利用GPS(Global Positioning System)來作定位導航是GPS的最基本應用,隨著我國城市建設規(guī)模的擴大,車輛日益增多,交通運輸?shù)慕?jīng)營管理和合理調(diào)度已成為一個廣泛關注的問題,尤其是全球定位系統(tǒng)(GPS)從軍用轉(zhuǎn)為民用以后,GPS技術應用于移動目標的監(jiān)控有著其他監(jiān)控手段無法比擬的優(yōu)勢,所以采用GPS技術對各種車輛實施監(jiān)控、調(diào)度管理是一個新的研究熱點。
系統(tǒng)的總體結構與工作原理
基于GSM的GPS車輛定位監(jiān)控系統(tǒng),是對車輛管理提出的較理想解決方案。該系統(tǒng)采用GPS技術對移動目標進行實時定位,利用GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)絡進行實時數(shù)據(jù)傳輸,以電子地圖和空間信息系統(tǒng)為支撐平臺,實現(xiàn)定位跟蹤、監(jiān)控報警、反劫防盜、指揮調(diào)度和信息查詢管理。整個系統(tǒng)是由GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng)兩大部分組成,而地面移動通信系統(tǒng)是由指揮監(jiān)控中心、車載移動單元和GSM通信網(wǎng)絡三個部分組成。車載移動單元設備可以為指揮監(jiān)控中心實時提供每一個移動目標的最新定位數(shù)據(jù)、運行狀況和報警信息等,并自動記錄這些信息以便事后查詢分析,是用戶終端。指揮監(jiān)控中心結合GIS（Geographic Information System）電子地圖,實時地顯示出當前監(jiān)控、指揮的車輛的地理位置。GSM通信網(wǎng)絡則進行數(shù)據(jù)、語音、圖像的傳輸。
系統(tǒng)監(jiān)控中心
系統(tǒng)監(jiān)控中心結構如圖1所示,主要包括GSM通信網(wǎng)絡、GIS終端、電子顯示屏、監(jiān)控終端、主控計算機。監(jiān)控中心接收車載移動單元傳送來的車輛GPS定位數(shù)據(jù)信息,并對車輛的報警和調(diào)度信息進行處理,通過GIS地圖匹配就能在電子地圖上實時顯示車輛當前精確位置,從而方便的實現(xiàn)對車輛的調(diào)度、監(jiān)控、指揮等功能;同時也可通過GSM無線通信網(wǎng)絡向指定的車載臺發(fā)送各種控制指令,實現(xiàn)對車輛的遠程控制和信息查詢服務。
圖1 GPS車輛監(jiān)控指揮系統(tǒng)中心結構圖
車載移動單元主要組成部分的設計
車載移動單元是由主控制器CPU、GPS接收機、GSM無線通信模塊、功能控制單元（手柄）和液晶顯示屏組成,其結構原理如圖2所示。
圖2 車載移動單元硬件結構原理圖
車載移動單元通過GPS接收天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的定位信號,經(jīng)過CPU主控器處理,計算出車輛的日期、時間、經(jīng)緯度、速度和行駛方向等定位數(shù)據(jù)。主控制器CPU是核心,處理接收機發(fā)來的定位信息,將定位信息和監(jiān)控中心發(fā)來的控制信息顯示在液晶屏上,并控制GSM模塊進行短信息的收發(fā),手柄控制單元實現(xiàn)遙控監(jiān)聽、請求服務、中文短信息接收及通話等功能。由于GSM無線模塊和GPS模塊都以串口通信方式與MCU相連,因此硬件設計較簡單,在本設計中MCU選擇華邦公司的W77E58,是因為它帶有兩個串行口能同時與GSM模塊、GPS模塊進行通信,并且它的指令完全兼容MCS-51,片內(nèi)有32k flash MTP ROM,可編程的看門狗定時器等,采用它可以省去很多外圍元器件,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)主控制器電路如圖3所示。
GSM無線通信
GPS車輛定位監(jiān)控管理系統(tǒng)的通信方式有兩種：專用無線通信網(wǎng)和公眾GSM網(wǎng)。GPS/GSM車輛定位監(jiān)控管理系統(tǒng)利用GSM短信息業(yè)務實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,短信息業(yè)務在移動臺和移動業(yè)務交換中心之間建立的是信令連接,具有優(yōu)先權,可通率極高,誤碼率極低。這是GSM公眾網(wǎng)帶來的專用網(wǎng)和集群網(wǎng)無法比擬的好處。短消息用于車輛監(jiān)控最大的優(yōu)點在于建立連接簡單,接續(xù)快,服務費用低,這適合定時把定位信息發(fā)送到監(jiān)控中心。
圖3 系統(tǒng)主控制器電路
圖4 WM01-G900/1800外圍電路設計框圖
在實際應用中,我們選用WM02-G900/1800。它的外圍電路設計框圖如圖4所示,其相關的性能指標如表1所示。它與單片機之間采用標準的串行口進行通信,通信的最高波特率可以達到 115 200b/s。GSM模塊與SIM卡之間主要通過SIMCLK和SIMDATA信號線進行數(shù)據(jù)通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達之間的時間間隔盡量短,選用的SIM卡最好是同一個電信運營商提供的。在使用GPRS功能時,還需要選擇支持GPRS的SIM卡,并開通GPRS服務。該模塊還支持驅(qū)動兩路麥克風、兩路揚聲器和一路蜂鳴器。其中一路麥克風和揚聲器可以連到手柄的聽筒上,以實現(xiàn)車載電話功能;另一路可以實現(xiàn)監(jiān)聽和免提功能,但這兩路不能同時工作,如果在通話中需用免提方式,可以通過AT指令：AT+SPEAKER=0或1進行切換。
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