出租车的GPS-GPRS计价与监控系统设计

admin · 发表于 2015-5-2 11:06:39

摘要: 主要介绍监控系统的关键技术——GPS、GPRS和嵌入式技术。指出GPRS通信网络与传统GSM网络所具有的不同传输优势。详细描述了GPRS网络传输数据的过程，实现了GPRS技术在出租车系统中的应用。完成了系统的硬件结构和软件设计，并给出了车载端与监控中心数据传输的通信协议。解决方案保证了系统的可靠性和安全性，对其他无线通信系统的实际工作具有一定的参考和借鉴意义。
关键词: GPS；GPRS；嵌入式系统；车辆监控；AT命令
Design of Taxi Meter and Monitoring System Based on GPSGPRS
Liu Bin1, Wang Junqing1,Mu Xiaoqian1，Wen Xiaohui2(1. College of Engineering, Ocean University of China,  Qingdao 266100, China；2. Qingdao Technological University)
Abstract： The article introduces three crucial technologies: GPS technology, GPRS technology and embedded technology, and points out the transmission advantages of the GPRS network over the traditional GSM network , and the application of GPRS in the taxi system is achieved. The system hardware and software designs are completed. Data transmission communication protocol for onboard end and the monitoring center is given. The paper gives a solution scheme to ensure the system reliability and security. It has reference significance for actual practice of other radio transmission systems.
Key words: GPS；GPRS；embeded system；vehicle monitoring system；AT command
引言
随着汽车数量的增长，车辆被盗、遇险等现象不断发生。针对交通运输业对车辆的管理要求，一套具有定位、跟踪、调度、报警等功能的GPSGPRS车辆监控系统的车辆管理方案，就成了解决问题的关键。特别是公交系统、出租、铁路、运输等服务行业正在寻求这样一种全新的、功能完善的、易操作的车辆管理系统。网络通信的迅速发展，也为该系统的实现提供了最基本的保障。GPSGPRS车辆监控系统是基于计算机通信技术、网络技术、自动控制技术和微电子技术的全方位、全时段新型监控系统。它能够准确定位车辆的位置、速度、方向、时间等信息并将此信息传递给监控中心，让监控人员实时掌握车辆的运行状况。此外，监控人员还可调出车辆在某一特定时段的运行轨迹，以解决纠纷，保护司机及车辆的安全。
1  GPSGPRS车载系统硬件设计
1.1  总体设计
本系统采用美国Luminary Micro公司（现被TI公司收购）的Stellaris（群星）系列CortexM3内核的LM3S1138作为控制核心。处理器LM3S1138采用了纯Thumb2指令的执行方式，采用了先进的ARMv7M架构；它具有带分支预测功能的3级流水线，以NMI的方式取代了FIQ/IRQ的中断处理方式，其中断延迟最大只需12个周期；带睡眠模式；8段MPU（存储器保护单元）；具有1.25 MIPS/MHz的性能，并且功耗仅为019 mW/MHz；具有片载的64 KB单周期Flash、16 KB单周期SRAM，以及7组GPIO、4个32位Timer、3路全双工UART、2路SSI等丰富的外围接口电路[1]。GPSGPRS车载硬件结构框图如图1所示。

图1 GPSGPRS车载硬件结构框图
1.2 GPRS接口电路
本系统的GPRS模块采用的是华为GTM900C两频段GSM/GPRS无线模块。它支持标准的AT命令及增强型AT命令，通过串口发送 AT 命令，即可使用GSM 模块。串行线对端的应用设备包括终端设备TE（Terminal Equipment）、数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment）或其他应用设备。这些终端或应用设备可以运行在嵌入式系统里。

图2 GTM900C启动与数据传送的关系当供给GTM900C模块的电压大于3.3 V，同时PWON信号为低电平（维持至少10 ms）时，GTM900C开始工作。若需要关闭同样需要低脉冲，GTM900C启动与数据传送的关系如图2所示。
GSM/GPRS无线模块的RXD1、TXD1、SIMOPEN引脚分别和LM3S1138的PA0、PA1、PG5引脚连接，串口通信电路通过RXD5、TXD5完成与GTM900C的串口数据传输。GSM/GPRS模块接口电路如图3所示。

图3 GSM/GPRS模块接口电路
2 GPSGPRS车载系统软件设计
整个监控系统由车载终端、GPRS网络和监控终端组成。上位机模块作为GPRS控制系统的监控终端，用来显示、保存以及处理从车载终端发来的数据信息。GPSGPRS监控系统管理软件用来接收并显示GPRS通信网络发送的数据。它包括数据信息管理、用户管理、实时信息管理、监控功能、通信功能等几部分。网络通信接口命令按照TCP/IP网络通信协议编写接收程序，将接收到的串口通信信息在窗口中显示出来。同时，还可以在窗口中发送命令修改相应的数据信息传输方式，并能在不同IP地址下接收同一组数据。
Winsock网络通信流程如图4所示。首先初始化各个函数，开始对通信网络进行监控。当有连接请求时，在数据信息管理中查询该用户IP,若地址薄中有用户客户端IP,则建立连接，若没有，则加载控件之后建立连接。当有数据通过GPS传送并接收到时，开始接收数据。如果3 ms超时，未接收到完整数据，则转换到另外一个频点继续监控网络。数据被完整正确地接收之后，上位机通过查询数据库，能够准确定位车辆的位置、速度、方向、时间等信息并将此信息传送给监控中心。

图4 Winsock网络通信流程
以下为建立连接的程序：
void GPRSStart (void){
unsigned char GPRS_Stop[]="AT%IPCLOSE=1\\r\\n";
unsigned char GPRS_Comm1[]="AT+CGDCONT=1,\\"IP\\",\\"CMNET\\"\\r\\n";//27个字节
unsigned char GPRS_Comm2[]="AT%ETCPIP\\r\\n";//11个字节
unsigned char GPRS_Comm3[]="AT%IPOPEN=\\"TCP\\",\\"221.3.8.181\\",6000\\r\\n";//37个字节
ClearGucBuf_UART1();//清除接收到的数据
Uart1Send(GPRS_Stop,14);
Send:
write_comm(0x01);
delay(20000);
write_comm(0x80);
display(GPRS_Comm1);
Uart1Send(GPRS_Comm1,27); //发送命令1，初始化APN
delay(100000);
while(GuiPos_UART1==0);
if (GuiPos_UART1 > 0){
if(StrFind(GucBuf_UART1, "OK\\r") !=1) { //查找数据中是否存在OK
ClearGucBuf_UART1();
goto Send;
}
else {
beep(50);
}
ClearGucBuf_UART1();
}
delay(1000000);//延时
}
GPS_GPTS数据发送的程序：
void GPRSSend (unsigned char *ucSendBuf){
unsigned char GPRS_Comm4[200]="AT%IPSEND=\\"";
strcat((char *)GPRS_Comm4,(char *)ucSendBuf);
strcat((char *)GPRS_Comm4,"\\"\\r\\n");
Uart1Send(GPRS_Comm4,strlen((char *)GPRS_Comm4));
}
监控中心接收界面包括服务器端地址、端口号、服务器端接收信息、建立的IP连接等信息窗口。通过GPRS网络与车载GPS建立连接，采集车辆数据，通过无线通信发送给监控中心。同时，车载终端接收监控中心的控制指令信息，实现与车载GPS端的数据通信。通过服务器向GPS终端发送命令，终端上传数据的时间由1 s一次变为5 s一次，接收端仿真实验数据如图5所示。

图5 接收端仿真实验数据
GPSGPRS对用户进行正确定位追踪之后，通过车载终端实时的将目标车辆的动态位置、速度、方向等信息通过无线网络发送给信息管理系统，这样用户的信息便会保留在数据库之中。监控系统可以在后台数据库之中查询出目标的准确位置、速度、方向等，为调度管理提供可视化的依据。出租车GPS信息查询界面如图6所示。

图6 出租车GPS信息查询界面
结语
该GPSGPRS计价与监控系统，采用CortexM3 LM3S1138处理器为核心部件，利用GSM/GPRS无线模块，并配合一套独特的软件算法，将GPS技术与GSM移动通信技术中的GPRS技术相结合，且以较低的成本解决了车载端的定位、跟踪、调度等关键问题。对于日益发展的出租车行业，具有较高的实用价值。
参考文献
[1] 周立功，张华.深入浅出ARM7——LPC213x\\214x(下)[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006：2024.
[2] 广州周立功单片机发展有限公司.基于群星CortexM3的μC/OSII移植模板的使用[OL].[20110503].http://www.zlgmcu.com.
[3] 李富年.基于GPS/GPRS的车辆移动监控终端的设计与实现[J].现代电子技术，2007(13):3336.
[4] 程兵. 基于GPRS的GPS车载终端[D].济宁：曲阜师范大学，2009.
[5] 王栋. 基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究[D].兰州：兰州理工大学，2008.
[6] 穆晓乾. GPSGPRS出租车计价监控系统的研究[D].青岛：中国海洋大学，2011.
刘滨（教授），主要研究方向为嵌入式技术与智能仪器。王俊青、穆晓乾（硕士研究生），温晓慧（助教）：主要研究方向为嵌入式技术与智能仪器。

李小路 · 发表于 2020-10-1 17:53:30

谢谢分享！

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