GPS-GSM車載定位終端的設(shè)計(jì)

1 引言

車輛在我國越來越普及，車輛的安全管理問題也因此越來越受到關(guān)注。目前，我國很多部門和系統(tǒng)中的車輛都缺乏有序的管理，甚至呈現(xiàn)比較混亂的局面。比如在郵政系統(tǒng)中，利用郵政車輛私運(yùn)貨物的現(xiàn)象較為普遍地存在。在公交、出租、客運(yùn)等行業(yè)，同樣存在著對(duì)車輛進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理、調(diào)度、監(jiān)控等要求。GPS車載定位系統(tǒng)利用GPS的全球定位能力和現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（GSM或GPRS）的雙向數(shù)據(jù)傳輸能力，從而能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度中心對(duì)車輛的跟蹤定位、管理調(diào)度以及安全監(jiān)控。典型的車載定位系統(tǒng)主要由定位終端和監(jiān)控中心兩部分組成。其中車載終端是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。本文介紹作者參與的GPS車載定位系統(tǒng)中車載定位終端的設(shè)計(jì)。該終端已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用。本終端在設(shè)計(jì)上采用新穎的雙CPU設(shè)計(jì)，有效地解決了終端難以長時(shí)連續(xù)運(yùn)行的問題。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

車載終端的主要功能包括兩個(gè)方面，一是通信功能：能夠利用終端獲取來自監(jiān)控中心的各種信息，這些信息絕大部分是中心對(duì)終斷發(fā)出的指令，而終端也必須能夠迅速地對(duì)中心做出回應(yīng)并給出報(bào)告；二是監(jiān)控：獲取中心的命令后，終端要能夠根據(jù)指令的要求對(duì)車輛的狀況作出檢測(cè)，并在需要時(shí)對(duì)車輛加以控制。對(duì)于通信功能，終端主要通過一個(gè)OEM的工業(yè)手機(jī)模塊來實(shí)現(xiàn)，利用該模塊不僅能夠滿足這一功能需求，配合一個(gè)車載手柄，能夠完全實(shí)現(xiàn)一個(gè)車載手機(jī)的功能，用戶可以利用該手柄任意收發(fā)短訊或撥打、接聽電話，而并不僅僅局限于終端同中心之間的通信。對(duì)于監(jiān)測(cè)功能，中心所需的絕大部分信息來自終端帶有的一個(gè)全球定位系統(tǒng)（GPS）模塊，該模塊能夠提供終端（也即車輛）所在的時(shí)間、所處的地理位置、行駛的速度和方向等信息。另一部分中心所需的信息，部分利用專用傳感器，如油箱內(nèi)油量狀態(tài)和使用情況的探測(cè)，部分則簡單的通過一個(gè)模擬信號(hào)接入端口來實(shí)現(xiàn)，如車門的開閉、發(fā)動(dòng)機(jī)是否啟動(dòng)等。終端對(duì)車輛控制的則利用一組繼電器，通過輸出不同電平進(jìn)行控制，作者設(shè)計(jì)的車載終端還可以與市場(chǎng)上現(xiàn)有的各種車載防盜器相連，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)車輛的監(jiān)測(cè)和控制功能。當(dāng)系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能稍微復(fù)雜時(shí)，終端還會(huì)集成一個(gè)存儲(chǔ)器模塊(一般使用FLASH模塊)，用于實(shí)現(xiàn)固定信息的存儲(chǔ)和行駛軌跡的記錄，并能夠通過一個(gè)RS232接口實(shí)現(xiàn)對(duì)該存儲(chǔ)器的讀寫，此舉也能夠節(jié)省一筆通信費(fèi)用。

以上所提到的GSM模塊、GPS模塊、車載手柄以及防盜報(bào)警器以及FLASH，通過一片高性能的單片機(jī)作為控制器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)它們的全面控制?？刂破魍ㄟ^UART口分別編程控制GSM、GPS和手柄，利用通IO口實(shí)現(xiàn)狀態(tài)輸入和控制輸出，并實(shí)現(xiàn)和防盜報(bào)警器的互聯(lián)，利用AD通道接入傳感器。需要說明的是，多數(shù)單片機(jī)只有一個(gè)或二個(gè)串口，本系統(tǒng)控制三個(gè)模塊需要三個(gè)串口，同時(shí)還須為FLASH擴(kuò)展一個(gè)232接口，因此有必要對(duì)串口進(jìn)行擴(kuò)展，或者通過復(fù)用的方式編程實(shí)現(xiàn)，后者難度稍大一些，本系統(tǒng)采用的后一個(gè)方案。方案中還采用了一個(gè)小型CPU來對(duì)系統(tǒng)控制器進(jìn)行管理，在文中稍后予以詳細(xì)說明。

圖1所示為作者設(shè)計(jì)的車載定位終端硬件設(shè)計(jì)框圖。

3 硬件的選擇

3.1 控制器的選取

MSP430F149是TI公司生產(chǎn)的一種Flash型超低功耗16位單片機(jī)，具有處理能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、可靠性高等特點(diǎn)，能適應(yīng)工業(yè)運(yùn)行環(huán)境，特別適合于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。在控制器的資源方面，MSP430F149帶有兩個(gè)UART口。其中UART0供GPS和手柄進(jìn)行復(fù)用，同時(shí)擴(kuò)展的232接口也用這個(gè)串口，UART1用于GSM模塊；MSP430F149還帶有12位AD通道，方便模擬信號(hào)接口的設(shè)計(jì)。綜上，我們選擇MSP430F149作為系統(tǒng)的主控制器。

3.2 GPS模塊

本車載終端采用的GPS模塊是Holux GR-85，支持NMEA0813 V2.2版本數(shù)據(jù)協(xié)議即輸出數(shù)據(jù)為ASCII碼。具體含義可參考其應(yīng)用手冊(cè)。數(shù)據(jù)輸出格式采用推薦定位語句：RMC語句。該定位語句數(shù)據(jù)包涵時(shí)間、經(jīng)緯度、速度、方向以及定位數(shù)據(jù)是否有效等參數(shù)，定位數(shù)據(jù)的刷新頻率是1Hz。

3.3 GSM模塊

終端采用Siemens公司的TC35I工業(yè)GSM模塊，該模塊的接口為40芯的ZIF連接器。其接口電路主要包括電源和啟動(dòng)電路、RS232接口、SIM卡連接口、語音接口等幾個(gè)部分。另外模塊帶有一個(gè)50Ω的天線連接器。