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基于無線通信技術(shù)和定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電子設(shè)計(jì) ? 來源:安防科技 ? 作者:李富年 ? 2020-07-28 08:29 ? 次閱讀

車輛監(jiān)控系統(tǒng)是融合了全球衛(wèi)星定位技術(shù)、地理信息技術(shù)和無線通信技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)。該系統(tǒng)將移動(dòng)車輛接收到GPS數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、高度、時(shí)間、速度等)進(jìn)行解析,并實(shí)時(shí)地通過無線通信信道上傳至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心在電子地圖上對被監(jiān)控車輛的參數(shù)進(jìn)行顯示監(jiān)控和查詢,同時(shí)利用無線通信鏈路向移動(dòng)終端發(fā)送控制和消息。該系統(tǒng)適用于不同的監(jiān)控場合,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯,可廣泛地應(yīng)用于客運(yùn)、銀行、公安、物流行業(yè)、車輛自動(dòng)導(dǎo)航、公交智能交通管理等領(lǐng)域。

1、 GPS與GPRS

全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,GPS)是美國從上世紀(jì)70年代開始研制的具有在海、陸、空全方位實(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),由于能為用戶目標(biāo)提供全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航、定位和授時(shí),已被廣泛應(yīng)用于地面移動(dòng)目標(biāo)的跟蹤定位。

隨著移動(dòng)GPRS業(yè)務(wù)的開展,利用GPRS來進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)勢明顯。GPRS(General Packet Radio Service,通用分組無線業(yè)務(wù))是一種以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ),采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,傳輸高速、低速數(shù)據(jù)及信令的高效數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。相對于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程傳輸方式來說,GPRS數(shù)據(jù)傳輸具有突出的優(yōu)點(diǎn)。一方面,GPRS資費(fèi)比較便宜,可以采用多種資費(fèi)方案。對于大數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的用戶可以采用包月的方式,對于小數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的用戶可以根據(jù)通信的數(shù)據(jù)量和提供的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行計(jì)費(fèi)。另一方面,在GPRS網(wǎng)中,用戶只需與網(wǎng)絡(luò)建立一次連接,就可長時(shí)間的保持這種連接,并只在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道并被計(jì)費(fèi),保持時(shí)不占用信道不計(jì)費(fèi)。這樣,數(shù)據(jù)采集點(diǎn)不用頻繁建立連接,也不必支付傳輸間隙時(shí)的費(fèi)用,而且GPRS能夠較好地支持頻繁、少量突發(fā)型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。此外,GPRS網(wǎng)絡(luò)接入速度快,提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS網(wǎng)本身是一個(gè)分組型數(shù)據(jù)網(wǎng),支持TCP/IP,X.25等協(xié)議,可以直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(IP網(wǎng)或X.25網(wǎng))互通,接入速度快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

2、 系統(tǒng)組成和功能

整個(gè)基于GPS/GPRS車輛監(jiān)控系統(tǒng)由車載移動(dòng)終端、通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

基于無線通信技術(shù)和定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

移動(dòng)車輛配備的GPS接收機(jī)用以獲取自己當(dāng)前的位置、時(shí)間等信息,通過GPRS或短信的方式上傳到中心通信服務(wù)服務(wù)器。在監(jiān)控中心站,通訊服務(wù)器接收各監(jiān)控目標(biāo)的位置信息,并通過通信控制器送往中心服務(wù)器在電子地圖中顯示,對當(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,并可以通過網(wǎng)絡(luò)對車載終端進(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,完成對車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監(jiān)控。

3、 車載移動(dòng)監(jiān)控終端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架,車載終端實(shí)現(xiàn)的主要功能有移動(dòng)監(jiān)控功能,當(dāng)接收到監(jiān)控中心的監(jiān)控命令后,自動(dòng)地根據(jù)要求將位置信息通過GPRS或SMS發(fā)送到監(jiān)控中心;車體控制功能,根據(jù)接收的控制命令實(shí)現(xiàn)對車體的控制,比如點(diǎn)火線等端口的監(jiān)測、斷電/油路;安防功能,當(dāng)汽車遇到特殊情況,如遇劫等,可以通過按鈕發(fā)送SMS向監(jiān)控中心報(bào)警。

3.1 系統(tǒng)組成的硬件框圖

車載移動(dòng)終端由主控處理器、GPRS通信模塊、GPS模塊等組成,其結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。根據(jù)車載設(shè)備低功耗的要求,主控芯片上我們選用了SAMSUNG公司的S3C44B0X。S3C44B0X采用ARM7TDMI內(nèi)核,并提供豐富的內(nèi)置部件,包括:8 kB cache、內(nèi)部SRAM、LCD控制器、帶自動(dòng)握手的2通道UART、I/O端口、8通道10位ADC、PLL倍頻器等,他的低功耗精簡和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適合用于對成本和功耗敏感的應(yīng)用。

GPRS模塊是整個(gè)系統(tǒng)的通信基礎(chǔ),我們采用SI-MENS的MC35i。MC35i是新一代GSM/GPRS雙模模塊,支持GSM900/GSM1800雙頻和GRPS Class 8/ClassB。MC35i體積小巧,功耗低,能提供數(shù)據(jù)、語音、短信、傳真功能,可廣泛用于遙感測量記錄傳輸、遠(yuǎn)程信息處理、電話。GPRS模塊通過串行口UART2與主控芯片通信。

GPS接收單元我們采用μ-blox的GPS-MS1E,他具有高捕獲和靈敏度、超低功耗、體積小等優(yōu)點(diǎn),主控芯片對GPS的控制主要是通過串行口UART1接收GPS定位信息。

用戶按鍵與SC44B0的相應(yīng)的I/O口連接以便控制器狀態(tài)變化。同時(shí)系統(tǒng)還預(yù)留了豐富的外圍接口,可靈活外接各種數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng),具有較大的可擴(kuò)展性。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

由于車載終端需要完成與GPS模塊、GPRS模塊、其他I/O模塊的交互和監(jiān)控,單一的任務(wù)無法完成,因此需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的支持。在嵌入式操作系統(tǒng)上選用美國著名RTOS廠商ATI公司的Nucleus PLUS。他是在嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)Nucleus基礎(chǔ),為實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一個(gè)搶先式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核。Nucleus PLUS對CPU的支持能力比較強(qiáng),支持當(dāng)前流行的大多數(shù)RISC,CISC,DSP處理器。其95%的代碼是用ANSI C寫成的,非常便于移植并支持大多數(shù)類型的處理器。Nucleus PLUS提供了任務(wù)控制、任務(wù)通信、任務(wù)同步、內(nèi)存管理、可編程定時(shí)器、標(biāo)準(zhǔn)的輸入/輸出設(shè)備接口等系統(tǒng)服務(wù)。

按功能上將系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為9個(gè)模塊,每個(gè)模塊由一個(gè)主任務(wù)和若干個(gè)子任務(wù)組成,任務(wù)內(nèi)部采用有限狀態(tài)機(jī)的方式進(jìn)行切換,任務(wù)之間采用消息管道(pipe)進(jìn)行通信,每個(gè)模塊都定義了自己的消息接受管道。各個(gè)模塊之間的關(guān)系如圖3所示。

(1) 主控模塊是系統(tǒng)的核心模塊,負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制,以消息分發(fā)的方式與其他模塊交互,并控制其運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到總體控制系統(tǒng)運(yùn)行的目的。根據(jù)系統(tǒng)工作時(shí)處理的不同任務(wù)將主控模塊劃分為啟動(dòng)上電、正常工作、處理SMS數(shù)據(jù)、處理GPRS數(shù)據(jù)和退出下電五個(gè)狀態(tài)。主控模塊的任務(wù)名為SyscMain,他有自己的消息接收管道pipe[SY-SC],他循環(huán)地從此管道中接收和處理消息,并根據(jù)消息體的內(nèi)容在主控模塊的不同的狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移切換,同時(shí)通過向其他模塊的消息管道發(fā)送消息來控制他們的運(yùn)行狀態(tài),另一方面其他模塊通過消息管道向主控通知其自身的運(yùn)行狀態(tài)和接受的數(shù)據(jù),以接受主控模塊的監(jiān)控。

(2) GPS模塊主要負(fù)責(zé)GPS數(shù)據(jù)的接收和解析。由于GPS輸出數(shù)據(jù)采用NMEA-0183格式,輸出數(shù)據(jù)為多種格式,在本系統(tǒng)中,僅選擇了取其中的一種數(shù)據(jù)格式:GPRMC(推薦最小數(shù)據(jù)量的GPS信息),其格式為(見表1):

當(dāng)GPS輸出數(shù)據(jù)為有效定位數(shù)據(jù)時(shí),提取相應(yīng)的信息(經(jīng)緯度、高度、速度等),同時(shí)轉(zhuǎn)換UTC時(shí)間為本地時(shí)間,封裝為系統(tǒng)自定義的GPS DATA數(shù)據(jù)格式發(fā)送到通信任務(wù)模塊。

(3) PPP模塊負(fù)責(zé)GPRS的底層PPP連接和PPP數(shù)據(jù)包的處理。點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議(PPP)為在點(diǎn)對點(diǎn)連接上傳輸多協(xié)議數(shù)據(jù)包提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方法。在TCP/IP協(xié)議集中他是一種用來同步調(diào)制連接的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。該模塊實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)TCP/IP協(xié)議棧低層的PPP協(xié)議的連接和釋放,以及相應(yīng)收到的PPP數(shù)據(jù)幀的處理與上層的TCP/IP層交互。主要包括PPP協(xié)議數(shù)據(jù)幀的封裝方式、初始化的LCP協(xié)議的協(xié)商、PAP密碼驗(yàn)證和NCP協(xié)議的協(xié)商過程的處理。該模塊由外掛模塊Nucleus NET提供支持。

(4) 通信模塊(GPRS模塊)負(fù)責(zé)與監(jiān)控中心系統(tǒng)通信,完成GPRS數(shù)據(jù)的收發(fā)和短消息的收發(fā)。CPU對GPRS的控制主要是通過UART2發(fā)送AT命令實(shí)現(xiàn)。GSM AT指令集是由諾基亞、愛立信、摩托羅拉和HP等廠家共同為GSM系統(tǒng)研制的,提供了一種移動(dòng)平臺(tái)與數(shù)據(jù)終端設(shè)備之間的通用接口,并被加入到GSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)以及之后的GSM 07.07標(biāo)準(zhǔn)。用戶可以通過AT指令實(shí)現(xiàn)呼叫控制、短消息SMS、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。

為滿足用戶進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)通信的要求,NucleusNET作為外掛模塊能與Nucleus PLUS無縫結(jié)合從而實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。Nucleus NET通常使用TCP/UDP協(xié)議的客戶/服務(wù)器運(yùn)行模式,完成建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)及接收數(shù)據(jù)的工作。

TCP/IP的建立過程中,首先調(diào)用Nucleus NET提供的NU_init函數(shù)初始化GPRS網(wǎng)絡(luò),通過相應(yīng)的設(shè)置AT指令來完成,包括檢測是否連接到網(wǎng)絡(luò)(AT+CREG),通信信號強(qiáng)弱(AT+CSQ)以及SIM卡的PIN值是否輸入(AT+CPIN)等。然后用PPP撥號方式撥入GPRS網(wǎng)絡(luò),完成底層的數(shù)據(jù)鏈路層的連接,這部分由上述的PPP模塊來完成。接著調(diào)用Nu_Socket函數(shù)為他的通信分配一個(gè)套接字,然后調(diào)用NU_Connect函數(shù)與監(jiān)控中心服務(wù)器建立連接成功后,就可以進(jìn)行GPRS數(shù)據(jù)的發(fā)送NUSend.和接受NU_Reev.

在監(jiān)控中心服務(wù)器和移動(dòng)終端上的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議上,為了兼容GPRS和GSM短消息這兩種通信方式,系統(tǒng)自定義了如圖所示的通信幀結(jié)構(gòu),其中協(xié)議幀最大長度為140 B,包括幀控制字節(jié)。

其中固定使用字母“A”作為幀頭;幀類型用來表示該幀的具體含義,當(dāng)為下行通信幀(監(jiān)控中心服務(wù)器→終端)時(shí)表示為監(jiān)控中心對終端的控制命令類型,比如設(shè)定定時(shí)報(bào)位命令、設(shè)定超速報(bào)警命令、終端配置命令等。當(dāng)為上行通信幀(終端→監(jiān)控中心服務(wù)器)時(shí)該字節(jié)省略;幀長為該幀體字段的長度;幀長的反為幀長字段按位取反的結(jié)果;幀體是個(gè)串類型,依據(jù)幀類型的不同表示不同的含義,當(dāng)該幀為上行通信幀時(shí),幀體的內(nèi)容為系統(tǒng)自定義的GPS數(shù)據(jù);幀序號從0開始到255后歸0,用來對幀順序進(jìn)行判斷;校驗(yàn)和為幀類型、幀長、幀長的反、幀序號、幀體幾個(gè)字段各字節(jié)按字節(jié)異或的結(jié)果,用來判斷該幀的正確性。

另一方面,用戶還可以通過按鍵發(fā)送SMS來上報(bào)監(jiān)控中心。主控芯片利用串口向GSM Modem收發(fā)一系列的GSM 07.05標(biāo)準(zhǔn)所定義的AT命令集,就能達(dá)到控制收發(fā)SMS的目的。根據(jù)GSMGSM 07.05標(biāo)準(zhǔn),對SMS的控制共有3種接入?yún)f(xié)議:Block Mode;基于AT命令的TextMode;基于AT命令的PDU Mode。本系統(tǒng)采用PDU模式對短信息正文經(jīng)過十六進(jìn)制編碼后傳送。PDU模式下可以采用3種編碼方式來對發(fā)送的內(nèi)容進(jìn)行編碼,他們是7 b,8 b和UCS2編碼。7 b編碼用于發(fā)送普通的ASCII字符,他將一串7 b的字符(最高位為0)編碼成8 b的數(shù)據(jù),每8個(gè)字符可“壓縮”成7個(gè);8 b編碼通常用于發(fā)送數(shù)據(jù)消息;而UCS2編碼用于發(fā)送Unicode字符。發(fā)送SMS的具體過程為:

①首先發(fā)送AT以測試GSM Modem連接是否正常,等待GSM Modem返回OK;

②發(fā)送ATE0設(shè)置GSM Modem取消回顯模式,等待返回OK;

③發(fā)送AT+CMGF=0設(shè)置發(fā)送短信時(shí)選用PDU格式編碼,等待返回OK;

④接下來為正式發(fā)送SMS,先調(diào)用PDU編碼函數(shù)對接收到GPS數(shù)據(jù)GPS_DATA進(jìn)行編碼,并根據(jù)通信協(xié)議封裝為上行通信幀格式,然后發(fā)送指令。

AT+CMGS=監(jiān)控中心短消息號碼+回車符(0x0d,0x0a)+上行通信幀數(shù)據(jù)+回車符(0x0d,0x0a),等待返回OK。

上述的每個(gè)步驟完成后都必須加上回車符號(0x0d,0x0a)以使GSM Modem區(qū)別為不同的AT指令,而且都必須等待相應(yīng)的應(yīng)答,若失?。ɑ貞?yīng)ERROR),需重新發(fā)送該AT指令。

(5) 附件模塊負(fù)責(zé)終端硬件設(shè)備的檢測,并通知主控模塊,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序?qū)K端硬件的控制。

CPU對其他外圍接口的控制主要通過通用I/O口實(shí)現(xiàn)開關(guān)(電平)輸入/輸出,同時(shí)通過外部中斷的方式實(shí)現(xiàn)了與點(diǎn)火信號、車用防盜報(bào)警器、緊急報(bào)警(SOS)等的接口。

4、 結(jié) 語

使用GPRS作為GPS車輛綜合監(jiān)控調(diào)度管理系統(tǒng)的無線傳輸手段,具有費(fèi)用低、無需線纜施工及安全可靠、維護(hù)方便的特點(diǎn),是一種經(jīng)濟(jì)可行、技術(shù)先進(jìn)的系統(tǒng)構(gòu)建方案,這將使車輛監(jiān)控系統(tǒng)具有更為廣闊的應(yīng)用前景。本文設(shè)計(jì)的基于GPS/GPRS的車載移動(dòng)終端已投入實(shí)際運(yùn)行,工作穩(wěn)定,能夠較精確地完成車輛監(jiān)控,操作簡單方便。

責(zé)任編輯:gt

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    發(fā)表于 03-12 15:50 ?2218次閱讀
    光<b class='flag-5'>無線通信</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b>,光<b class='flag-5'>無線通信</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b>是什么意思

    運(yùn)用無線通信技術(shù)GIS技術(shù)和GPS定位技術(shù)車輛監(jiān)控系統(tǒng)

    隨著軍隊(duì)高技術(shù)改革的迅猛發(fā)展,傳統(tǒng)的軍車管理模式已經(jīng)越來越成為制約軍隊(duì)發(fā)展的瓶頸。運(yùn)用無線通信技術(shù)、GIS技術(shù)和GPS定位
    發(fā)表于 08-29 10:51 ?13次下載
    運(yùn)用<b class='flag-5'>無線通信</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b>GIS<b class='flag-5'>技術(shù)</b>和GPS<b class='flag-5'>定位</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b>的<b class='flag-5'>車輛</b><b class='flag-5'>監(jiān)控</b><b class='flag-5'>系統(tǒng)</b>

    嵌入式系統(tǒng)無線通信技術(shù)研究

    無線通信技術(shù),實(shí)現(xiàn)單一向多元化的轉(zhuǎn)變,逐漸完善了通信的功能,促使無線通信具有自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。目前,
    發(fā)表于 11-24 15:50 ?23次下載

    RFID技術(shù)和自組網(wǎng)無線通信技術(shù),對企業(yè)人員身份識別、實(shí)時(shí)定位解決方案

    該方案主要是利用自組網(wǎng)技術(shù),結(jié)合定位器、標(biāo)識卡及讀卡器設(shè)備,利用自組網(wǎng)無線通信技術(shù)定位,身份信息傳輸?shù)交?,基站將接收到?/div>
    發(fā)表于 08-18 11:29 ?4449次閱讀

    基于PXA270術(shù)和GSM無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)智能車輛稽查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

    如圖1所示,本系統(tǒng)建立了一套基于PXA270嵌入式處理器技術(shù)、視頻圖像處理技術(shù)、車輛識別技術(shù)、GSM移動(dòng)
    發(fā)表于 04-25 10:01 ?1170次閱讀
    基于PXA270術(shù)和GSM<b class='flag-5'>無線通信</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b><b class='flag-5'>實(shí)現(xiàn)</b>移動(dòng)智能<b class='flag-5'>車輛</b>稽查<b class='flag-5'>系統(tǒng)</b>的設(shè)計(jì)

    巍泰技術(shù)TurMass?無線通信與UWB信標(biāo)定位系統(tǒng)的融合應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)的新里程碑

    TurMass? 無線通信的 UWB 信標(biāo)定位系統(tǒng),滿足廣大客戶對于人員、車輛、資產(chǎn)位置服務(wù)的需求,也為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展注入新的活力。
    的頭像 發(fā)表于 07-31 18:06 ?1085次閱讀
    巍泰<b class='flag-5'>技術(shù)</b>TurMass?<b class='flag-5'>無線通信</b>與UWB信標(biāo)<b class='flag-5'>定位</b><b class='flag-5'>系統(tǒng)</b>的融合應(yīng)用,物聯(lián)網(wǎng)<b class='flag-5'>定位</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b>的新里程碑