【文章內(nèi)容簡介】 傳送時，客戶仍然在網(wǎng)上與網(wǎng)絡之間還保持一種連接。(4) 快速登錄：連接時間很快。GPRS 無線終端一開機，就可與 GPRS網(wǎng)絡建立連接，每次登錄網(wǎng)絡，一般僅需 1到 3秒。(5) 高速傳輸：由于 GPRS網(wǎng)絡采取了先進的分組交換技術，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達。實際使用中一般能達到 20～40kb/s。(6) 組網(wǎng)靈活：中國移動的 GPRS 網(wǎng)絡覆蓋面廣，可在全國漫游而不增加額外費用，特別適合中小用戶以低成本方式在短時間內(nèi)組建自己的跨區(qū)域性數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。(7) 信道保障：GPRS 通信鏈路由中國移動這樣的專業(yè)運營商維護，在出現(xiàn)通信鏈路中斷的情況下能得到及時搶修，免除通信鏈路維護的后顧之憂。上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計11(8) 防雷擊：GPRS 采用小功率短天線，不需要室外架設大天線，克服了有線傳輸設備和無線電臺容易被雷擊而損壞和中斷通信的情況。 車載定位系統(tǒng) GPRS方案深入分析現(xiàn)有車載 GPS短信系統(tǒng)，我們認為一套組網(wǎng)方便、性價比高、隨時在線、穩(wěn)定的通信方式，可有效解決車載 GPS監(jiān)控系統(tǒng)在通訊傳輸中龐大費用等問題，也是車載 GPS監(jiān)控系統(tǒng)在運輸行業(yè)中普遍推廣的必要手段。而現(xiàn)在中國移動的 GPRS網(wǎng)絡正是滿足這一需求的新興通信方式，同時以原有 GSM為備份鏈路，完全可以保證 GPS監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與可靠性，同時在性能和價格方面均有質(zhì)的飛躍。其組網(wǎng)方式如圖 32所示。圖 車載 GPS 系統(tǒng) GPRS 方案示意圖車載 GPS系統(tǒng) GPRS方案的主要特點，如下所示：(1) 通訊費用低：車載 GPS監(jiān)控系統(tǒng)的通信特點是：具有突發(fā)性，但數(shù)據(jù)量小，對采用按流量計費的 GPRS非常有優(yōu)勢。(2) 數(shù)據(jù)傳輸效率高：GPRS 是一種新型移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務，給移動用戶提供高速無線IP服務。GPS 設備采集的位置信息經(jīng)過分析處理后，封裝在 IP報文中進行傳輸，其最大數(shù)據(jù)傳輸效率90%。(3) 強有利的安全措施：GPRS 網(wǎng)絡采用 GSM的多種物理信道加密方式，同時在應用層還提供中心專線接入、專用 APN等安全措施，可完全滿足運輸管理系統(tǒng)對安全的擴展性要求。(4) 可擴展性強：可根據(jù)將來業(yè)務的需要在 GPRS上增加新的監(jiān)控內(nèi)容，如增加圖像傳送等。(5) 可選短信備份：在 GPRS不通的情況下，可以通過傳統(tǒng)的短信備份方式來保證關鍵上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計12信息的傳送。第 4章 車載終端的工作原理 車載終端系統(tǒng)總體的整體流程車載終端系統(tǒng)是集成于汽車行駛記錄儀和車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）以及 GPRS技術的智能汽車電子裝置。該終端具有車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測、車輛定位、信息傳輸、緊急報警、車載電話、救援通話等多項功能。其中，車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測主要是指汽車行駛記錄儀在汽車行駛的過程中，不斷對汽車行駛速度、行駛里程、疲勞駕駛時間和各種狀態(tài)量進行檢測和存儲，為事故分析及處理提供原始和可靠的資料；車輛定位主要指可將車輛位置信息，包括經(jīng)度、緯度、方向、速度、時間等，及時傳送回監(jiān)控中心；信息傳輸主要指用 GPRS將車輛定位等信息向監(jiān)控中心傳送以及將監(jiān)控中心發(fā)回的調(diào)度命令回送；緊急報警是指若車輛一旦出現(xiàn)緊急情況，可通過報警按鈕向監(jiān)控中心發(fā)送報警信息，比如車輛行駛在高速公路上，當發(fā)生交通事故等異常情況時，可以通過這個功能向監(jiān)控中心求助，這樣有利于對事故即時處理，將損失降至最小。車載智能終端主要適合于安裝在長途物流運輸，城市出租車輛以及公交車輛中。例如在城市出租車輛中大面積安裝和使用車載智能終端可以全面提高出租車輛管理水平和管理效益。監(jiān)控中心可以完成系統(tǒng)的運行監(jiān)測、調(diào)度控制、信息管理及外部數(shù)據(jù)接口。實現(xiàn)對車輛的自動漫游跟蹤，顯示有關的各種信息，并且可以實時發(fā)布文字及圖像信息。圖 41所示為車載終端的工作示意圖。該圖所示的汽車中均裝了配備有汽車行駛記錄儀，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的車載智能終端。汽車在行駛的過程中不斷與衛(wèi)星通過信道 1 進行數(shù)據(jù)通信，得到準確的定位信息，然后將定位數(shù)據(jù)及其它相關信息通過圖中 3 所示的通信鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)實際路況和具體工況通過通信鏈路向汽車回送數(shù)據(jù)命令。通過這樣一個過程，監(jiān)控中心可以實現(xiàn)對汽車調(diào)度。圖示僅僅描述了城市出租車輛和監(jiān)控中心的通信過程。上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計13LoadBteryinO SmsRplcT運營商衛(wèi)星321監(jiān)控中 心圖 車載終端工作示意圖圖 車載智能終端的結(jié)構(gòu)示意圖由圖 42 可以看出，車載智能終端包含車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端和汽車行駛記錄儀終端。兩個終端進行無縫連接，協(xié)調(diào)工作。 汽車行駛記錄儀介紹汽車行駛記錄儀(以下簡稱記錄儀)是一種用于記錄、存儲、顯示、打印輸出車輛有關行駛狀態(tài)信息的裝置。記錄儀的使用，對遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用。如圖示為行駛記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖：上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計14汽車行駛記錄儀處理器S3C44B0打印機串口顯示器鍵盤電源報警部分 打 印 機 數(shù)據(jù)檢測圖 記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖在圖 43 中，可以看到，記錄儀由中央處理器 S3C44B0X0串口，報警部分、鍵盤、數(shù)據(jù)檢測、顯示器等部分組成。處理器統(tǒng)一對各個模塊進行任務調(diào)度和分配，協(xié)調(diào)完成相應功能。處理器 S3C44B0 用于處理各個模塊回送過來的數(shù)據(jù)以及向各個模塊發(fā)出操作命令。串口用于上下位機之間的通信，這些通信包括上位機向下位機發(fā)送配置數(shù)據(jù)以及下位機向上位機回送各類信息數(shù)據(jù)。報警部分用于對駕駛員違規(guī)操作做出提醒。如，當車速過快時，報警部分會發(fā)出“超速行駛”的警告音，汽車連續(xù)行駛時間超過 4 個小時時，會發(fā)出警告音等。鍵盤部分用于完成人機交互功能，在汽車行駛記錄儀中，有很多操作需要駕駛員的手動命令來完成。例如，汽車啟動后，記錄儀要求駕駛員選擇駕駛序列號，記錄儀維護人員在初次安裝記錄儀時，需要通過鍵盤來配置一些參數(shù)等。數(shù)據(jù)檢測部分包括汽車行駛速度檢測、汽車連續(xù)行駛時間檢測、汽車行駛里程檢測、8路開關量檢測，4 路門信號量檢測等。這些檢測到的數(shù)據(jù)回送至處理器后，處理器將這些數(shù)據(jù)保存到存儲器中。而顯示器則用于顯示菜單，汽車行駛速度，實時時間等信息。上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計15ADC看門狗實時時鐘GPIOARM7內(nèi)核I2S 總線UART0、1PWMI2C 總線總線總線S3C44B0圖 S3C44B0 內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)圖汽車行駛記錄儀能否正常、可靠、穩(wěn)定工作在很大程度上取決于處理器的性能的好壞。在選擇記錄儀處理器的方面，我們基于以下幾點考慮： （1）按照國標要求，汽車行駛記錄儀應能夠以高于 秒的時間分辨率記錄并存儲車輛停車前 20s 實時時間對應的車輛行駛速度值及車輛制動狀態(tài)信號，且記錄次數(shù)至少為 10 次；記錄儀還應能夠以不大于 1min 的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車輛在最近 360h 內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。這就要求記錄儀中所選用的處理器不但能夠有較快的數(shù)據(jù)處理能力，而且能夠應付頻繁的任務切換所帶來的任務壓棧、出棧所帶來的額外負荷。（2）由于記錄儀在工作的過程中，同時需要運行若干個任務。比如，正常工作時，記錄儀需要在液晶上顯示當前時間，汽車當前行駛速度，汽車當前行駛里程等信息，這就要求在軟件設計時能有一個很好的任務切換機制，我們選擇 μC/OSⅡ來進行任務管理以解決上述問題。 （3）另外行車記錄儀所處的環(huán)境十分惡劣,除天氣變化、潮濕、機械振動等干擾因素外,汽車電氣設備中有很多導線、線圈和元件,它們有不同的電容和電感,而任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路。當汽車上的電氣設備工作產(chǎn)生火花時就會產(chǎn)生高頻振蕩,并以電磁波的形式發(fā)射到空氣中,其中點火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁波頻率高、強度大,影響尤為嚴重?；鸹ㄈ闹行碾姌O對其殼體有一定的電容,中心電極本身又有一定的電感,這樣,火花塞的電容和電感就形成了一個振蕩回路,在火花塞放電時就會產(chǎn)生高頻振蕩,連接火花塞的導線起著上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計16天線的作用,將振蕩以電波的形式向空間發(fā)射。汽車上類似這樣的電路還有很多,像放電機的電刷、喇叭、調(diào)節(jié)器觸點等等,這些電器工作時會產(chǎn)生電磁干擾,而且由于回路中的電容、電感的大小不同,產(chǎn)生的振蕩頻率也不相同,其頻率范圍很寬,對其他電器的干擾就很多。因此，抗干擾能力是選擇處理器時必須要考慮的一個重要方面。（4）由于受汽車空間因素的制約，記錄儀的體積不能設計得太大。而降低記錄儀體積的一個很好的措施是減小外圍設備所占主板的面積。選擇一種可以集成諸如 UART、RTC 等外圍設備在芯片內(nèi)部的處理器，是一個很好的解決方法。綜合以上的因素，我們選擇了三星公司生產(chǎn)的 ARM7芯片 S3C44B0X。如圖 44示為S3C44B0內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)圖。（1）定位終端硬件體系結(jié)構(gòu)汽車定位系統(tǒng)由五部分組成：控制電源模塊、LCD 顯示模塊、單元 MCU、GPS 定位模塊和 GSRS模塊。加電啟動，再完成初始化之后，用戶如果向該定位終端發(fā)送定位請求，并且是通過 GPRS網(wǎng)絡建立無線通信鏈路的形式，終端將同時通過 GPS定位和 GSRS兩個模塊獲取位置信息，并且將定位信息傳到 Inter網(wǎng)上的服務器。如圖 45示。圖 硬件構(gòu)成圖（2）主要接口原理MCU有 UART1和 UART0兩個串口。MCU 分別通過串口 1和串口 0與 GPS模塊和 GPRS模塊通信。因為 MCU的兩個串口、GPS 模塊通信串口、GSPS 模塊通信串口均為 TTL電平，所以不需要電平轉(zhuǎn)換芯片，直接將 MCU的 TXD和 RXD與另外兩個模塊的 RXD和 TXD互聯(lián)即可。上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計17（3）各部分采用的模塊介紹單片機：控制數(shù)據(jù)端的核心，處理器選用的是 C8051F023。 供電，最高工作頻率可達 25MHz，在 1～2 個 MIPS內(nèi)有很多指令可以完成，速度很快，有兩個 UART1口；編寫和運行簡單的 TCP/IP/PPP協(xié)議程序要有片載 4KRAM和 64KFLASH提供必要的空間；還有充足的I/O口。GPS接收模塊和液晶顯示模塊：系統(tǒng)采用 ，串口 1接收 GPS信息，P1口和 P3口用于 12864 LED液晶顯示接口，可以顯示實時時間、緯度、經(jīng)度及其它 GPS數(shù)據(jù)信息。GPRS模塊：選用 MC35。GPRS 模塊提供了 9針的標準 RS232接口，進行全雙工的數(shù)據(jù)通信需要通過 MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片和 C8051F023的 UART0口相連。MC35 需 12V供電，在上電后還需要 DTR的低電平向高電平跳變觸發(fā)啟動。在實際設計中，采用的是 C8051F023的 MAX3232電平轉(zhuǎn)換后作為 MC35的 DTR。 (4) 硬件系統(tǒng)設計電路圖 基于單片機的GPS系統(tǒng)GPS模塊可以接收GPS衛(wèi)星的信號，并對收集得到的信號進行計算，得出模塊測試點所在位置的衛(wèi)星信息。采用的GPS模塊由五部分組成：變頻器、信號通道、微處理器、存儲單元和接收天線。單片機主控制器的串行接收口連接GPS模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端接收衛(wèi)星信息。液晶顯示模塊的作用是顯示接收到的數(shù)據(jù)信息。12864數(shù)據(jù)連接單片機P1口，雙電源供電。如圖46示。上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計18 GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)來源可以有兩種：一種是由 C8051F023自身運算或處理產(chǎn)生，另一種是由其它終端數(shù)據(jù)設備通過 UART0口向 C8051F023發(fā)送的數(shù)據(jù)。如圖 47所示。車載終端的軟件設計主要集中在汽車行駛記錄儀的軟件設計上面。在軟件設計上，我們?yōu)槠囆旭傆涗泝x從上電復位到進入休眠狀態(tài)，設計了如圖所示的若干過程。記錄儀初次安裝到汽車上時，會通過上位機給每個司機分配一個駕駛序列號，該序列號與其駕駛證號相對應。我們這樣設計的目的是為了簡化用插卡方式來識別駕駛員身份帶來的麻煩。給記錄儀上電后，記錄儀會要求駕駛員選擇駕駛序列號，如果駕駛員在超過 20 分鐘的時間還沒有選擇序列號的話，記錄儀會進入汽車是否啟動檢測程序，若發(fā)現(xiàn)汽車已經(jīng)啟動，則記錄儀認為該次汽車行駛過程屬于匿名駕駛，進入匿名駕駛處理程序，如若發(fā)現(xiàn)汽車已經(jīng)停止，或汽車沒有啟動，則記錄儀自動進入休眠狀態(tài)。如果駕駛員選擇了駕駛序列號，則記錄儀會從數(shù)據(jù)庫中將其駕駛證號查詢出來，并在顯示器上顯示。下面，記錄儀開始進入汽車是否啟動檢測程序。記錄儀如果檢測到汽車沒有啟動，則進入 20 分鐘延時程序，如果在 20 分鐘后，汽車還處于停止狀態(tài)，則記錄儀自動進入休眠狀態(tài)。如圖虛線部分所示。如果汽車已經(jīng)啟動，則記錄儀開始進入數(shù)據(jù)采集及處理程序，這里數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的上 海 理 工 大 學 畢 業(yè) 設 計19計算和存儲等操作。并在顯示器上顯示當前汽車運行時間和當前汽車行駛速度已經(jīng)行駛里程。記錄儀在執(zhí)行這部分操作的同時，還在執(zhí)行一個程序：汽車是否停止檢測程序。如果汽車沒有停止，則記錄儀繼續(xù)進行上述操作，但如果汽車停止運行了，則記錄儀馬上進入 20分鐘延時程序，在 20 分鐘后，還會進行一次汽車是否啟動操作，如果確認汽車停止，則記錄儀進入休眠狀態(tài)。由上面的關于記錄儀工作過程的分析中，我們可以看出，記錄儀在反復執(zhí)行如下的操作：汽車是否啟動檢測程序，汽車是否停止檢測程序，20 分鐘延時，另外還有液晶顯示控制程序，數(shù)據(jù)采集程序等。為了能較清晰地講述記錄儀軟件設計過程，我們將要講述的部分作如下的分