基于GR47模塊的車(chē)輛定位監(jiān)控系統(tǒng)移動(dòng)終端的設(shè)計(jì)

1 引言

　　本次設(shè)計(jì)的車(chē)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(dòng)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(kāi)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(wú)線監(jiān)控、調(diào)度所有在GPRS+GSM網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的警用車(chē)輛、急救車(chē)輛、消防車(chē)輛、出租車(chē)輛、租賃車(chē)輛、民用車(chē)輛等移動(dòng)目標(biāo)。移動(dòng)目標(biāo)的GPS數(shù)據(jù)、其他指令及各類(lèi)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(yǔ)音通話。

2 GR47的功能特點(diǎn)

　　GR47是可以配置的,使得外部輸入、輸出接口提供的外部控制應(yīng)用更有效。嵌入式的控制器對(duì)于在報(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(wèn)的,并且支持C語(yǔ)言編程。GR47獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)是:傳輸大量數(shù)據(jù)并始終保持連接,根據(jù)我們?cè)诓煌貐^(qū)的測(cè)試,掉線幾率是同類(lèi)模塊最小的; 本身具有TCP/IP協(xié)議棧功能,還可以開(kāi)放內(nèi)部CPU資源,同時(shí)擁有所有M2M通信必需的功能。

　　圖1所示為GR47的內(nèi)部實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(RTOS)及外部硬件接口框圖?？刂破魑挥贕R47的內(nèi)部,運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。RTOS給用戶(hù)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(dòng)函數(shù)及一些其它的應(yīng)用函數(shù)。微控制器在后臺(tái)運(yùn)行,所以并不影響模塊的GSM 功能。用戶(hù)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(gè)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(gè)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,可以連接其它外部設(shè)備,另外還有I2C、SPI總線和8 根I/O線。

圖1 GR47 模塊框圖

　　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(kāi)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(shí)候模塊可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)并對(duì)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(hù)的系統(tǒng)中使用,外掛處理器對(duì)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(gè)典型的應(yīng)用是: 將一個(gè)微控制器和GR47模塊結(jié)合起來(lái),從微處理器通過(guò)UART1向GR47發(fā)送AT指令。

　　圖2和圖3描述了GR47分別工作于內(nèi)部控制器方式和外部控制器方式的兩個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)的原理框圖。從圖中可以看出,不論是外部控制器還是內(nèi)部的嵌入式應(yīng)用程序都是通過(guò)串口與GSM/GPRS移動(dòng)站進(jìn)行通信的。此外,利用GR47的I2C總線和I/O線可以與其它許多外部設(shè)備進(jìn)行通信,總之, GR47模塊以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)將在各行各業(yè)發(fā)揮重要的作用。

　　圖2 內(nèi)部控制器方式

　　圖3 外部控制器方式

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　整個(gè)系統(tǒng)如圖4所示，由GPS全球定位系統(tǒng)、移動(dòng)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(lái)接收衛(wèi)星的定位信號(hào),并解算出車(chē)載機(jī)當(dāng)前的地理位置;無(wú)線通信系統(tǒng)采用GPRS 移動(dòng)通信系統(tǒng),主要用于實(shí)時(shí)將經(jīng)移動(dòng)終端通信控制設(shè)備編碼后的移動(dòng)車(chē)輛的經(jīng)度、緯度、速度、運(yùn)動(dòng)方向、時(shí)間、車(chē)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(duì)移動(dòng)端的控制命令下發(fā)至移動(dòng)端;監(jiān)控工作站將接收到的車(chē)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(chē)輛的位置及其軌跡在電子地圖上顯示出來(lái)。從而達(dá)到對(duì)移動(dòng)車(chē)輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。同時(shí)監(jiān)控中心也可向移動(dòng)終端發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的調(diào)度管理。

圖4 車(chē)輛定位監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

      本設(shè)計(jì)中的移動(dòng)終端是車(chē)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,主控制器單元,中文液晶顯示屏與鍵盤(pán)組成的人機(jī)交互單元及電話手柄組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示:

　　圖5 　車(chē)載終端硬件結(jié)構(gòu)框圖

　　3. 1 GPRS通信單元和主控制單元

　　GR47帶有GSM/GPRS全套語(yǔ)音和數(shù)據(jù)功能,集成有功能強(qiáng)大的CPU并向用戶(hù)開(kāi)放其系統(tǒng)資源,同時(shí)模塊內(nèi)嵌有TCP/IP協(xié)議棧和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),可以集車(chē)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(dòng)終端中各模塊的工作,進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理。同時(shí), GR47具有GPRS和SMS兩種無(wú)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(guò)GPRS通信方式將車(chē)輛所在位置、速度、車(chē)號(hào)等信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心并接收來(lái)自監(jiān)控中心的指令。與此同時(shí), 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(kāi)時(shí),會(huì)立刻切換到SMS方式直至TCP/IP重新建立連接。

　　3. 2 GPS接收單元

　　GPS-OEM板是GPS接收單元的主要組成部分,通過(guò)天線接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的定位信號(hào),經(jīng)過(guò)變頻、放大、濾波等一系列處理過(guò)程, 實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤、鎖定、測(cè)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(shí)間、航向、衛(wèi)星狀況等) 通過(guò)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(lái)的定位信息,經(jīng)過(guò)解算后提取出用戶(hù)感興趣的數(shù)據(jù)信息(如緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間等) ,并加上包頭形成一個(gè)數(shù)據(jù)包通過(guò)無(wú)線信道發(fā)送至監(jiān)控中心。

      3. 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)的4 ×5鍵盤(pán),并且開(kāi)發(fā)包中提供鍵盤(pán)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(yǔ)言后,直接利用模塊上的鍵盤(pán)接口和I2C接口,不需要外掛控制器即可提供簡(jiǎn)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(guò)I2C轉(zhuǎn)并口芯片PCF837GA來(lái)控制并口控制的LCD模塊,如圖6所示。當(dāng)腳本運(yùn)行時(shí),通過(guò)寫(xiě)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。

　　圖6　顯示屏接口原理圖

　　3. 4 電話手柄單元

      本設(shè)計(jì)中的電話單元既可以通過(guò)軟件設(shè)置與監(jiān)控中心進(jìn)行通話,也可以通過(guò)手柄任意撥打和接聽(tīng)電話。GR47模塊提供語(yǔ)音信號(hào)線,設(shè)計(jì)者只需經(jīng)過(guò)放大、濾波即可獲得音質(zhì)良好的語(yǔ)音信號(hào)。

4 軟件工作流程

　　本系統(tǒng)的軟件工作流程如圖7所示。

　　圖7 軟件流程

5 結(jié)論

　　由于該系統(tǒng)充分利用了GR47的A/D轉(zhuǎn)換、UART、I2C等各種功能,因此,其結(jié)構(gòu)緊湊,不論是軟件還是硬件的開(kāi)發(fā)都非常方便,提高了開(kāi)發(fā)效率,降低了成本,并且產(chǎn)品功能大大增強(qiáng)。該車(chē)載移動(dòng)終端經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的工程測(cè)試和長(zhǎng)時(shí)間的試運(yùn)行,工作穩(wěn)定、性能可靠,目前已批量生產(chǎn)。