出租车车载监控设备的设计_1.docx

出租车车载监控设备的设计张英菊导语：本文根据出租车公司对车辆监控定位的要求，以单片机MSP430F147为核心，集成GPS模块、GPRS模块，具体阐述了出租车车载监控设备的设计。摘要：本文根据出租车公司对车辆监控定位的要求，以单片机MSP430F147为核心，集成GPS模块、GPRS模块，具体阐述了出租车车载监控设备的设计，其中包括硬件方案和软件方案的设计。该系统可以实时收集运行出租车车辆的实时位置信息，并且可以将收集到的信息通过GPRS模块发送到出租车运营公司，为出租车公司对车辆的监控调度提供了方便。关键词：单片机；GPS模块；GPRS模块0引言随着当代社会的快速开展，出租车作为城市公共交通的一局部，已经成为当代城市交通不可缺少的局部。但是随之而来的出租车监控调度、平安治理却成了每个出租车公司的一大问题。怎样简单快捷的对出租车进展公道的调度治理，同时可以实时监控每辆出租车的平安状况，针对这一问题我们开发了出租车车载监控设备，此系统大大方便了出租车公司对出租车的调度治理，同时还可以实时监控出租车的位置以及平安状况。1出租车车载监控设备的功能出租车车载监控设备是出租车监控调度系统的一个组成局部，可以向出租车监控调度中心提供出租车的实时位置信息，保证出租车运行平安，以及对出租车进展公道的调度，出租车载监控设备的功能如下：1信息收集功能车载监控设备可以准确无误的收集车辆的实时信息如经度、维度、速度、方向等。2数据存储功能可以存储车辆ID号、停车前15分钟的速度信息以及连续行车时间等信息。3数据传输功能可以将收集到的出租车实时信息通过GPRS发送到监控调度中心，并且可以接收来自监控调度中心的调度命令。2系统硬件设计系统以单片机MSP430F147为核心控制器1，集成GPS模块、GPRS模块、串行存储器模块和电源治理模块。系统框图见图1。图1系统框图Fig.1Systemdiagram2.1单片机单元系统采用TI公司的MSP430F147单片机作为核心控制器2，此款单片机具有16位的CPU集成存放器和常数发生器，可使单片机实现最大化的代码效率；集成JTAG，支持在线编程；两个通用全双工串行同步/异步通讯接口；6个8位I/O口；外部中断输入接口。单片机串口0负责接收GPS模块输出的数据信息，分析并且提取接收到的有效信息数据，一方面对数据进展存储，另一方面将信息通过GPRS模块发送到出租车监控调度中心。2.2GPS模块2.2.1GPS概述GPSGlobalPositioningSystem是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。它是目前世界上精度高的一种导航系统，已被广泛用于军事、经济、地理信息测控及其他领域。GPS定位系统由以下三个局部组成：1GPS卫星星座空间局部：24颗卫星其中三颗备用，分布在6个轨道平面上，每个轨道面均匀布设4颗卫星，进而保障了地球上任何地点和时刻都能观察到4颗卫星。它能发射L1和L2波段的信号。2地面监控系统地面控制局部：中央控制系统，跟踪卫星定轨，用来监测卫星的状态，对卫星轨道信息进展修正。3GPS信号接收机用户设备局部：接收设备，主要由天线、电源、数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成。其根本构造是天线单元和接收单元，天线单元主要作用是捕捉、跟踪卫星，接收GPS卫星发射的信号。接收单元主要作用是记录GPS信号，对信号进展滤波处理，复原出GPS卫星发送的导航电文，以获得有用的定位信息。2.2.2GPS模块介绍GPS采用GS-87模块3，它是一个高效能、低功耗的智能型卫星接收模块或者称作卫星接收引擎，它采用美国瑟孚SiRFstarIII公司所设计的第三代卫星定位接收芯片，是一个完好的卫星定位接收用具备全方位功能。其系统构造如图2，GPSAntennaGPS天线接收卫星信号，将微弱的电磁波能转化为相应电流。电流经过LNA低噪音放大器被放大，在通过filter滤波器将其变频处理，送入SIRFStarIII(由GRF3W和GSP3组成)进展处理，将处理后的信号通过串口与单片机进展连接。用户通过对单片机的软件编程控制，将GPS接收到的信息进展处理，提取出对用户有用的信息。图2系统构造图Fig.2Systemdiagram2.2.3GPS模块接口电路的设计GS-87模块共有6个引脚，它与单片机主要进展串口通讯，故它们之间连接时可通过GS-87的数据接收引脚RXA与数据发送引脚TXA分别与单片机的串口UART0TXD0和RXD0相连。GS-87的TXA引脚为串行数据输出端口A，是主要的数据传输通道，用于输出导航和测量的数据；RXA为串行数据接收端口A，是主要的接收通道，用于接收来自单片机的控制命令；VCC外接+3.35.5的电源输入端口，为保证模块工作时不受外界电磁噪声的干扰，在电源端VCC与地端GND之间安装旁路电容，旁路电容C19主要用来去除高频电磁脉冲，电解电容C33主要用来去除低频干扰以及储存电荷功能；RXB为辅助串行数据接收端口B，用于差分定位；TimeMark默以为从GS-87提供1脉冲每秒输出信号，用于同步一微秒的时间。在车载监控设备设计中只需用到VCC、RXA、TXA、GND即可知足功能要求。GPS模块电路连接图如图3所示：图3GS-87电路连接原理图2.3GPRS模块2.3.1GPRS概述GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用无线分组业务的简称，是一种基于GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接；是GSMPhase2.1标准实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM一样的频段、频带宽度、突发构造、无线调制标准、调频规那么以及一样的TDMA帧构造。作为第二代挪动通讯技术GSM向第三代挪动通讯(3G)的过渡技术，GPRS充分利用了现有挪动通讯网的设备，不需要改变无线网络规划与其拓扑构造，因此从很大程度上节省了挪动网络建立本钱。它支持IP协议和X.25协议，在挪动用户和数据网络之间提供一种连接，给挪动用户提供高速无线IP和X.25分组数据接入效劳。因此，在GSM系统的根底上构建GPRS系统时只需要增加局部硬件设备和软件晋级即可。构建GPRS系统的方法：1GPRS是在现有的GSM网络根底上实现的，在GSM网络中引入了3个主要组件：GPRS效劳支持结点SGSN，ServingGPRSSupportingNode)、GPRS网关支持结点GGSN，GatewayGPRSSupportingNode)以及分组控制单元PCU，PackageControlUnit。2对GSM的相关部件进展软件晋级。GPRS的数据传输具有以下几个特点：1采用的时分组交换技术的通讯方式。2按数据流量计费，而不是按在线时长计费。3传输速率高。4永远在线。5GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。6GPRS支持基于标准数据通讯协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。7GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶然的大量数据的传输。由以上所描绘的GPRS特点可看出，对于出租车载监控设备来讲，采用GPRS无线通讯技术完全知足设计需要。应用GPRS技术在车载监控设备与监控调度中心之间建立起一座数据通讯的桥梁，使得远程实时监控、调度成为可能。随着GPRS技术的不断开展完善，基于GPRS的无线数据通讯将得到更广泛的应用。2.3.2GPRS模块介绍GPRS模块采用西门子公司的MC52i模块4，它是车载监控设备与出租车公司监控调度中心建立通讯的重要局部。通过GPRS模块一方面可以将GPS模块收集到的车辆定位信息如时间、经度、纬度、速度、方向等实时发送到出租车监控调度中心的效劳器上；另一方面还可以接收来自出租车监控调度中心的调度命令。实现车载监控设备与监控调度中心的双向通讯。2.3.3GPRS接口电路设计MC52i模块与MSP430F147通过串口以及信号控制引脚相连，电路连接图如图4所示。MC52i的26-30引脚为电源电压的输入端，输入电压范围为3.3V4.8V，峰值负载电流为2A。MC52i模块的TXD0与RXD0分别为MC52i模块的数据接收端口与数据输出端口，分别连接到单片机串口UART1的TXD1与RXD1。MC52i的1-6引脚为外接SIM卡提供了标准的接口，其中CCGND和CCVCC为SIM卡提供工作电压；CCCLK信号为SIM卡提供时钟脉冲信号；CCIO为串行数据输入输出接口；CCRST信号为SIM卡复位信号；CCIN引脚主要用来检测SIM卡是否插入SIM卡卡座中。图4MC55连接原理图3系统软件设计3.1主程序功能主程序负责初始化、开中断、分析解析GPS数据、数据显示指导系统进入各种相应的工作状态。主程序流程图见图5a。3.1GPS数据接收程序设计车载终端设备需要从GPS定位信息中提取出有用的信息并且显示出来，所以也需要理解各种NMEA数据的含义。下面仅列出GPS固定数据输出语句GPRMC输出范例，各数据代表的意义如表1所示。输出范例：$GPRMC,025812.487,A,3752.5236,N,11229.1768,E,0.13,309.62,181211,*70表1GPRMC数据含义Tab.1GPRMCdatameaning