基于GPSGSM的车载移动信息系统终端的研究

基于GPS/GSM的车载移动信息系统终端的研究1陈晓磊1，黄涛2武汉理工大学信息工程学院，武汉（430070）E-mail：xiaolei0718@摘要：车载移动信息系统终端涉及GPS定位技术、计算机科学技术、GSM/GPRS无线通信技术和电子技术，在汽车上实现GPS数据的接收和记录，实现移动车辆与监控中心的双向数据传输，对车辆进行跟踪和远程监控。

本文提出了一种基于GPS的车载移动信息系统的设计方案。

文中介绍了车载移动信息系统的原理和车载终端的主要功能,对车载移动信息系统终端的硬件和监控中心的软件设计进行了详细描述。

关键词：GPS，ARM，车载终端中图分类号：TN 967.11．引言GPS/GSM车载移动信息系统可用于对汽车行驶过程中的实时数据采集和存储、防盗、求助监视、语音通话，并实现与管理中心间通过无线方式进行数据传输和数据交换。

它具有巨大的市场前景和现实意义。

作为廉价且定位精度高的 GPS 技术在车辆跟踪方面的应用，使得对移动目标的实时定位成为可能。

而 GSM 全球移动通信系统是目前国内覆盖最广、可靠性最高、容量最大、保密性最强的数字移动蜂窝通信系统。

以成熟的 GSM 网络作为通信平台，采用 GPS 技术对车辆进行实时监控，无须投入日常传输网络设备的大量维护资金，降低了成本，易于普及，并能广泛的应用于银行运钞车跟踪等车辆调度等社会诸多方面，起到缓解交通拥挤、实施智能化管理、降低安全风险、减少经济损失等积极作用，在我国的市场需求日益明显，且初具规模，并创造了良好的社会效益和经济效益。

近几年来的市场预测表明车辆定位和导航设备及系统具有巨大的市场潜力。

日本 GPS 协会，Nikko 研究中心等许多组织对其各自地区进行了统计研究，仅以 2005 年为例，一项日本研究预测这一年定位和导航装置在日本的总销售量可达 3 百万台；一项欧洲研究估计欧洲总销售量可达 2.5 百万台；一项美国研究预计美国总销售量可达 22.5 百万台。

假设导航装置的单价为 500 美元，那么这三个地区的销售额将分别达到 15 亿美元、12.5 亿美元和 112.5 亿美元。

中国至 2006年车辆应用市场将占据卫星导航应用总销售产值的一半，达75 亿元。

伴随卫星导航应用产业的发展，车辆监控和定位导航等信息服务产业的产值急剧上升，至 2006年服务收入将超过车辆应用设备的销售额，成为行业中最大的增值领域。

2．系统概述车载移动信息系统由信息系统终端、无线传输网络和监控中心三部分组成。

移动车辆配备的GPS接收机用以获取自己当前的位置、时间等信息，然后通过通信链路向监控中心站发送状态和位置等信息，在监控中心站，通讯服务器接收各监控目标的位置信息，并通过通信控制器送往中心服务器在电子地图中显示，以表达各移动车辆的运行轨迹和当前位置。

系统由监控中心的监控软件实现对各移动车辆的状态监控，利用无线通信对各移动车辆进行调度指挥[1]。

1本课题得到武汉市重点科技攻关项目（名称：车内信息网络平台，编号：20033001005-5-3）的资助。

2.1 车载终端车载信息系统终端接收计算GPS定位信号后，把获得的定位信息，通过无线通信网络可以实时传送给监控中心，如果车辆出现异常状况则及求助信息上传给中心，监控中心也可向车载终端通过GSM/GPRS网络下发指令和发布信息。

2.2 无线通信网络无线通信网络是监控中心与移动目标之间的数据传输通道，采用光纤直接接入移动或联通的网络平台，利用GSM提供语音通话服务实现车载电话、车内监听等功能，短消息业务作为报警机制或远程指令辅助通信方式。

在需要进行数据交换时，则通过GPRS方式，在GPRS方式上传实时信息出现问题的情况下，经参数设置终端可切换进入GSM方式。

2.3 监控中心监控中心是负责对整个车辆信息网络进行监控，并与车载终端进行信息交互，完成各种短信息的分类、记录和转发以及分中心之间业务信息的流动，提供友好的人机界面，满足监控调度统计及信息收集等需求。

2.4 系统终端的主要功能整个系统中车载终端是关键，车载终端的主要功能如下：1) 定位功能：隔时报位、隔距报位、隔时和隔距相结合报位、定时报位、单次报位、出入区报位、规定区域报位。

2）报警功能：超速报警、防盗报警、欠压报警、GPS信号盲区报警、报警监听。

3）调度功能：车载终端在接收到监控中心发送的出租车调度请求后，判断车辆当前位置是否在调度区域内和是否处于空车状态；若满足，则通过语音和文字两种方式向司机询问是否参加车辆调度；当收到司机允许参加车辆调度的指示后，向监控中心报名；若收到监控中心发送的车辆调度确认信息，则通过语音和文字两种方式告知司机车辆调度已批准，请即刻前往调度起点。

4）通话功能：①电话呼出，车载终端按照监控中心的设置配置车载调度屏上的允许呼出的电话号码。

当有电话呼出时，车载终端从车载调度屏接收呼出的电话号码进行拨号接通电话。

②电话呼入，车载终端按照监控中心设置的电话呼入控制策略(允许全部接听、禁止全部接听、允许部分接听、禁止部分接听)处理电话呼入。

若车载终端被配置为允许自动接听，则获取来电号码进行语音拨报，并接通电话。

若车载终端被配置为不允许自动接听，当没有车载调度屏时，拒接电话；当有车载调度屏时，则获取来电号码进行语音拨报，并询问司机是否接听；若司机允许接听，则接通电话，否则拒接电话。

在上述两种情况中，若来电隐藏号码，则拒接电话。

5）黑匣子功能：①黑匣子配置：黑匣子配置是指将唯一识别号写入黑匣子中。

唯一识别号采用车载终端的GSM号码。

②行车数据记录：车载终端按照监控中心所设置的时间间隔将行车数据记录到非易失性存储器中。

当出现警情或警情撤销时，行车数据也被记录。

行车数据主要包括：车辆位置、速度、方向、状态及当前时间等。

③行车数据输出：行车数据输出行车数据输出分为两种方式：网络输出和串口输出。

行车数据网络输出是车载终端应监控中心的要求通过INTERNET向监控中心输出行车数据。

行车数据串口输出是车载终端通过RS232串行电缆与计算机连接，在计算机上运行行车数据读取软件，从而调出行车数据。

④行驶里程统计：车载终端在监控中心的控制下可统计车辆阶段性的行驶里程数。

3．系统模型设计1）采用ARM体系结构中的LPC2210来设计，LPC2210是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-S CPU的微控制器对代码规模有严格控制的应用可使用16位Thumb模式将代码规模降低超过30%而性能的损失却很小，其CPU主频高达60M。

由于LPC2210的144脚封装极低的功耗多个32位定时器8路10位ADCPWM输出以及多达9个外部中断使它们特别适用于对成本和功耗敏感的场合[2]。

另外还采用8M SDRAM/4M FLASH，要注意考虑终端系统的功耗问题，将FLASH的前面1M字节用做程序存储器，后面的3M用做数据存储器。

如果有必要的话，将使用嵌入式操作系统来开发，这样可以降低开发的难度，提高终端程序的可靠性和灵活性。

2）硬件结构框图如图1所示：图1 硬件结构框图3）每台终端在使用前需要进行初始化设置。

该设置是通过串口来完成的，通过复用与GPS连接的串口来实现终端设备的初始化。

需要定义好其通信协议和需要配置的具体内容。

4）该终端安装在汽车比较隐蔽的地方，采用汽车电源供电的方式。

该终端的主要功能是负责GPS信号的接收处理、告警数据的上报、中心控制命令的接收、处理及命令的执行等工作。

设计时需要认真考虑降低功耗方面的设计思想。

终端上尽量减少使用其它的辅助设备，象LCD等只需要用一个，启动阶段常亮，表示电源供电正常，启动完毕（GPRS登陆成功后），该灯开始闪烁表示正常工作。

5）GPRS 模块采用法国W A VECOM 公司Q2406B ,上传速率可达2618 kbit s/ s ,下载速率可达5316 kbit s/ s。

6）GPS模块有以下两种选择：a)直接选择串口连接方式的GPS MODEM。

b)选择内置的GPS模块外加GPS天线的设计方法。

采用第一种方法可以降低开发和维护的难度，而且安装方便，但是成本比较高。

第二种方法需要在硬件上设计相关的GPS电路，开发难度较大，但是可以降低成本。

7）另外预留的模块中，将采用320 ×240彩色LCD 显示屏, 提供良好的人机交互界面，4 ×5 键盘,对整个终端进行操作和控制;汽车电路检测和控制模块,通过I/ O 检测和控制车门的开关、油门等来进行防盗和报警;还具有免提功能的车载电话[3]。

4. 监控中心4.1 监控中心概述GPS车载移动信息系统主要由监控中心、通信中心和车载终端设备组成，监控中心由控制子系统、数据库管理子系统、GIS子系统以及主程序组成。

GPS监控中心是一个集合GIS图形处理、车辆实时监控和历史回放、监控管理、用户管理、网络管理、操作人员管理、基本信息管理、历史数据管理等功能模块的操作平台，通过本监控中心，用户可以方便的对移动目标进行监控管理、相关信息管理以及对移动终端的控制和通信。

监控中心主要是通过控制管理子模块与通信中心进行车辆的实时监控管理，功能结构如图2所示：图2 监控中心功能结构在这里面，用户管理、网络管理、操作人员管理、基本信息管理、历史数据管理封装在数据库管理子模块里面，监控管理的大部分功能封装在控制管理子模块里面，都是封装成DLL，监控中心主程序只需调用DLL中的封装函数即可，基本上是一个函数实现一个功能。

主程序中的电子地图操作实现是在WriGPS控件基础上二次开发出来的，是通过调用控件中的一系列属性、方法和事件来实现的。

车辆实时监控、历史数据回放主要在监控中心中实现，其中实时监控需要和控制管理子模块或者通信中心、历史数据回放需要和数据库。

监控管理的小部分功能也是在监控中心中实现，其控制功能的实现需要和控制管理子模块交互，还有些功能的实现也需要和GIS控件交互。

另外，电子地图的功能实现主要封装在GIS控件中，监控中心通过调用GIS组件可以方便实现各种功能。

4.2 监控中心处理流程监控中心是整个系统的管理和控制平台，其功能实现由一系列流程组成，同时还需要和控制管理子模块、数据库管理子模块、GIS组件进行一系列的交互处理，下面描述基本功能实现流程。

1) 系统初始化流程：监控中心在启动之后需要进行一系列的初始化工作，包括各个模块的初始化工作：操作人员分为系统管理员、系统操作员，对应的Oper_Right值分别为1、2。

监控中心分为总中心和分中心，对应ctrlcenter_type分别为11、22。

在系统初始化的时不同权限设置会对应不同的菜单选项。

2) 车辆实时监控实现流程: 车辆实时监控处理的流程如下：①当控制管理子模块接收到通信服务器发送过来的上行报位、报警、应答帧之后进行处理，需要向监控中心主程序发送消息，消息号就是控制管理子模块初始化函数GetCenterEnvi（）中的mesid。