论文部分内容阅读
[摘要]本文主要基于GPS的车载信息系统终端涉及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，利用GSM/GPRS网络的数据传输功能，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。
[关键词]GPS GSM/GPRS 公交定位 ARM处理器
一、引言
近几年来，随着城市中车辆的增多，以及由此产生的交通堵塞、环境污染等问题日趋严重，各国都相继出台了相关政策法规要控制私家车数量，大力发展城市的公交系统，这使得公交车辆定位导航系统越来越成为人们关注的焦点。本问将围绕这一焦点问题，在对GPS公交车辆定位技术和GSM移动通信技术进行充分研究的基础上，设计与实现了一个基于GSM的GPS的公交车辆定位导航系统.
二、公交导航系统的总体设计目标
针对国内外车载系统的多种实施方案，本文采用基于GPRS的车载GPS系统作为公交监控系统中的车载部分。在GPS芯片的选择上看，就当今的技术水来看，最成功的GPS接收器采用两个芯片。尽管采用单芯片（单片电路）的产品也存在，但其性能却无法与目前采用双芯片的产品媲美。GPS部分采用Atmel的GPS芯片，ATR0601（LNA，低躁声放大器） ATR0610（射频部分） ATR6021（基频部分）。GPRS芯片采用西门子工业级GPRS芯片MC35。车载系统中用于处理信号的CPU采用嵌入式处理器Intel XScale PXA250。该嵌入式处理器采用ARM7内核，集成LCD控制器、l2C总线接口单元、UART口以及多媒体通信单元等接口，使车载系统能集GPS定位、GPRS信息传输、自动报站等功能于一体。在选用SoC（system on chip，片上系统）的选用上，本系统采用Windows CE，对于应用程序开发者来说，Windows CE提供了Windows程序员熟悉的各种开发环境，如Microsoft Win32 API、ActiveX控件、COM接口、ATL和MFC。它们不仅有助于提高开发者的开发效率，而且有利与从其他Windows平台上移植各种成功的应用程序。一个嵌入式系统是否稳定，电源的稳定起着重要的作用。车载电源是36V蓄电池，嵌入式芯片以及GPS、GPRS芯片需要5V、3.3V电压，所以需要一个具有较强抗干扰能力的DC-DC降压电源，考虑到车载环境有较强的电磁干扰，所以在嵌入式系统电路设计中要做好抗干扰设计，最后在LED显示设计单元中，采用AT89C51控制芯片，以点阵汉字显示方式将信息显示出来。
三、公交导航系统总体结构设计
车载导航系统是结合卫星全球定位系统GPS对车辆进行实时监管、调度、控制的应用技术系统。主要完成的功能是实时接收GPS定位信息，并结合GSM技术，完成车辆信息管理、调度，提高车辆的使用效率和管理效率，并可实现报警等辅助功能。本系统由车载终端；通讯网络；监控端三部分构成。如图1所示。
GSM MODEM的作用是把车载信息转换成计算机、笔记本能够识别的串口数据，从而实现系统的远程监控，方便系统的管理。图2所示为GSM MODEM的电路框图，包括电源供电电路、IGT启动电路、数据通信电路、SIM卡电路和指示灯电路，下面分别介绍这几部分的电路构成和原理。
5．指示灯部分。
用SYNC引脚控制LED可以显示出模块的工作状态。用AT指令可以设置SYNC的工作模式。具体连接电路如图3-4所示。
LED的不同模式对应模块的不同工作状态：
·LED灭，MC35关闭或进入睡眠模式；
·6OOm s 亮6OOms灭，没有插入SIM卡或者网络在进行中搜寻，或者进行中的用户验证，或者网络在进行登录；
·75ms亮3s灭，表明MC35已登录进网络，处于待机状态；
·LED亮，取决于呼叫的类型：声音呼叫：连接间接关系人；数据呼叫：连接的参数的间接关系人或者交换，当安装或者切断一个电话时。
当SYNC为高时LED亮，为低时LED灭。
五、公交自动化系统车站部分软件设计
1．软件总体设计。
管理者将待显示的信息输入主控计算机中，由计算机中的控制软件把输入的信息转换成相应的数据，经微机串行接口发送到RS-232C数据总线上。通信转换电路将RS-232标准的数据转换成RS-485标准，以便进行远距离传输。主控部分的通信接口接收到RS-485标准的信号后，将其转换成CMOS电平信号存储在缓冲区内。主控CPU识别控制命令及显示数据并执行相应的操作。副CPU则从显示缓冲区取出显示数据发送给显示单元。显示单元接收到本单元的數据后，按照规定的频率在本区域内独立进行扫描显示。副CPU分别定时从双端口存储器和温度控制器中读出时间值、温度值，经查询字库后转换成显示数据送到显示单元。
2．主CPU工作流程。
主CPU软件流程如图3所示。主CPU上电后首先确认是冷启动还是热启动，如果是冷启动，则在初始化过程中将各种标志位及内存清零，设定各种可编程控制寄存器；如果是热启动，则意味着是主CPU在受干扰处于非正常工作状态后由看门狗电路复位而重新启动的，在这种情况下则不能将内存全部清零，而应尽可能的恢复以前的工作状态。
主CPU的程序在系统正常工作后首先查询是否有存储的显示内容，如果有，则先将这些显示数据调到双口RAM的显存中，供显示屏显示。其次还要查询是否收到计算机发来的命令，当收到命令后，对命令进行解释译码并执行相应功能，如初始化接收缓冲区、设置时钟芯片等。
主冲，引起主CPU的一次中断。主CPU响应外中断INT1CPU负责整个系统时间的发布，每当时钟芯片DS12887完成一次时间更新，都会产生一个脉后，就会读取当前的全部时间信息，送至时间存储区中供系统其它各部分使用。
六、总结
随着无线通信网络和各种车载电子设备的迅速发展，车载信息终端需要更高的处理能力，更快的数据传输速度，更丰富的接口和其它系统资源，传统的单片机系列为核心的车载GSM终端已难于满足要求。本文是在ARM处理器PAX250和嵌入式操作系统WIN CE的开发平台上，通过采用32位ARM处理器不仅极大提升了系统的处理能力，而且获得了丰富的硬件资源，从而能够引入嵌入式操作系统完成复杂的系统功能。在此基础上结合西门子MC35的GPRS模块，为实现软件空中升级，图像传输等需要进行大量数据传输的功能奠定了基础，不仅提高了无线数据的传输能力，同时还节省了通信费用。
参考文献：
［1］曹冲.我国GPS 车辆应用系统的产业化前景分析和市场展望.全球定位系统，2001（4）：182～186.
［2］李星蓉，等.GPS 车辆定位监控系统的应用.电力系统通信，2003（6）：86～91.
［3］张其善，吴进培，杨东凯.智能车辆定位导航系统及应用.北京科学出版社，2002.
［4］李经达.基于锁存方式LED显示屏的软件设计.计算机应用研究，1995，4.43～51.
（作者单位：浙江理工大学机械与控制学院）
[关键词]GPS GSM/GPRS 公交定位 ARM处理器
一、引言
近几年来，随着城市中车辆的增多，以及由此产生的交通堵塞、环境污染等问题日趋严重，各国都相继出台了相关政策法规要控制私家车数量，大力发展城市的公交系统，这使得公交车辆定位导航系统越来越成为人们关注的焦点。本问将围绕这一焦点问题，在对GPS公交车辆定位技术和GSM移动通信技术进行充分研究的基础上，设计与实现了一个基于GSM的GPS的公交车辆定位导航系统.
二、公交导航系统的总体设计目标
针对国内外车载系统的多种实施方案，本文采用基于GPRS的车载GPS系统作为公交监控系统中的车载部分。在GPS芯片的选择上看，就当今的技术水来看，最成功的GPS接收器采用两个芯片。尽管采用单芯片（单片电路）的产品也存在，但其性能却无法与目前采用双芯片的产品媲美。GPS部分采用Atmel的GPS芯片，ATR0601（LNA，低躁声放大器） ATR0610（射频部分） ATR6021（基频部分）。GPRS芯片采用西门子工业级GPRS芯片MC35。车载系统中用于处理信号的CPU采用嵌入式处理器Intel XScale PXA250。该嵌入式处理器采用ARM7内核，集成LCD控制器、l2C总线接口单元、UART口以及多媒体通信单元等接口，使车载系统能集GPS定位、GPRS信息传输、自动报站等功能于一体。在选用SoC（system on chip，片上系统）的选用上，本系统采用Windows CE，对于应用程序开发者来说，Windows CE提供了Windows程序员熟悉的各种开发环境，如Microsoft Win32 API、ActiveX控件、COM接口、ATL和MFC。它们不仅有助于提高开发者的开发效率，而且有利与从其他Windows平台上移植各种成功的应用程序。一个嵌入式系统是否稳定，电源的稳定起着重要的作用。车载电源是36V蓄电池，嵌入式芯片以及GPS、GPRS芯片需要5V、3.3V电压，所以需要一个具有较强抗干扰能力的DC-DC降压电源，考虑到车载环境有较强的电磁干扰，所以在嵌入式系统电路设计中要做好抗干扰设计，最后在LED显示设计单元中，采用AT89C51控制芯片，以点阵汉字显示方式将信息显示出来。
三、公交导航系统总体结构设计
车载导航系统是结合卫星全球定位系统GPS对车辆进行实时监管、调度、控制的应用技术系统。主要完成的功能是实时接收GPS定位信息，并结合GSM技术，完成车辆信息管理、调度，提高车辆的使用效率和管理效率，并可实现报警等辅助功能。本系统由车载终端；通讯网络；监控端三部分构成。如图1所示。
GSM MODEM的作用是把车载信息转换成计算机、笔记本能够识别的串口数据，从而实现系统的远程监控，方便系统的管理。图2所示为GSM MODEM的电路框图，包括电源供电电路、IGT启动电路、数据通信电路、SIM卡电路和指示灯电路，下面分别介绍这几部分的电路构成和原理。
5．指示灯部分。
用SYNC引脚控制LED可以显示出模块的工作状态。用AT指令可以设置SYNC的工作模式。具体连接电路如图3-4所示。
LED的不同模式对应模块的不同工作状态：
·LED灭，MC35关闭或进入睡眠模式；
·6OOm s 亮6OOms灭，没有插入SIM卡或者网络在进行中搜寻，或者进行中的用户验证，或者网络在进行登录；
·75ms亮3s灭，表明MC35已登录进网络，处于待机状态；
·LED亮，取决于呼叫的类型：声音呼叫：连接间接关系人；数据呼叫：连接的参数的间接关系人或者交换，当安装或者切断一个电话时。
当SYNC为高时LED亮，为低时LED灭。
五、公交自动化系统车站部分软件设计
1．软件总体设计。
管理者将待显示的信息输入主控计算机中，由计算机中的控制软件把输入的信息转换成相应的数据，经微机串行接口发送到RS-232C数据总线上。通信转换电路将RS-232标准的数据转换成RS-485标准，以便进行远距离传输。主控部分的通信接口接收到RS-485标准的信号后，将其转换成CMOS电平信号存储在缓冲区内。主控CPU识别控制命令及显示数据并执行相应的操作。副CPU则从显示缓冲区取出显示数据发送给显示单元。显示单元接收到本单元的數据后，按照规定的频率在本区域内独立进行扫描显示。副CPU分别定时从双端口存储器和温度控制器中读出时间值、温度值，经查询字库后转换成显示数据送到显示单元。
2．主CPU工作流程。
主CPU软件流程如图3所示。主CPU上电后首先确认是冷启动还是热启动，如果是冷启动，则在初始化过程中将各种标志位及内存清零，设定各种可编程控制寄存器；如果是热启动，则意味着是主CPU在受干扰处于非正常工作状态后由看门狗电路复位而重新启动的，在这种情况下则不能将内存全部清零，而应尽可能的恢复以前的工作状态。
主CPU的程序在系统正常工作后首先查询是否有存储的显示内容，如果有，则先将这些显示数据调到双口RAM的显存中，供显示屏显示。其次还要查询是否收到计算机发来的命令，当收到命令后，对命令进行解释译码并执行相应功能，如初始化接收缓冲区、设置时钟芯片等。
主冲，引起主CPU的一次中断。主CPU响应外中断INT1CPU负责整个系统时间的发布，每当时钟芯片DS12887完成一次时间更新，都会产生一个脉后，就会读取当前的全部时间信息，送至时间存储区中供系统其它各部分使用。
六、总结
随着无线通信网络和各种车载电子设备的迅速发展，车载信息终端需要更高的处理能力，更快的数据传输速度，更丰富的接口和其它系统资源，传统的单片机系列为核心的车载GSM终端已难于满足要求。本文是在ARM处理器PAX250和嵌入式操作系统WIN CE的开发平台上，通过采用32位ARM处理器不仅极大提升了系统的处理能力，而且获得了丰富的硬件资源，从而能够引入嵌入式操作系统完成复杂的系统功能。在此基础上结合西门子MC35的GPRS模块，为实现软件空中升级，图像传输等需要进行大量数据传输的功能奠定了基础，不仅提高了无线数据的传输能力，同时还节省了通信费用。
参考文献：
［1］曹冲.我国GPS 车辆应用系统的产业化前景分析和市场展望.全球定位系统，2001（4）：182～186.
［2］李星蓉，等.GPS 车辆定位监控系统的应用.电力系统通信，2003（6）：86～91.
［3］张其善，吴进培，杨东凯.智能车辆定位导航系统及应用.北京科学出版社，2002.
［4］李经达.基于锁存方式LED显示屏的软件设计.计算机应用研究，1995，4.43～51.
（作者单位：浙江理工大学机械与控制学院）