GPS车载定位监控系统设计与实现解读

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1、摘摘 要要GPS 车辆监控系统是一种集全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和现代通信技术为一体的高科技系统。该系统为减少道路拥挤和车辆意外交通事故的发生提出了一系列解决方案，逐渐成为现代交通工程的一个发展方向。论文首先对智能交通系统(ITS)的基本理论进行了研究，并且对其在国内外的应用和现状进行了分析。其次，对智能交通系统中重要组成部分 GPS 车载定位监控系统的系统原理和系统结构功能进行了深入的分析，并且对监控定位系统中车载单元的定位技术、无线传输方法和监控中心基于 GIS 的监控软件系统进行了详细的分析和探讨。最后针对当前物流车辆普遍存在的缺少有效管理手段等问题，提出了一套基

2、于 GPS 的车载定位监控系统的解决方案。此方案采用GPRS 系统来进行定位数据和控制信息的传送，通过监控系统，用户可以及时了解到车辆的位置和运行状态；车辆在遇到紧急情况或意外时能够报警，及时向监控中心发送求助信号。本车辆定位监控系统在物流、出租车和私家车等的监控管理方面有一定的实用价值，并且为加强车辆的管理、防盗、防抢提出了一种解决方法。系统的方案经过测试并投入实际运营，达到了预期的设计效果。关键词：GPS，定位，硬件设计，软件设计I目 录摘摘 要要.I I1 1 绪论绪论.1 111 研究背景、目的和意义 .11.2 车载 GPS 定位管理系统市场前景 .21.3 车辆 GPS 定位管理系

3、统基本组成 .41.4 车载 GPS 定位管理系统发展 .52 2 车载系统设计方案车载系统设计方案 .9 92.1 车载系统总体构架.92.2 系统实现原理.93 3 硬件设计概要硬件设计概要.12123.1 主芯片系统 .123.2 存储系统 .123.3 电源系统 .134 4 软件设计概要软件设计概要.15154.1 系统启动过程流程图 .154.2 GPS 定位数据接收与提取 .164.3 GPRS 通讯模块实现.194.4 车载终端主程序设计 .225 5 设计总结设计总结.2323II参考文献参考文献.2424致谢致谢.242411 1 绪绪 论论随着人民生活水平的提高，汽车逐渐

4、进入了千家万户，私家车每年都以惊人的速度增长着。相应地，盗窃汽车的案件也增加了。车载 GPS 及安全防盗系统就是一套实现车辆准确定位、位置监控、信息服务和失窃处理等服务为一体的车辆防盗系统，系统的使用将大大增强汽车的安全能力。一般来说，车载GPS 及安全防盗系统可分为车载定位系统终端和车主手持手机终端两部分。车载定位系统包括接收 GPS 定位信息并将其显示出来，发送定位信息至手机终端。手机终端则接收定位信息并向汽车发送控制信息。该系统有两个主要功能：（1）智能导航服务：当正常行驶时，车主可以使用 GPS 接收定位信号，并通过 LCD 显示出来，驾驶员就可以轻松驾车。（2）安防服务：当汽车被盗后

5、，GPRS 模块及 GPS 模块电池自供电。GPRS模块向远程接收设备发送汽车位置，车主确认失窃车的位置，远程控制汽车熄火，然后报警。GPS 导航定位具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等显著特点，因而在海、陆、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程测量的精密定位、时间传递和运动体的速度测量方面都获得了大量的应用。GPS 的应用已日益普及。有人预言 GPS 将改变人们的生活方式，今后所有的运载器、移动体都将依赖 GPS。GPS 的应用已经形成了一个产业。据美国 GPS 产业协会报告，仅车载 GPS 系统而言，1994 年销售量为 1.8 亿美元，1995 年达 3.1亿美

6、元，预计 2000 年将达 30 亿美元。又据美国商务部估计，2000 年全球 GPS用户机的年销售额达 80 亿美元。 为了适应 GPS 技术的应用与发展，我国于 1995 年成立了“中国全球定位系统技术应用协会” 。11 研究背景、目的和意义科学技术的迅猛发展，汽车已经走入了千家万户，成为人们日常生活中不可缺少的交通工具，各种车辆的数量急剧增加，城市交通和城市车辆管理之间的矛盾日益突出。如交通拥堵问题日益严重，道路车辆拥挤，车辆被盗，交通事故频发，交通环境不断恶化。由于交通系统是一个复杂的大系统，单单从扩2建道路以提高路网通行能力，或者从提高车辆性能等方面考虑，都很难从根本上解决问题。此外

7、，能源和环境问题的严重性也日益为人们所认识。在这种背景下，从系统的观点出发，把车辆和道路综合起来考虑，运用各种高新技术系统地解决交通问题的思想也就应运而生，这样就提出了建立智能交通系统(Intelligent Transport System)，简称 ITS1。智能交通系统是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输体系，从而建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。该系统主要包括交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、车辆运行系统、电子收费系统、应急管理系统、车辆监控和安全系统等，它是高科

8、技和先进通信手段在运输系统中的整合应用1。我国政府已将“智能交通系统”列入国家“十五”计划，使它成为交通领域的重大科技攻关项目，也是国家信息产业“十一五规划重大项目之一。本文所研究的车辆定位监控系统就是 ITS 系统的一个重要分支，几乎所有的车辆监控系统都依赖 GPS 和 GIS 电子地图技术。GIS 条件下的电子地图数据库为车辆监控系统提供了存放和管理监控信息的一个可视化载体。GPS 定位技术使车辆监控中的实时跟踪成为可能。通信技术则在 GIS 和 GPS 之间架起了一座数据通信的桥梁，使得远程监控成为可能。通过准确的定位，配合通信技术以及电子地图，车辆监控系统可以进行实时监控，及时了解情况

9、，应对突发事件。随着交通运输日益发展，如何利用现代科技提高车辆尤其是运营车辆的使用效率、降低耗损，建立集监控、指挥、科学管理、协调运营、安全防范为一体的指挥监控体系，并加强对不可预见之危险的安全防范能力，就成为迫切需要解决的问题，GPS 车辆监控系统的研究与开发便具有深远的意义了。1.2 车载GPS定位管理系统市场前景由于社会飞速发展，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用交通工具。据统计，仅几个发达国家，汽车的保有量已达数亿量之多。而我国的民用汽车保3有量也在迅速增长，目前已达几千万两。车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应用的最大潜在市场之一。据估计，到 21 世纪初，全世界用于车辆定位导航的总

10、投资将超过 30 亿美元，占当年 GPS 应用总投资的 13。车辆定位是城市智能交通管理的重要内容之一。早期的城市汽车定位系统采用无线电定位方式。在城市各地设置许多小型无线电台，利用汽车的接收机接收各电台发出的无线电信号，以交叉定位方式进行定位。这种定位方式一是精度差、二是费用昂贵。GPS 车辆定位管理系统利用车载 GPS 接收机，可以精确地实行自主定位，在用无线通信方式将定位信息发往监控中心（指挥调度中心） ，监控中心采用电子地图就可以准确地对车辆进行跟踪和调度管理。 首先是对特种专用车辆的定位跟踪。例如运钞车、救护车、救火车、公安巡逻车、迎宾车等。在我国这类车辆约有几十万辆。对这些车辆往往

11、要求实现全程监控、调度和指挥。根据城市急救中心报告，在其急救车上装备GPS 卫星定位调度系统之后，从接到急救电话至救护车赶到病人所在地所花费的时间平均可缩短 2 分钟，这主要是由于医院从调度中心的 GPS 系统上可很快找到离病人最近的可救护车以及可以指挥救护车以最快的速度找到病人。可以想象，对那些被紧急抢救的病人来讲，这 2 分钟是多么宝贵啊！ 对城市大量的出租车来讲，装上 GPS 定位管理系统，不仅可以大大增强防盗防劫的能力，而且十分有利于出租车运营管理。据城市出租车管理公司报告，由于给其下属的所有出租车装上 GPS 定位管理系统后，可以对出租汽车实行“电召” ，即在用户打电话给出租汽车公司

12、告诉需要用车的准确位置后，由公司调度中心，指挥离该用户所在地最近的空车去“应召” 。在采用这种管理办法之后，平均每个出租车司机的营业额增加了 1015。更加重要的是，由此可以减少大量出租车为了找用户而无目的的空驶。这对减轻城市的车流量和减少汽车废气对城市的污染更有十分重要的意义。据了解，上海、深圳、郑州、西安等许多城市的部分出租汽车上已安装了此种 GPS 报警管理系统，取得了良好的效果。 对城市的公交公司来说，装备 GPS 定位管理系统将可大大提高其运营管理的智能化水平。目前存在的问题是：仅靠人工手段对每一路车的所有车辆的运营情况，包括何时发车（出场） 、何时经过某个车站、何时到达终点站、何时

13、返4回（回场） 、每个车的实际每趟运行里程等等进行详细的、准确的登记和统计是非常困难的。但是如果在每辆车上装上 GPS 定位管理系统后，这就可以轻松地做到。有了 GPS 系统后，就可以为电子站牌的建设创造一个良好的条件。目前，杭州、宁波、大连、三明等一些城市，已经在公交系统安装 GPS 系统和电子站牌，预期这种趋势将得到迅速发展。 GPS 系统不仅对城市交通意义十分重大，对长途车来讲也有很大的意义。公安部门多次报到，在长途客运车上转载 GPS 系统后，迅速抓获抢劫车上乘客的歹徒的消息。对长途货运车业主来讲，有了该系统可以随时掌握物流的情况，随时调动货运车辆，还可随时与司机通话。很明显，这对加速

14、货物运转，缩短空驶路程十分有效。 综上所述，很显然，车载卫星定位管理系统具有十分良好的应用前景。 1.3 车辆GPS定位管理系统基本组成 车辆 GPS 定位管理系统一般由多个车载台和 1 个监控中心（可包括几个监控分中心）两大部分组成，其系统工作原理如图一所示。 车载台部分中 GPS 接收机的功能是实行自主定位，如果系统有差分功能的话，它亦进行差分修正；控制器的功能是进行数据处理（压缩或纠错处理）和加入要送给监控中心的传感器信息；经过适当的通信接口（包括调置解调器）后，经通信电台（或通信模块）发往监控中心。它同时接收由监控中心发出的各种指令和差分修正信息。某些系统的电台除了传送数据外，还能通话

15、（数据兼容） 。 监控中心各部分的功能如下： 由通信电台接受各种移动台发出的全部数据（或话音） ，这些数据包括 gps定位数据和传感器传来的各种信息，这些数据经适当的通信接口（包括调制解调器）后，送至中央处理机。同样通信电台亦发送由中央处理机送出的命令和差分修正信号（由差分基准站产生） 。 地理信息系统的电子地图将准确地显示所希望的所有车辆的实时位置，地图本身可以任意放大、缩小、还原、切换、可开多个窗口已分别跟踪不同的车辆。 差分基准站用以生产差分修正信息，送往中央处理机。 5中央处理机将管理数据库，并将各种调度、指令信息、差分修正信息通过控制器及通信电台发往各车台。同时将收到的各车台发来的信

16、息送往电子地图或数据库贮存。 分监控中心是用户为了实行分级管理而建立的，它同样可以根据总监控中心的授权对不同类型的车辆实行行管理和数据处理。 由此可见，GPS 卫星定位管理系统是集 GPS 卫星定位技术、移动通信通信技术、GIS 地理信息技术、计算机网络与数据处理技术等多方面现代技术于一体的高技术系统，开发与研制这样的系统需要多方面的知识和技能。 1.4 车载GPS定位管理系统发展 车载 GPS 定位管理系统的应用正在我国迅速发展。前些年，由于某些厂商提供的产品技术不成熟，在系统投入应用后，发现存在较大的问题。甚至个别系统不得不关闭，使用户受到很大的损失。这类事件屡有发生，使我国 GPS 车载

17、定管理系统的发展受到一些影响。目前，这个市场正在再一次“启动” ，愈来愈多的用户认识了它的价值和意义，产品也日趋成熟。可以期望，这个产业将会迅速发展壮大。 去年 5 月在北京举行的“2000 中国北京高新产业国际展览会”上，专辟一个展览馆叫作“中国国际地球空间信息产业技术暨设备展览会” 。据不完全统计，其中来自 GPS 和 GIS 技术和设备的参展商接近 40 家，占该展览馆总参展商数的70，其中来自国外（或其国内代理）和台湾的厂商占了大部分。由此可见市场发展的希望。 GPS 车载卫星定位管理系统将会在下面几个方面得到进一步发展。 (1).在 gpsoem 板方面 主要的发展方向将是提高精度，

18、进一步缩小体积，降低功耗以及降低价格。为了减小由于某个国家独霸卫星定位系统所带来的负面影响，GPS、glonass 兼容 oem 板将会得到更多的用户。 2000 年 5 月 1 日，美国宣布将 sa 置零，使 GPS 自主定位的精度有了相当大的提高（由 100m 到 25m 左右） 。但差分和逆向差分仍为许多用户所欢迎，因为它增加的费用不多，精度可以明显提高。 在进一步缩小体积方面，展览会上展出的与天线集成在一起的 12 通道 oem6板，尺寸只有 574921mm（oem 板本身还要小得多） ，其耗电仅 0.5w。 最新出产的美国 ashtech 公司 2g 型接收机 gg24，为 24

19、通道接收机，（12ch gps+12chglonass） ，其单点定位精度别达到 7m（50%）和 16m（95%） ，其差分实时定位精度可达 35cm（50%）和 75 cm（95%） ，授时精度可达 70ns，耗功 2.6w，重量仅 227g，尺寸为 22517258（mm） 。 台湾飞鹰航太公司生产的 2g 型 16 通道接收机 tfag50 型，单点定位精度达7m（50%）和 27m（95%） ，授时精度为 0.1s，尺寸仅 705012（mm）重量50g，功耗 1w。 (2) 在数据传输方面 主要是采用合理的通信方式，一方面尽量提高频谱利用率，减少对十分紧张的频率资源的占用；另一方面

20、又要为用户着想，节省用户的开支（包括初装费和运行费） 。 常规无线电台通信方式目前仍是一种有用，不可替代的通信方式，要提高传输速率和缩短车辆轮巡时间。据美国 mds 公司（microwavedata system inc.）报道，它们研制生产的 mds 电台，采用 dsp（数字信息处理） 、前向纠错编码、软件无线电、数字调制、相干解调等一系列技术、在 25khz 道间隔内，可实现空中数据传输速率高达 19.2kbps，误码率 106。采用“动态编组”方式无疑也是一种好的选择，可以大大节省频率资源，也为用户节省费用。扩大覆盖范围也将是一个主要的课题，特别是要研究用尽量少的频点来实现中继的方式。

21、对 GSM 通信方式，主要是要研究如何让短消息服务更好用到 GPS 定位管理系统中，一方面是尽量缩短延时，另一方面是用 1 条短消息法发出尽可能多的GPS 定位和管理信息。目前，一条短消息最长可发 140160 个 ASC码（或6070 个汉字编码） ，如何充分利用？这不仅可减小对移动通信网的负荷，更重要的是可降低系统的运行费用。另外，开通 GSM 短消息广播服务功能，将可以为 GPS 定位管理系统更好服务，有的厂家将高速寻呼（flex）系统与 GPM 系统相结合，使系统具有广播服务功能，这也是一种很好的尝试。 (3) 在系统功能方面在这方面主要是设法增加系统服务功能，更加方便用户。 7GPS

22、 定位管理系统在我国最初是从防盗报警这方面的要求提出的。现在，防盗、报警无疑仍是其主要的功能之一，现在的产品在防盗、报警方面已增加了许多新的内容，如防拖吊报警（汽车被拖走或吊起报警） ，密码识别报警，非法开车门报警等。 车在系统隐避安装，对加强系统的防盗、反劫有重要意义，目前有些公司生产的产品可以做到完全隐秘（主要指采用 GSM 的双系统，常规无线电台的天线难于完全隐藏）台湾公司已推出贴在汽车车窗玻璃上的薄膜型 GPS 天线，据称其性能和其它普通小型 GPS 天线相当，这更加有利于整个系统的隐秘安全。 为了防止汽车供电被切断后 GPS 系统无法工作，有些产品已加装上了备用电源，可供系统工作 1

23、2 小时。当主电源被切断后，系统自动接入备用电源并报警。 在安全求助方面，许多系统除了设置紧急求助的报警按钮以外，还设置了随身无线求援遥控器，司乘人员不仅可在车内告警，在离开汽车一定距离时也可告警求助。一些高档车辆还设置了重大碰撞自动通报系统和安全气囊启动自动报警器等等。这对进一步保障司乘人员的安全和及时抢救十分有意义。 在方便用户方面，有的设置了“免持听筒大哥大” ，可以具有红外线拨号、方向盘简易拨号和声控拨号多种方式，提供自动来电接听和耳机功能，使开车时使用更加方便。有的系统增加了大型 LCD 液晶显示器，便于司乘人员可以阅读传过来的各种短消息。 由于移动通信业务的迅速发展，用户可通过安装

24、的双 G 系统上网，或为乘客提供移动通信服务。 总之，GPS 定位管理系统已不局限于定位、报警两项功能，新的系统为用户提供了许多附加的服务功能。因此，它简直就是一个简易的行动办公室的重要组合部分。 (4) 在加强服务方面过去，GPS 定位管理系统往往仅为部门或单位加强管理而设立。由于它的功能迅速增加以及愈来愈提倡服务社会化，成立专门的GPS 定位管理服务公司愈来愈成为时代的要求。 此类服务公司本身不研究生产各种硬件，他们主要从事为用户进行系统设8计、产品选择、安装调试以及运营服务等项工作，特别在采用 GSM 公用移动通信网作为通信设备以后，这种服务的可能性更加增大。 这种服务公司可能有几大优势

25、： 1）由于自己不研制生产产品，主要进行服务，就可以更好为用户设想，选择最适合用户需要的设备。许多用户由于各种原因不可能对现有的许多产品进行比较，往往偏听偏信某公司的某些夸大事实的宣传，造成产品选择失误，导之整个系统的失败。服务公司可以较好地防止这一点。 2）由于产品的高技术性能、许多部门或单位自己没有能力来运行和维护这个系统，往往发生系统安装初期正常，过一段时间便不正常了（设备或自身操作使用的原因）的问题，有了专业的服务公司的专业人员之后，这种状况可以较好得到克服。 3）有些小单位或私家用车，本身有能力购买车台设备，但不可能建一套监控中心，没有技术或能力来进行日常的监督运行等，有了服务公司，

26、就大大方便了这些用户。 4）用户由于不需要自建监控中心或监控分中心，可以节省很大一笔初装费用。 5）服务公司由于它具有较大的规模与能力，便于和一些服务部门（如公安、汽修等）建立固定的密切的业务关系，可以更好为私家车主或单位提供这方面的配套服务。 可以预见，随着这种服务公司的建立，GPS 车辆定位管理系统会得到更好的发展。92 2 车载系统设计方案车载系统设计方案2.12.1 车载系统总体构架车载系统总体构架在逻辑上，车载 GPS 及安全防盗系统由两部分组成，即 GPS/GPRS 车载智能终端和远程手机控制终端。两部分通过 GPRS 形成通信网络，其总体构架如图2-1。2-1 系统总体构架图2.

27、22.2 系统实现原理系统实现原理GPS/GPRS 车载智能终端上传：首先，车载终端接收 GPS 数据包并对其进行解析，通过 GIS 应用程序将车辆位置状态在地图上显出来进行分类存储，以实现盗窃取证功能。然后 GPS/GPRS 车载智能终端将各种数据打包，然后通过GPRS 通讯网络上传给远程手机控制终端。远程手机控制终端收到数据包后，首先保存车载终端的信息号码，以实现与车载终端建立起双向通信。接着手机控制终端对接收到的数据包进行解析，并将内容显示出来，等待车主发送控制信息。手机控制终端控制信息下发：另外，手机控制终端可以根据车辆当前的位10置和状态向 GPS/GPRS 智能终发送控制信息。首先

28、手机控制终端将控制信息打包后通过与 GPS/GPRS 车载智能终端建立的双向通信通道下发到 GPS/GPRS 车载智能终端。GPS/GPRS 智能终端在收到控制信息后，根据内容使汽车熄火或报警，以达到防盗的目的。2.3 功能模块描述（1）GPS 定位处理该模块完成 GPS 定位数据的接收，分析，存储功能。从串口读取 GPS 模块输出的 NMEA0183 格式的数据，并对数据进行解码，提取当前位置的经度、纬度、高度、速度、时间、定位精度等数据。（2）GPRS 通信模块该模块完成 GPRS 无线通信。负责设置 GPRS 的拨号参数、GPRS Modem 拨号处理、连接状态判断、断线重拨；负责与 G

29、PRS 通信服务器的连接，并实现发送和接收数据的控制，编码解码等功能。（3）GPIO 功能模块 完成 GPIO 的输入输出功能，以实现车辆各种状态信号的采集（检测汽车是否被盗）和各种控制信号的输出（正常行驶、汽车熄火、报警等） 。（4）用户交互模块用户交互模块完成应用程序画面显示，为用户提供友好的界面；同时获取用户的输入，为应用程序提供运行数据。本模块包含一个 LCD 显示屏，6 个开关和 6 个 LED 指示灯。LCD 显示屏主要用来显示 GPS 导航地图；开关包含睡眠唤醒开关、12V 直流电源开关、5V 电池开关、复位开关、系统工作模式（全模式、导航模式、通信模式、安全模式）选择开关（2

30、个） ；LED 指示灯包含 5V、3.3V、1.8V 电压指示灯，GPS 状态指示灯、GPRS 状态指示灯、GPRS 网络状态指示灯。系统工作模式介绍：全模式：导航模块与通信模块开启，车主可以边开车边与外部进行通信；导航模式：导航模块开启；通信模式：通信模块开启；安全模式：当车主离开汽车时，可手动设置该模式，汽车安全防盗系统启11动。 （5）支持低功耗模式，共有四种功耗模式（NORMAL，SLOW，IDLE，SLEEP）可供切换。2.4 性能及技术指标（1）供电电源：直流供电电压：12V，允许范围：8V40V，电流允许范围：0.2A1A；电池供电电压：5V，允许范围：4.5V5.8V；（2）环

31、境：工作环境：-3070 度（3）GPS 定位精度：2.5 m CEPGPS 捕获灵敏度：-142 dBm；追踪灵敏度-158 dBm（4）支持三频 GSM/GPRS 900/1800/1900 MH（5）支持 8.0Inch 显示屏，分辨率为 640480 像素。123 3 硬件设计概要硬件设计概要3.1 主芯片系统 GPS/GPRS 车载智能终端的处理器采用东南大学国家 ASIC 工程中心研发的东芯 SEP4020 芯片，它是一款高性价比、低功耗、体积小、高性能、高集成度的微处理器，使用 0.18um 标准 CMOS 的工艺设计，内嵌 ASIX CORE（32 位RISC 内核，兼容 AR

32、M720T，最高主频 88MHz，带 8KB 指令数据 Cache 和全功能MMU） ，采用冯诺依曼结构，SEP4020 芯片中集成各种功能包括： 8/16 位 SRAM/NOR FALSH 接口，16 位 SDRAM 接口； 硬件 NAND FLASH 控制器，支持 NAND FLASH 自启动，支持软件/硬件 ECC 校验； 10M/100M 自适应以太网 MAC，支持 RMII 接口； 64K Byte 高速片上 SRAM； USB1.1 Device，全速 12Mbps； 支持 I2S 音频接口； 支持 MMC/SD 卡； LCD 控制器，支持 640*480*16 位 TFT 彩屏和

33、 STN 黑白、灰度屏； RTC，支持日历功能/WatchDog，支持后备电源； 10 通道 TIMER，支持捕获、外部时钟驱动和 MATCH OUT； 4 通道 PWM，支持高速 GPIO； 4 通道 UART，均支持红外； 2 通道 SSI，支持 SPI 和 Microwire 协议； 2 通道 SmartCard 接口，兼容 ISO7816 协议；13 支持最多 97 个 GPIO，14 个外部中断； 支持链表 DMA 传输和外部 DMA 传输； 片上 DPLL，支持多种功耗模式：IDLE、SLOW、NORMAL、SLEEP3.2 存储系统(1)SDRAM由于读取 Flash 的 SDR

34、AM 较 SDRAM 的速度慢，为了提升程序的运行速度，一般先将 FLASH 中程序和数据拷贝到 SDRAM 中再运行。故系统中还要准备容量足够大的 SDRAM 芯片。根据本系统的需求，采用了一片三星公司 K4S561632H 芯片。K4S561632H 它的外部同步时钟速率可在一定的频率范围内连续变化，最高频率可达到 133MHz，SDRAM 内含四个独立的 Bank；它的基本存储单元都是按照阵列排列的，它的数据位宽和整个存储器的位宽相同，同时支持多种读写模式；所有的输入信号均以时钟的上升沿为基准，这使得地址、控制和数据输入到缓冲器的时间可保持一致且建立和保持的时间很小；该器件使用完全流水线

35、型内部结构；另外，它还具有突发长度可编程、延迟可编程等优点。这些优点使得K4S561632H 能广泛的应用于宽频带、高性能存储器应用系统。同时 SEP4020 CPU 内部为 SDRAM 也提供了两个接口，分别是 CSE 和 CSF，每个 bank 可以接64Mbytes 的存储器。(2)FLASH因为 Nand Flash 比 Nor Flash 便宜，而且 SEP4020 支持 Nand Flash 直接启动系统，因此本系统选用了一片 64MB 的 Nand Flash K9F1208U0M 作为唯一的非易失性存储器，用于存放 Boot Loader、内核、应用程序、可读写的文件系统，并且

36、掉电不会丢失。K9F1208U0M 是 Samsung 生产的一款 Nand flash 芯片，数据存储容量为 64MB，采用块页式存储管理，8 个 I/O 引脚充当数据、地址、命令的复用端口。3.3 电源系统处理器需要正常工作需要 3 组电源，分别是 I/O 电压，内核电压和 PLL 工作电压。各个电压的输入范围如下表所示：14图 3-1 电源网络拓扑结构表 3-1 处理器电源输入范围电压名称额定值最小值最大值VCCIO3.3V3.0V3.8VVCORE1.8V1.6V2.0VVDDPLL1.8V1.6V2.0V在进行电源网络设计时需要综合考虑系统对电源部分的要求，包括功耗、纹波等。对于一般

37、的系统在进行设计时可以采用功能简单的 LDO 实现，在对电源效率要求较高的场合进行电源设计时可以采用 DC-DC 开关式电源控制芯片进行设计。设计时需要留有一定的余量，一般 LDO 或者 DC-DC 所能提供的电源容量应为计算所得最大功耗的 1.21.5 倍。一般常用的 LDO 有 AMS1084-3.3，AMS1117 系列，常用的 DC-DC 有 AIC1550 等。154 4 软件设计概要软件设计概要系统流程如下图所示：图 4-1 系统流程图164.1 系统启动过程流程图操作系统内核运行前需要运行一段程序，用来初始化硬件、建立内存空间映射图，为操作系统的运行准备好正确的环境。这一段程序被

38、称为 Boot Loader。Boot loader 有两种操作模式。一种为直接引导，即直接将预先存储在永久固态介质上的 OS 镜像加载到 RAM 中运行；另一种为分级引导，目标机通过串口、网口或者 USB 等从主机端下载镜像到目标机端点 RAM 中，然后再写到目标机上的 FLASH 类固态存储设备中。本设计使用分级引导方式，优点在于用户可以通过 USB 等设备随时更新开发者发布的新固件系统。启动流程图如下：17图 4-2 软件启动过程流程图4.2 GPS 定位数据接收与提取通常GPS 接收机主要由GPS接收天线、变频器、信号通道、微处理器、存储器以及电源等部分组成。由于GPS 定位信息内容较

39、少,因此多用RS-232 串口将定位信息(NEMA-0183 语句)从GPS 接收机传送到单片机中进行数据接收。GPS 接收机只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的定位数据通过串口传送到车载终端控制器中。本文以MSP430F149 单片机作控制器为例,接收GPS 定位数据,其部分代码如下：18Interrupt UART1RX_VECTOR void UART1RX(void) / /UART1中断函数if(IFG1 & URXIFG1) / 如果收到字符Datai=URXBUF1; for(j=0; ji; j+) Bufferj=Dataj; / / 复制接收数据控制器通过串口从G

40、PS 接收机接收定位数据并将其放置于缓存,在没有进一步处理之前缓存中是一长串字节流,这些信息在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。因此,必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来, 将其转化成有实际意义的, 可供高层决策使用的定位信息数据。在车辆监控系统中,通常通过$GPRMC 帧来提取当前时间、经纬度、车辆速度、行驶方向等,其它像$GPGSA、$GPGSV、$GPGGA、$GPVTG 等数据帧,除了特殊用途外,平时并不需要。因此,在对GPS 定位数据进行接收处理时,控制器一般先通过对帧头的判断而只对$GPRMC 帧进行数据的接收提取处理6。$GPRMC 语句格式为:$GPRMC,

41、, , , , , , , , , , , 其各字段含义如表4-1 所示。表4-1 字段含义3GPRMCCP 为信息来源，RMC 为语句标识符UTC 时间，hhmmss（时分秒）格式定位状态，A-有效定位，V-无效定位纬度 ddmm.mmmm（度分）格式19纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）经度 dddmm.mmmm（度分）格式经度半球 E（东经）或 W（西经）地面速率（000.0999.9 节）地面航向（000.0359.9 度）UTC 日期，ddmmyy(日月年)格式地磁变化（0001018010 度）校验和结束标识符由于帧内各数据段由逗号分割, 因此在处理缓存数据时一般是通过搜寻AS

42、CII 码$ 来判断是否是帧头,在对帧头的类别进行识别后再通过对所经历逗号个数的计数来判断出当前正在处理的是哪一种定位导航参数,并作出相应的处理。下面就是对缓存Data 中的数据进行解帧处理的主要代码:For (i=0;i50;i+)if(Datai= =$) file: / / 帧头,Counter 为逗号计数器Counter=0;if(Datai = = , ) file: / / 逗号计数 Counter+;else switch(Counter) case 1: file: / / 提取出时间Time =Datai; break;case 2: file: / / 判断数据是否可信if

43、(Datai= =A)20GPS =true; break;case 3: file: / / 提取出纬度Latitude =Datai; break;case 5: file: / / 提取出经度Longitude =Datai; break;case 9: file: / / 提取出日期Date =Datai; break;default: break;这样就把所需的定位信息提取出来了, 即时间、经纬度以及日期分别保存在变量Time、Longitude、Latitude及Data 中。4.3 GPRS 通讯模块实现本模块主要是完成 GPRS 通讯，包括 GPRS 拨号，数据传送，接收远程手

44、机控制端发来的控制信息。4.3.1 通讯协议命令的构成形式总体为（“信息头$”“命令字段”+“内容”+“*”+CRC 校验码+“结束符#” ）的方式。（1）设置车主号码命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0A 车主号码*CRC#（2）发送汽车被盗命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0B 汽车被盗*CRC#（3）发送时间命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0C 时间*CRC#（4）发送地理命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0D 地理坐标*CRC#（5）发送车主确认命令21信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0E Y*CRC#（6

45、）设置汽车熄火命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0F XH*CRC#（7）设置警局号码命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0G 警局号码*CRC#（8）设置报警命令信息头命令字段内容分隔符CRC 校验码结束符$0H有车被盗！*CRC#4.3.2 发送与接收 GPRS 数据发送与接收 GPRS 数据是本模块的基本任务，数据的转换和处理都是在GPRS 数据的基础上进行的。GPRS 模块与 GPS/GPRS 车载智能终端通讯时，通过串口每秒钟发送 1 帧数据。GPRS 的每条数据中包含了很多信息，仅仅需要从中挑选出我们需要的部分定位数据，剩下的信息就忽略掉。同样，串口通

46、信部分在此应用程序中是非常重要的内容，因为自始至终，都是在和串口打交道，写 AT 命令，写短信中心号码，读写短信内容等操作，都是向串口 buffer 读写数据，然后由串口发送到 GPRS 模块（或 GPRS 模块发送至串口） 。因为制定了通信协议，所以同样要对 GPRS 数据进行解析，依照协议可以制定出类似 GPS 的数据解析状态机。4.3.3 GPRS 模块工作流程当 GPRS 模块启动后，首先进行模块的初始化（包括设置串口端口号、设置串口波特率、激活 GPRS 模块、设置来电显示、设置文本模式、设置字符集等） ，通过串口向 GPRS 模块设置车主的手机号码，建立通信通道，然后向车主发送一系

47、列的汽你举车信息，等待车主的确认后，解析车主的命令，控制汽车熄火，或向警局报警，具体工作流程如下图：22图 4-9 GPRS 模块工作流程图其中，GPRS 模块初始化流程图如下：图 4-10 GPRS 模块初始化流程图234.4 车载终端主程序设计本车载终端主程序流程主要包括系统初始化、GPS数据接收与提取、收发短消息、执行监控中心指令及警情处理等7,具体流程图如图5 所示。图5 车载终端主程序流程图系统开机后, 进行各模块初始化, 然后是驾驶员身份认证,认证成功后,系统开始正常工作。GPS 模块开始接收、提取定位数据,并将提取的定位信息存储在数据存储器等待编辑成短消息发送出去。GSM 模块依

48、据事先设定、驾驶员操作或监控中心命令将GPS 定位信息发送给监控中心;若收到监控信息发送来的新短消息,则读取其内容后进行相关处理。若出现状态报警、紧急报警等警情, 控制器进行中断动作, 按预先设定进行警情处理, 并将警情及时地编辑成短消息发送出去。245 5 设计总结设计总结该车载终端经长时间试运行, 工作稳定, 可靠性可以达到相当高的水平,但对当地的GSM 网络要求较高,要求其信号覆盖好、工作稳定, 否则会出现时延大的问题。以该终端为底层的GPS 车辆监控系统可广泛应用于交通物流行业, 为城市交通管理、出租车安全防范、公交车业务调度、公共卫生急救调度、社会货运物流配送、大型企业物流、公共信息导航、海关贸易监管等领域, 具有极高的经济和社会效益。25参考文献参考文献1 胡小刚,邓中亮.基于单片机的 GPS 车载终端设计J.微型机与应用,2004,(2):24-26.2 熊志昂,李红瑞,赖顺香等.GPS 技术与工程应用M.北京:国防工业出版社,2005,4. 3 鲍远律,刘振安.卫星定位、交通监控与数字地图M.北京:国防工业出版社,2006.4 于晓刚,王卫东.基于 GSM 的 GPS 车辆定位监控系统移动终端的设计C.第二十届电工理论学术年会论文集,2008. 26致致 谢谢