基于GPS-GSM/GPRS的ITS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

二 基于GPS-GSM/GPRS的ITS系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 　車載GPS智能終端軟件系統(tǒng)的主要功能是由主程序完成的。主程序采用狀態(tài)機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

　　其中，（a）為總體流程框圖，（b）為GSM報(bào)文處理部分流程圖，（c）為GPS報(bào)文處理部分流程圖。終端可以處于8種狀態(tài)：空閑、上傳定位信息、定時(shí)上傳定位信息、撥號(hào)、通話中、網(wǎng)絡(luò)無法連通、GPS無法定位、報(bào)警。狀態(tài)間的切換主要由ITS中心通過發(fā)送消息的命令報(bào)文控制。 程序工作時(shí)先進(jìn)行初始化工作，然后進(jìn)入主控制循環(huán)。在主控制循環(huán)中首先檢查GSM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中是否有完整的GSM數(shù)據(jù)包，如果有則進(jìn)行解析，并根據(jù)協(xié)議中的控制命令改變終端所處的狀態(tài)。接著判斷GPS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中是否有完整的GPS數(shù)據(jù)包，如果有則取出并解析出當(dāng)前的全球定位坐標(biāo)，以供上傳坐標(biāo)時(shí)使用。最后根據(jù)終端所處的狀態(tài)對(duì)終端進(jìn)行操作，例如：如果終端處于上傳定位消息的狀態(tài)，則控制GSM模塊上傳定的消息。 實(shí)驗(yàn)證明，車載GPS智能終端可以較好地完成終端定位、與ITS中心通訊、報(bào)警、撥打車載電話等功能，并且具有成本較低、系統(tǒng)覆蓋面廣、使用維護(hù)費(fèi)用低、通訊可靠等特點(diǎn)。但是，由于系統(tǒng)主要采用GSM系統(tǒng)的短消息進(jìn)行通訊，因此無法做到實(shí)時(shí)通訊。在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上稍加改進(jìn)就可以使用GPRS技術(shù)代替短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其“永遠(yuǎn)在線”的特點(diǎn)可保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

  　智能交通系統(tǒng)（Intelligent Transport System，即ITS）采用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等于手段對(duì)傳統(tǒng)交通運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行改造，以達(dá)到增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行效率、提高系統(tǒng)可靠性和安全性、減少能源消耗和對(duì)自然界的污染等目的。ITS總體來說包括四部分：交通信息采集部分、車輛調(diào)度控制部分、電子收費(fèi)系統(tǒng)和交通信息服務(wù)。其中的每個(gè)部分都需要車載終端的參與：在交通信息采集部分，需要車載終端提供車輛的準(zhǔn)確定位信息和車輛運(yùn)行情況信息；在車輛調(diào)度控制部分，車載終端作為控制的接收端，負(fù)責(zé)接收ITS中心的調(diào)度指揮信息；電子收費(fèi)系統(tǒng)需要車載終端與收費(fèi)站自動(dòng)完成付費(fèi)交易；車載終端還是交通信息服務(wù)的接收平臺(tái)，把服務(wù)顯示給車輛駕駛員和乘客。因此，車載終端是ITS系統(tǒng)中非常重要的組合部分。本文所介紹的“車載GPS智能終端”就是ITS車載終端的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)。下面詳細(xì)介紹車載終端系統(tǒng)的功能與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。

　　一 車載GPS智能終端的功能

　　根據(jù)ITS系統(tǒng)的要求，車載GPS智能終端應(yīng)具有如下功能：

　?。?）車輛定位；

　?。?）終端與ITS控制中心通訊；

　　（3）報(bào)警，包括主動(dòng)報(bào)警和自動(dòng)報(bào)警；

　?。?）在必要時(shí)進(jìn)行車內(nèi)監(jiān)聽；

　?。?）在必要時(shí)控制汽車熄火；

　?。?）顯示調(diào)度信息。

　　另外，車載GPS智能終端還根據(jù)用戶需要實(shí)現(xiàn)了其它功能：

　?。?）可撥打車載電話；

　?。?）限制車輛行駛范圍和行駛時(shí)間，監(jiān)控車輛的行駛軌跡等。車載GPS智能終端的這些功能使其特點(diǎn)適用于汽車保險(xiǎn)、運(yùn)輸車隊(duì)或出租車隊(duì)的管理、調(diào)度等領(lǐng)域。

圖1 ITS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖

　目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，使用也非常方便，通過專用的GPS模塊即可方便地獲得車載GPS智能終端所在的全球定位坐標(biāo)。其定位精度比較高，一般誤小于15m。 如何把定位信息發(fā)送給ITS中心一直是比較難解決的問題之一。以往的ITS系統(tǒng)多采用集群通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車載終端與ITS中心的通訊。但是這種系統(tǒng)具有覆蓋區(qū)域小、安裝維護(hù)費(fèi)用高、技術(shù)復(fù)雜等缺點(diǎn)。近兩年隨著GSM/GPRS網(wǎng)在中國(guó)的普及，車載終端通過GSM/GPRS網(wǎng)與ITS中心通訊的方式已經(jīng)成為最受歡迎的方式。這主要由于以下原因：

　　（1）GSM/GPRS網(wǎng)覆蓋面廣，目前已經(jīng)遍及我國(guó)大部分地區(qū)，包括鄉(xiāng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)；

　?。?）無需建網(wǎng)、維護(hù)；

　?。?）GSM/GPRS網(wǎng)可靠性高、誤碼率低；

　?。?）使用短消息功能或GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，費(fèi)用比較低；

　?。?）由于GSM/GPRS技術(shù)使用廣泛，提供相應(yīng)通訊模塊的廠商較多，價(jià)格也比較合理。這里設(shè)計(jì)的ITS系統(tǒng)就是基于GPS衛(wèi)星系統(tǒng)和GSM/GPRS這兩大系統(tǒng)的。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　首先車載GPS智能終端通過GPS衛(wèi)星定位自己的全球坐標(biāo)；然后以消息或GPRS數(shù)據(jù)通訊方式把定位信息發(fā)送到ITS中心，ITS中心的控制調(diào)度命令也是通過GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到車載GPS智能終端中，終端與ITS中心的通訊符合專用的命令協(xié)議；最后，互聯(lián)網(wǎng)的用戶還可以通過VPN專用網(wǎng)技術(shù)或其它安全聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接到ITS中心，以控制、查看車載終端的狀態(tài)。

　　三 車載GPS智能終端硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　車載GPS智能終端利用單片機(jī)與GSM模塊聯(lián)合設(shè)計(jì)了一個(gè)符合經(jīng)濟(jì)型終端功能需求的硬件解決方案。其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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　　主控單片機(jī)采用具有兩個(gè)串口的高性能單片機(jī)W77E58。在系統(tǒng)中，主控單片機(jī)負(fù)責(zé)接收用戶的手柄輸入信號(hào)和GPS輸入信號(hào)；對(duì)GPS信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，以獲得當(dāng)前的經(jīng)、緯度坐標(biāo)；接收并解析ITS中心發(fā)送的短消息命令，按命令進(jìn)行上傳定位坐標(biāo)、報(bào)警等操作；另外還負(fù)責(zé)把系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及ITS的信息通過液晶屏顯示出來。