車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)移動終端的設(shè)計(jì)

本文所介紹的基于GR47模塊的車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)，是采用世界領(lǐng)先的GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、GSM／GPRS全球移動通信技術(shù)、GIS地理信息處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，開發(fā)出的一套遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)可以遠(yuǎn)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(biāo)。移動目標(biāo)的GPS數(shù)據(jù)、其他指令及各類報(bào)警數(shù)據(jù)均由GPRS信道傳送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理中心，并可根據(jù)需要進(jìn)行語音通話。

一、GR47的功能特點(diǎn)

GR47是可以配置的，這就使得外部輸入、輸出接口提供的外部控制應(yīng)用更為有效。嵌入式的控制器在報(bào)警、儀表采集和應(yīng)用公布等群組應(yīng)用領(lǐng)域是可以訪問的，并且支持C語言編程。GR47獨(dú)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，其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。

如圖所示為GR47的內(nèi)部實(shí)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(yùn)行實(shí)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)及一些其他的應(yīng)用函數(shù)。微控制器在后臺運(yùn)行，所以并不影響模塊的GSM功能。用戶將應(yīng)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，可以連接其他外部設(shè)備，另外還有I2C、SPI總線和8根I／O線。

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(yīng)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(yùn)行，腳本運(yùn)行的時候模塊可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)并對其進(jìn)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(jìn)行操作控制，腳本在外部微控制器中運(yùn)行。它的一個典型的應(yīng)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。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整個系統(tǒng)由GPS全球定位系統(tǒng)、移動終端、GSM／GPRS網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)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，并計(jì)算出車載機(jī)當(dāng)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(shí)時將經(jīng)移動終端通信控制設(shè)備編碼后的移動車輛的經(jīng)度、緯度、速度、運(yùn)動方向、時間、車輛狀態(tài)以及報(bào)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(jìn)行適當(dāng)?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(dá)到對移動車輛的實(shí)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(shí)現(xiàn)對車輛的調(diào)度管理。本設(shè)計(jì)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、主控器單元、中文液晶顯示屏與鍵盤組成的人機(jī)交互單元及電話手柄組成。

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(qiáng)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(shí)時操作系統(tǒng)，可以集車載機(jī)的GPRS通信和主控制器功能于一體。本設(shè)計(jì)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(jìn)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(luò)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(luò)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導(dǎo)致TCP／IP連接斷開時，會立刻切換到SMS方式直至TCR／IP重新建立連接。

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(shí)現(xiàn)對GPS衛(wèi)星信號的跟蹤、鎖定、測量，產(chǎn)生計(jì)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(biāo)準(zhǔn)RS232串口與GR47進(jìn)行通信，GR47循環(huán)接收GPS-OEM板發(fā)來的定位信息，經(jīng)過計(jì)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．人機(jī)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(shí)現(xiàn)4×5鍵盤，并且開發(fā)包中提供鍵盤掃描函數(shù)，軟件實(shí)現(xiàn)也相當(dāng)方便。聯(lián)合嵌入式應(yīng)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(jī)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(shè)計(jì)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。如上圖所示。當(dāng)腳本運(yùn)行時，通過寫入I2C數(shù)據(jù)以設(shè)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(dá)8位的離散波形，以符合LCD接口的要求。

4．電話手柄單元

本設(shè)計(jì)中的電話單元既可以通過軟件設(shè)置與監(jiān)控中心進(jìn)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(shè)計(jì)者只需經(jīng)過放大、濾波即可獲得音質(zhì)良好的語音信號。

三、結(jié)論

該系統(tǒng)由于充分利用了GR47的A／D轉(zhuǎn)換、UART、I2C等各種功能，因此結(jié)構(gòu)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(qiáng)。