基于GPRS的車輛監控定位系統的實現 _知識百科

0 引言

　隨著社會的發展，汽車數量在不斷增加，汽車在給人們帶來便利和享受的同時也帶來了許多問題。譬如車輛被盜，以及其他意想不到的麻煩（拋錨，迷路，遭遇搶劫等）。無線GPS定位系統的出現可以說在一定程度上解決了這個問題。現在許多的車載GPS設備，比較常見的有基于電臺傳輸方式的和基于SMS傳輸方式的，前者需要購買昂貴的電臺，移動端非常笨重，并且信號比較容易受干擾；而后者一次傳輸的數據量受到限制（140B），而且其通信費用較高。
鑒于這些問題的考慮，本文提出一種基于GPRS的車輛監控定位系統。 GPRS具有覆蓋面廣，通信費用低，“高速”和“永遠在線”等特點。基于GPRS的車輛監控定位系統服務費用低，設備輕便，抗干擾能力強，提供同INTERNET的無縫連接并且免去申請無線資源的麻煩。

1 GPRS簡介

　1.1 GPRS特點

GSM網絡經過多年的發展，其應用已非常成熟， GPRS就是在現有GSM網絡基礎上發展起來的一種新的數據傳輸業務，是GSMPhase2.1規范所要實現的內容之一。 GPRS是在現有的GSM電路上疊加一個基于分組的無線接口,目標是提供115ｋbit/s速率的分組數據業務。用分組交換來補充電路交換網絡是GSM技術的一個重要升級。分組交換的一大優點是可以靈活分配網絡資源。所以GPRS除了具有GSM傳統網絡應用的優點（覆蓋面廣，用戶數量大，網絡穩定）之外，還有許多獨特的優勢：
　（1）    采用分組交換技術，高效傳輸高速或低速數據和信令，優化了對網絡資源和無線資源的利用。
　（2）    網絡接入速度快，提供了與現有數據網的無縫連接。
　（3）    支持基于標準數據通信協議的應用，可以和IP網、X.25網互聯互通。
　（4）    可以實現基于數據流量、業務類型及服務質量等級(QoS)的計費功能。
　（5）    核心網絡層采用IP技術，底層款可使用多種傳輸技術，很方便地實現與高速發展的IP網無縫連接。
　（6）    GPRS可提供高達115kbit/s的傳輸速率（最高值為171.2kbit/s，不包括FEC）。

1.2 GPRS系統構成方法
(1) 在GSM系統中引入3個主要組件
　• GPRS服務支持結點(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
　• GPRS網關支持結點(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
　• 分組控制單元(PCU)
　(2) 對GSM的相關部件進行軟件升級 GPRS系統原理如圖1所示圖。

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圖1 GPRS系統原理圖

【基于GPRS的車輛監控定位系統的實現】

　1.3 我國GPRS標準化工作的進展概況
我國從1996年開始跟蹤研究GPRS的相關標準。于2000年4月，已經完成了"900/1800MHz TDMA數字蜂窩移動通信網GPRS隧道協議(GTP)規范"，由信息產業部電信傳輸所提出了"GPRS業務研究"的前期的預研成果。從1998年開始，我國運營者開始醞釀在國內興建GPRS的試驗網絡工作，標準化的工作就顯得極為迫切了。在2000年內和2001年上半年，已頒布900/1800MHz TDMA蜂窩移動通信網通用分組無線業務相關的一系列標準。

2 基于GPRS的車輛監控定位系統總體設計
　總體設計框圖如圖2 所示

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圖2 基于GPRS的車輛監控定位系統總體設計圖

用戶可簡單的撥打服務中心電話實現對車輛的查詢和控制設置，服務中心根據用戶的要求通過INTERNET實現對車輛的監控和管理。另一種方式，用戶也可以在服務中心授權的情況下在家實現對車輛的監控，所需要的設備只是一臺接入INTERNET的PC機，服務中心將用戶的IP和端口號告知移動端，并且被存入NVM（斷電不丟失）區域，此時服務中心將車輛的監控權完全交給用戶。用戶如果駕車外出，可以以同樣的方式把監控權交回服務中心，以便服務中心能根據監控情況給予幫助（如緊急報警，指路等）。因為GPRS模塊只能跟設定的IP和端口號通信，所以任何情況下只能完全被一方控制。
　數據在整個傳輸過程中經歷了GPRS無線信道和INTERNET有線傳輸兩部分路徑。從服務中心（或用戶PC）下發指令數據通過指定的IP地址和端口號發送到INTERNET，通過GPRS與INTERNET之間的無縫連接將其封裝成GPRS分組數據包傳到GPRS網上，被支持GPRS的移動端收發模塊接收處理，實現數據的下發傳輸。移動端反饋信息時，數據在移動端打成GPRS分組數據包，由GPRS無線模塊發送到GPRS網絡，通過GPRS與INTERNET之間的無縫連接把數據打成TCP/IP數據報進入INTERNET發送到指定的IP和端口，實現數據的上行傳輸。
　

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圖3 移動端
圖3中，GR47從GPRS網絡接受到指令，GPS中獲取定位（GPS時間，經緯度，速度，方向等），根據指令的要求（或主動上發），將數據按一定的格式通過GPRS網絡發送給服務中心。通過GR47上的I/O口實現對車輛的控制。

3基于GPRS的車輛監控定位系統具體實現
　3.1 硬件實現
本系統所需要的硬件為：支持GPRS的無線收發模塊，GPS接收板，系統啟動控制芯片，看門狗，串口電平轉換芯片，連網PC機。
（1）采用的無線模塊為Sony Ericsson 的新一代的移動通信GSM 模塊GR47 。它支持900/1800 MHz 和850/1900 MHz 雙波段，預期使用在機機(machine-to-machine)和人機(man-to-machine)應用中，適合需要發送和接收數據（SMS, CSD, HSCSD, GPRS）的地方，也可以通過GSM 網絡語音呼叫，便于我們以后的擴展應用。模塊有能力來存儲和運行用戶在處理器停機時寫入腳本構成的代碼，通過底層翻譯程序使用（本系統的軟件部分正是基于這種方式實現，后文將詳細介紹）。有相當于44K 可用的兩個腳本存儲空間，和25K 操作RAM 。串行通道使用異步通信，連接應用系統或輔助設備單元到模塊。它們由三個UART 組成：UART 1 完整地全部使用RS232 并且關閉通信線，UART 2 可以使用接口連接到GPS 單元，下載軟件接受記錄信息。 UART 3 可以嵌入應用使用。板上有完整的IP/TCP/UDP 堆棧，擴充工作碼軟件，不需要客戶來實現。本系統中使用的是UDP/IP協議。
（2）系統啟動控制芯片采用MOTOROLA公司的SN54/74LS123 。
結構圖如圖4 所示：

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圖4 SN54/74LS123結構圖
功能表如下：

INPUTS
OUTPUTS
CLEAR
A
B
Q
Q
L
X
X
L
H
X
H
X
L
H
X
X
L
L
H
H
L


H

H

L
H

表1 SN54/74LS123功能表
基于GPRS的車輛監控定位系統主要硬件連接電路圖如圖5所示：

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圖5 基于GPRS的車輛監控定位系統硬件連接圖

模塊電源由接地(拉低)14引腳(RST2)打開/關閉，釋放此腳，內部將上拉到高狀態。系統上電，74LS123將RST2下拉為低電平來啟動GR47 。看門狗監視程序運行情況，一旦程序運行異常，通過74LS123控制GR47和電源芯片重新啟動。 GPS接收板連GR47的UART3口。 UART 3 由全雙工通信制通信組成，包括發送和接收線，是應用系統與模塊數據通信的接口，可用模塊帶有的函數實現數據的接受發送。
3.2 軟件實現
系統的軟件實現包括兩部分：移動端（車載臺）部分和服務中心（用戶）部分。服務中心端軟件用C#.net來實現。利用C#.net提供的函數可以很方便的建立UDP連接和收發數據，我們著重介紹移動端軟件的開發。
移動端部分有兩種實現方式，一種是直接使用AT指令，“AT” 是A Ttention 的縮寫，它是一種面向行的命令語言，此命令行由一串字母數字的字符組成。它發送到調制解調器來指示執行由字符指定的命令。用戶使用AT指令通過串口和收發模塊中的調制解調器交流，控制其動作。另一種是使用C代碼，模塊有能力來存儲和運行用戶在處理器停機時寫入腳本構成的代碼，通過底層翻譯程序使用。 GR47模塊支持C語言，確切的說為標準C的一個子集，支持兩種基本的數據類型：cha