232口,可以連接其它外部設備,另外還有I2C、SPI總線和8 根I/O線。

圖1 GR47 模塊框圖

　　GR47模塊有兩種工作方式,一種是內(nèi)部控制器方式,即直接利用模塊內(nèi)嵌的CPU和開放的系統(tǒng)資源,將應用程序下載到模塊中使用,腳本在模塊本身的內(nèi)部控制器中運行,腳本運行的時候模塊可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)并對其進行處理;另一種方式是外部控制器方式,即將模塊嵌入到用戶的系統(tǒng)中使用,外掛處理器對其進行操作控制,腳本在外部微控制器中運行。它的一個典型的應用是: 將一個微控制器和GR47模塊結(jié)合起來,從微處理器通過UART1向GR47發(fā)送AT指令。

　　圖2和圖3描述了GR47分別工作于內(nèi)部控制器方式和外部控制器方式的兩個無線通信系統(tǒng)的原理框圖。從圖中可以看出,不論是外部控制器還是內(nèi)部的嵌入式應用程序都是通過串口與GSM/GPRS移動站進行通信的。此外,利用GR47的I2C總線和I/O線可以與其它許多外部設備進行通信,總之, GR47模塊以其獨特的優(yōu)勢將在各行各業(yè)發(fā)揮重要的作用。

　　圖2 內(nèi)部控制器方式

　　圖3 外部控制器方式

3 系統(tǒng)設計

　　整個系統(tǒng)如圖4所示，由GPS全球定位系統(tǒng)、移動終端、GSM/GPRS網(wǎng)絡和遠程監(jiān)控中心幾部分組成: GPS全球定位系統(tǒng)主要用來接收衛(wèi)星的定位信號,并解算出車載機當前的地理位置;無線通信系統(tǒng)采用GPRS 移動通信系統(tǒng),主要用于實時將經(jīng)移動終端通信控制設備編碼后的移動車輛的經(jīng)度、緯度、速度、運動方向、時間、車輛狀態(tài)以及報警等信息上傳至監(jiān)控中心,并將監(jiān)控中心對移動端的控制命令下發(fā)至移動端;監(jiān)控工作站將接收到的車輛位置和狀態(tài)信息進行適當?shù)臄?shù)據(jù)處理后將車輛的位置及其軌跡在電子地圖上顯示出來。從而達到對移動車輛的實時監(jiān)控的目的。同時監(jiān)控中心也可向移動終端發(fā)送指令實現(xiàn)對車輛的調(diào)度管理。

圖4 車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

      本設計中的移動終端是車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)的核心,主要由GPS接收單元, GPRS通信單元,主控制器單元,中文液晶顯示屏與鍵盤組成的人機交互單元及電話手柄組成。其結(jié)構框圖如圖5所示:

　　圖5 　車載終端硬件結(jié)構框圖

　　3. 1 GPRS通信單元和主控制單元

　　GR47帶有GSM/GPRS全套語音和數(shù)據(jù)功能,集成有功能強大的CPU并向用戶開放其系統(tǒng)資源,同時模塊內(nèi)嵌有TCP/IP協(xié)議棧和實時操作系統(tǒng),可以集車載機的GPRS通信和主控制器功能于一體。本設計中, GR47模塊工作于內(nèi)部控制器方式,控制器用于協(xié)調(diào)移動終端中各模塊的工作,進行必要的數(shù)據(jù)處理。同時, GR47具有GPRS和SMS兩種無線數(shù)據(jù)傳輸通道。在GPRS網(wǎng)絡狀態(tài)良好的情況下,優(yōu)先通過GPRS通信方式將車輛所在位置、速度、車號等信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并接收來自監(jiān)控中心的指令。與此同時, GR47不斷輪回檢查GPRS網(wǎng)絡狀態(tài),當出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導致TCP/IP連接斷開時,會立刻切換到SMS方式直至TCP/IP重新建立連接。

　　3. 2 GPS接收單元

　　GPS-OEM板是GPS接收單元的主要組成部分,通過天線接收來自GPS衛(wèi)星的定位信號,經(jīng)過變頻、放大、濾波等一系列處理過程, 實現(xiàn)對GPS衛(wèi)星信號的跟蹤、鎖定、測量,產(chǎn)生計算位置的數(shù)據(jù)信息(包括緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、航向、衛(wèi)星狀況等) 通過標準RS232串口與GR47進行通信,GR47循環(huán)接收GPS —OEM板發(fā)來的定位信息,經(jīng)過解算后提取出用戶感興趣的數(shù)據(jù)信息(如緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間等) ,并加上包頭形成一個數(shù)據(jù)包通過無線信道發(fā)送至監(jiān)控中心。

      3. 3 人機交互單元

　　GR47模塊本身提供4根行線和4 根列線,只需要很少的外圍電路即可實現(xiàn)的4 ×5鍵盤,并且開發(fā)包中提供鍵盤掃描函數(shù),軟件實現(xiàn)也相當方便。聯(lián)合嵌入式應用腳本語言后,直接利用模塊上的鍵盤接口和I2C接口,不需要外掛控制器即可提供簡單的人機界面。

　　顯示屏主要是將監(jiān)控中心下發(fā)的控制信息以及文本信息顯示在液晶屏幕上。本設計中利用GR47模塊的I2C接口, 通過I2C轉(zhuǎn)并口芯片PCF837GA來控制并口控制的LCD模塊,如圖6所示。當腳本運行時,通過寫入I2C數(shù)據(jù)以設置GPIO芯片的輸出。GPIO的輸出與LCD模塊的數(shù)據(jù)和控制線連接。高速的I2C數(shù)據(jù)輸出使得我們可以建立一組高達8位的離散波形,以符合LCD接口的要求。

　　圖6　顯示屏接口原理圖

　　3. 4 電話手柄單元

      本設計中的電話單元既可以通過軟件設置與監(jiān)控中心進行通話,也可以通過手柄任意撥打和接聽電話。GR47模塊提供語音信號線,設計者只需經(jīng)過放大、濾波即可獲得音質(zhì)良好的語音信號。

4 軟件工作流程

　　本系統(tǒng)的軟件工作流程如圖7所示。

　　圖7 軟件流程

5 結(jié)論

　　由于該系統(tǒng)充分利用了GR47的A/D轉(zhuǎn)換、UART、I2C等各種功能,因此,其結(jié)構緊湊,不論是軟件還是硬件的開發(fā)都非常方便,提高了開發(fā)效率,降低了成本,并且產(chǎn)品功能大大增強。該車載移動終端經(jīng)過嚴格的工程測試和長時間的試運行,工作穩(wěn)定、性能可靠,目前已批量生產(chǎn)。