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成都電子機(jī)械高等�？茖W(xué)校 電氣與電子工程系
四川 成都 610031
摘 要：介紹了一種將GPRS應(yīng)用于GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)腉PS_GPRS定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)以GPRS、GPS及CPU(77E58)為核心構(gòu)成，涉及到控制、協(xié)議解析、無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用等各方面，車載終端具有安裝簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、極具實(shí)用性等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)；全球定位系統(tǒng)；地理信息系統(tǒng)；協(xié)議；設(shè)計(jì)
Abstract: A GPS_GPRS location 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 translation and application of wireless technology. The vehicle terminal has the advantages of easy installation, multifunction, great practicability, etc.
Keywords: GPRS; GPS; GIS; Protocol; Design
一、引言
目前，隨著人民生活水平的提高，交通工具越來(lái)越多，安全服務(wù)也越來(lái)越受到重視，尤其是車載監(jiān)控系統(tǒng)越來(lái)越多地受到業(yè)界的關(guān)注。本文介紹了作者設(shè)計(jì)的一種車載監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱為車載系統(tǒng)），并重點(diǎn)介紹了車載系統(tǒng)終端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)將GPRS、GPS技術(shù)相結(jié)合，利用GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，以實(shí)施對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。
二、 系統(tǒng)組成及特點(diǎn)
由于在GPS_GPRS定位系統(tǒng)中，涉及到了GPS衛(wèi)星定位技術(shù)與GPRS通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的相關(guān)應(yīng)用，從而在系統(tǒng)的組成中，GPS與GPRS無(wú)疑是整個(gè)系統(tǒng)的核心部門，下面就GPS系統(tǒng)與GPRS系統(tǒng)，以應(yīng)用為前提作如下簡(jiǎn)要介紹。
全球定位系統(tǒng)（GPS,Global Positioning System）是美國(guó)從上世紀(jì)70年代開始研制、歷時(shí)20年、耗資200億美元、于1994年全面建成、具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。
GPRS是歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。它采用信道捆綁（目前GPRS的設(shè)計(jì)可以在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁）和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)實(shí)現(xiàn)高速接入，理論上可提供高達(dá)115kbps的空中接口傳輸速率，使若干移動(dòng)用戶能夠同時(shí)共享一個(gè)無(wú)線信道，一個(gè)移動(dòng)用戶也可以使用多個(gè)無(wú)線信道。實(shí)際不發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的用戶僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò)資源，并且網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際進(jìn)行傳輸時(shí)才被占用。
為了實(shí)現(xiàn)GPRS，需要在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中引入3種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體：服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）和分組控制單元（PCU）。GPRS與現(xiàn)有的GSM語(yǔ)音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是，GSM是一種電路交換系統(tǒng)，而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)。因此，GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。這一特點(diǎn)正適合大多數(shù)移動(dòng)互聯(lián)的應(yīng)用。
基于以上對(duì)GPS系統(tǒng)和GPRS系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹，可以得出GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端的組成及特點(diǎn)。其中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方框圖如圖1所示，系統(tǒng)工作流程為：GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端將其所獲取的當(dāng)前GPS地理位置信息，通過(guò)GPRS方式上傳到系統(tǒng)服務(wù)器�？蛻舳丝梢酝ㄟ^(guò)專用GIS軟件或IE瀏覽方式，對(duì)當(dāng)前受監(jiān)控車輛所在的位置、車速及行進(jìn)方向進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)車載終端進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車輛與監(jiān)控中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸，完成對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。
三、系統(tǒng)功能及工作原理
GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端原理框圖如圖2所示。
其中，該車載終端需要實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：
�。�1）用戶當(dāng)前信息一次查詢；
�。�2）用戶連續(xù)定位信息查詢/啟動(dòng)發(fā)送實(shí)時(shí)定位信息；
�。�3）停止終端定位數(shù)據(jù)上傳；
�。�4）設(shè)置GPS采樣定位數(shù)據(jù)周期；
�。�5）硬件點(diǎn)對(duì)點(diǎn)下載GPS定位系統(tǒng)終端定位采樣數(shù)據(jù)；
�。�6）備開關(guān)（電平）輸出/輸入端子，實(shí)現(xiàn)與車用防盜報(bào)警器、緊急報(bào)警（SOS）、醫(yī)療服務(wù)、故障服務(wù)、繼電器輸出、警示嗽叭、點(diǎn)火信號(hào)等的接口；
�。�7）安防功能：可以通過(guò)手機(jī)短信、直接遙控、網(wǎng)絡(luò)等三種方式進(jìn)行設(shè)/撤防操作。同時(shí)具備應(yīng)急、緊急求助功能。且當(dāng)系統(tǒng)在一定程度上遭到破壞或出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)終端自動(dòng)啟動(dòng)安防功能；
�。�8）監(jiān)聽(tīng)功能：用戶可通過(guò)手機(jī)短信，或者網(wǎng)絡(luò)對(duì)監(jiān)聽(tīng)號(hào)碼（接警號(hào)碼）進(jìn)行設(shè)置并發(fā)送監(jiān)聽(tīng)命令（監(jiān)聽(tīng)電話主動(dòng)掛機(jī)則結(jié)束監(jiān)聽(tīng)），且當(dāng)系統(tǒng)在一定程度上遭到破壞或出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)終端將自動(dòng)啟動(dòng)安防功能；
�。�9）電話功能：通過(guò)電話手柄，完成撥打和接聽(tīng)電話的功能；
�。�10）欠壓檢測(cè)示警及后備電源自動(dòng)啟用功能。
該系統(tǒng)車載載終端的工作原理如下：
車載終端由W77E58實(shí)現(xiàn)控制，其核心部分主要包括PPP及TCP/IP協(xié)議棧、GPRS控制、GPS控制，以及外圍接口控制。CPU內(nèi)嵌PPP及TCP/IP協(xié)議棧，同時(shí)分別通過(guò)串行口UART0去控制GPRS的工作，通過(guò)串行口UART1去控制GPS的工作。其中：
�。�1）CPU對(duì)GPRS的控制
主要是通過(guò)串行口UART0發(fā)送AT命令實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，在該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CPU還可以通過(guò)控制I/O口電平輸出狀態(tài)，對(duì)GPRS進(jìn)行硬件復(fù)位，以防止意外情況下的不可恢復(fù)性死機(jī)（值得注意的是，通常情況下，GPRS模塊都有軟件復(fù)位命令，為實(shí)現(xiàn)對(duì)GPRS模塊的保護(hù)，最好在軟件復(fù)位命令無(wú)效時(shí)，才選擇硬件復(fù)位）。
�。�2）CPU對(duì)GPS的控制
主要是通過(guò)串行口UART1發(fā)送控制命令實(shí)現(xiàn)（GPS采樣周期的設(shè)置、GPS輸出數(shù)據(jù)選擇、通訊波特率設(shè)置等），同時(shí)也是通過(guò)串行口UART1接收GPS定位信息，由于GPS輸出數(shù)據(jù)采用NMEA-0183(Ver 2.0) 格式，輸出數(shù)據(jù)為多組，在本系統(tǒng)中，僅選擇了取其中的一組數(shù)據(jù)：GPRMC(推薦最小數(shù)據(jù)量的G PS具體內(nèi)容/傳輸數(shù)據(jù))，其格式見(jiàn)圖3,其中，當(dāng)且僅當(dāng)GPS輸出數(shù)據(jù)為有效定位數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的UTC時(shí)間才為當(dāng)前準(zhǔn)確時(shí)間。
�。�3）CPU對(duì)其它外圍接口的控制
主要通過(guò)通用I/O口實(shí)現(xiàn)開關(guān)（電平）輸入/輸出，同時(shí)通過(guò)外部中斷的方式實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)與車用防盜報(bào)警器、緊急報(bào)警（SOS）、醫(yī)療服務(wù)、故障服務(wù)、點(diǎn)火信號(hào)等的接口。
�。�4）CPU對(duì)系統(tǒng)的整體控制：
首先，CPU完成對(duì)GPRS、GPS及外圍接口的初始化工作；其次，CPU通過(guò)串行口UART1對(duì)GPRS進(jìn)行操作，完成從撥號(hào)到PPP協(xié)商（創(chuàng)建PPP鏈路
四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在整個(gè)GPS_GPRS定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，涉及到服務(wù)器軟件、客戶端應(yīng)用軟件及車載終端底層軟件。在此，主要就車載終端底層軟件的設(shè)計(jì)作進(jìn)一步的說(shuō)明。
在GPS_GPRS定位系統(tǒng)車載終端底層軟件的設(shè)計(jì)中，程序采用了模塊化設(shè)計(jì)，軟件由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序構(gòu)成，其中，子程序主要完成一些單一的基本工能，主程序則主要負(fù)責(zé)完成對(duì)各個(gè)功能模塊（即子程序）的調(diào)用，同時(shí)對(duì)車載終端的資源及邏輯作出規(guī)劃，主程序框圖如圖4所示。
下面就主程序的設(shè)計(jì)要點(diǎn)作出如下闡述：
當(dāng)系統(tǒng)完成GPS及GPRS的初始化之后，即進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)撥號(hào)、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結(jié)等操作，當(dāng)車載終端與服務(wù)器之間建立起網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)之后，便可通過(guò)自定義的車載終端與服務(wù)器之間的通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
在此過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)首先判斷，當(dāng)前系統(tǒng)是否允許終端將GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，并進(jìn)行相應(yīng)操作；同時(shí)，會(huì)檢測(cè)是否收到控制命令（包括通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的控制命令，或通過(guò)短信方式發(fā)出來(lái)的命令，或是通過(guò)遙控器發(fā)出的控制命令），倘若收到了控制命令，則對(duì)命令的合法性作出判斷，并進(jìn)行相應(yīng)的處理。
同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)定時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，倘若網(wǎng)絡(luò)測(cè)試正常，則返回到繼續(xù)判斷控制命令及對(duì)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行處理；倘若網(wǎng)絡(luò)測(cè)試不正常，則進(jìn)行有限次嘗試，倘若有限次嘗試均以失敗告終，而主動(dòng)斷開網(wǎng)絡(luò)連結(jié)，并對(duì)GPRS作出復(fù)位及再次初始化操作，之后，再重復(fù)主程序的撥號(hào)、PPP協(xié)商、TCP聯(lián)結(jié)及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交互工作。
其中，與GPRS的數(shù)據(jù)交換，通過(guò)串行口UART0中斷完成；與GPS的數(shù)據(jù)交換，通過(guò)串行口UART1完成；另外，外部警情接收通過(guò)外部中斷0和1完成，無(wú)線遙控接收由外部中斷2完成。通訊超時(shí)及定時(shí)處理，由定時(shí)器TIME2完成，它們均以子程序的形式存在于車載終端控制軟件中，同時(shí)還包括一些對(duì)GPRS、GPS模塊進(jìn)行初始化及設(shè)置，以及PPP協(xié)議、TCP/IP協(xié)議的解析與實(shí)現(xiàn)子程序，具體框圖及說(shuō)明略。
由以上對(duì)車載載終端控制程序的說(shuō)明可知，車載終端工作流程控制程序的工作流程如下：
�。�1）與服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接；
（2）與服務(wù)器建立TCP聯(lián)結(jié)；
�。�3）對(duì)用戶進(jìn)行注冊(cè)；
�。�4）向服務(wù)器發(fā)送GPS定位數(shù)據(jù)；
�。�5）默認(rèn)狀態(tài)下，按設(shè)定周期（默認(rèn)狀態(tài)為每5秒一幀），定位數(shù)據(jù)不間斷地上傳到服務(wù)器；
�。�6）網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)檢測(cè)及網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量測(cè)試，并據(jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀況，作出相應(yīng)處理（比如斷線重?fù)埽�；�?br />
（7）接收網(wǎng)絡(luò)或第三方控制或操作命令，并作出相應(yīng)處理（比如：GPS采樣周期設(shè)定、停止發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、開始發(fā)送GPS數(shù)據(jù)、設(shè)置監(jiān)聽(tīng)號(hào)碼、更改操作密碼等）；
�。�8）處理突發(fā)警情（自動(dòng)撥打監(jiān)聽(tīng)中心號(hào)碼、上報(bào)求助警情信息等）。
五、結(jié)語(yǔ)
利用GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能，對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，與以往GPS監(jiān)控系統(tǒng)所采用的短信、GSM數(shù)據(jù)通道或DTMF數(shù)據(jù)傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)方法相比，運(yùn)營(yíng)成本得到了極大的降低，同時(shí)其可操作性及實(shí)時(shí)性也都有了顯著的提高，而且成本較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，達(dá)到了較高的可靠性。
該系統(tǒng)中，PPP、TCP/IP協(xié)議棧都由8位單片機(jī)完成，由于速度上的限制，使得系統(tǒng)中的協(xié)議棧只能椐實(shí)際應(yīng)用而作出相應(yīng)的壓縮與處理，但這已足以達(dá)到該系統(tǒng)的資源需求。同時(shí)，該系統(tǒng)為以GPRS為代表的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入方式的應(yīng)用提供了一個(gè)可循的途徑。隨著GPRS、CDMA等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入方式的不斷完善，相信以此為代表的新一代無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式具有很大的應(yīng)用前景。
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摘自《電訊技術(shù)》
