基于GPRS的车辆稽查终端的设计与实现

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    摘  要  GPRS技术在远程数据传输系统中越来越受到人们的重视，特别是在嵌入式系统中的应用更是备受关注。为解决当前车辆稽查系统中存在的各种问题，该文给出了基于ARM9微处理器和GPRS通信模块的车辆稽查终端的解决方案，实现一个实时、高效的车辆稽查系统。
    关键字  ARM; GPRS; 嵌入式Linux; 稽查终端


   1  引言

    随着现代城市车辆的增多，在路面进行移动车辆稽查显得越发重要。在路面稽查中，通常需要输入用户的车辆牌照，查询车辆信息库及车辆缴费库，才能得到该车辆的基本信息，包括车辆型号、车辆颜色、车主姓名、车主单位和缴费情况等。当前，在路面进行车辆稽查的过程中，采用传统的单机模式，使用笔记本计算机，基于离线数据，依赖本地数据库，进行车辆数据信息查询等操作。该模式下，数据的实时性不强，需要定期进行数据的同步更新操作，仅能保证稽查数据的基本准确一致。在路面使用过程中，对于车辆的信息查询、费用计算、明细查询等都存在一定的困难。
    GPRS（General Packet Radio Service）技术作为现有GSM 网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G)，具有接入迅速、永远在线、按流量计费等特点，在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势。采用ARM嵌入式处理器芯片和GPRS通信模块构成车辆稽查终端，实现车辆稽查终端与车辆管理信息系统的实时数据传输，保证数据查询的实时性与准确性。
2  移动稽查系统总体结构设计

    基于GPRS通信技术的移动车辆稽查系统主要包括：基于GPRS技术的车辆稽查终端、无线数据传输系统（GPRS通信网络）、具有互联网接入的企业服务器。整个系统的示意图见图1。

  

    GPRS是通用无线分组业务的简称，充分利用现有的移动通信设备，在GSM网络中增加两个重要节点GGSN（Gateway GPRS Support Node）和SGSN（Serving GPRS Supporting Node），升级相应的软硬件，提供以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，将移动通信与数据网络合二为一。相对GSM短信模式的实时性差、仅能传输70个汉字、传输内容比较少等缺点，GPRS业务具有接入迅速、永远在线、传输速率高、基于流量计费等特点，同时在远程传输、移动计算等环境中具有无可比拟的优越性，适合小容量数据的实时传输。
    企业服务器与GPRS系统的GGSN节点连接可以采用两种模式：基于因特网的公网接入和APN（Access Point Name）的专线接入。相对于公网接入模式，APN专线接入模式更具有系统延时小、数据完全在移动内网传输、安全性高等特点，但缺点是费用相对比较高。在车辆稽查过程中，需要与原有的业务系统进行对接，考虑到系统的安全因素，提高系统安全性，采用APN专线接入，由运营商提供安全保障。采用VPN技术，在车辆稽查终端与企业服务器之间建立安全的VPN通道，保障系统安全稳定运行。

3  车辆稽查终端设计

3.1 主要功能设计

    根据稽查工作的要求，确定车辆稽查终端的主要功能有：
    a.车辆信息查询 通过车辆牌照、车主姓名、车架号、发动机号查询车辆的基本信息；
    b.车辆欠费查询 通过车辆牌照，查询车辆是否欠费以及欠费数额等；
    c.车辆欠费明细查询 通过车辆牌照，查询车辆欠费数额及各项明细等情况；
    d.车辆缴费明细查询 通过车辆牌照，缴费年月，查询车辆缴费历史明细。
3.2 车辆稽查终端硬件设计

    车辆稽查终端主要由应用微处理器、GPRS通信模块、输入输出模块、外设接口等构成，其组成框图见图2。

    (1)应用微处理器采用SAMSUNG公司的S3C2410，基于ARM920T内核，是一款专门为手持设备设计的低功耗、高集成度的微处理器，主要集成了以下部件：16K的指令Cache、16K的数据Cache、MMU、NAND Flash控制器、3个UART通道、一个I2C总线控制器、通用I/O端口、SD卡接口、以太网接口、LCD控制器、触摸屏接口等。该处理器支持Windows CE、μC/OS-II、Vxworks、Embedded Linux等嵌入式操作系统，支持多种硬件，在嵌入式系统领域有着越来越广泛的应用。

    (2)GPRS通信模块采用WAVECOM公司生产的Q2406B，是一款GSM/GPRS双频模块，内嵌IP协议栈，通过标准9针串口与S3C2410的串口1相连。在嵌入式Linux环境下，通过AT指令集完成对该模块的控制。
    (3)输入输出模块采用SHARP 3.5＂TFT液晶屏LQ035Q7DB02，分辨率320×240， 262，144色，White Led背光，带触摸屏。SHARP液晶屏自带四线电阻式触摸屏，可以直接和2410的触摸屏驱动电路连接，触摸位置直接用CPU内置的ADC电路采样而得。
    (4)程序与数据存储采用Flash＋SD卡。在16M Flash中存储嵌入式Linux操作系统、QTOptia应用系统和稽查客户端应用程序；采用SD卡进行存储扩充，存储用户数据。
3.3稽查终端软件系统

3.3.1操作系统部分
    随着消费类电子产品的快速发展，嵌入式操作系统得到了广泛的应用。目前，主流的嵌入式操作系统有Vxworks、Windows CE、uc/OS－II、uClinux、Embedded Linux等。本系统采用嵌入式Linux为软件开发平台，采用了2.4内核，沿袭了主流Linux的绝大部分特性，是一个完全免费的、开放源代码的系统，用户可以根据用户自己的不同要求对操作系统进行裁减，以节省不必要的开销。另外，Linux系统开发资源丰富，拥有丰富的驱动程序、应用程序和开发工具，能够根据用户的需要，移植到嵌入式Linux系统中。
    在车辆稽查终端应用系统开发中，系统平台采用Trolltech公司的开放源代码QTOptia，QTOptia是Trolltech专为嵌入式Linux操作系统的电子设备开发的应用平台，包含完整的应用层、灵活的用户界面、窗口操作系统、应用程序启动程序以及开发框架。QTOptia拥有丰富的PDA应用程序，包括浏览器、PIM工作辅助、通信录、日历事件、电子邮件、游戏、多媒体文件管理及播放等程序。
3.3.2通信协议部分
    GPRS通信网络的核心是基于IP技术的，因此基于GPRS技术的稽查终端需要利用 TCP/IP协议来完成GPRS业务数据的装帧和拆帧，保证数据在网络中的安全可靠传输。本稽查终端系统的设计中，TCP/IP协议采用的是Embedded Linux自带的TCP/IP协议栈，支持多网络接口下的IP数据帧转发、支持TCP协议、UDP协议、支持PPP协议、动态分配IP等。稽查终端应用程序送来的稽查数据，按照TCP的格式封装TCP数据包，然后加上IP报头和报尾封装成IP数据报。由于处理器与GPRS模块的通信需要遵循PPP协议，因而需要将IP数据报按照PPP的帧格式封装成PPP帧，然后才能通过串口传给GPRS模块。
    PPP协议有3个组成部分：
    ①一个将IP数据报封装到串行线路的方法。PPP既支持异步链路(无奇偶校验的8位数据)，也支持面向比特的同步链路。
    ②一个用来建立、配置和测试数据链路控制协议LCP(Link Control Protocol)。通信的双方可以协商一些选项。
    ③一套网络控制协议NCP(Network Control Protocol)，支持不同的网络层协议，如IP、OSI的网络层、DECnet等。
3.3.3 GPRS网络通信的实现过程
    GPRS网络连接的主要思路是应用微处理器通过串口发送AT指令控制GPRS模块建立无线信道、完成数据传输。AT指令实现TCP连接的步骤如下：
    (1)设置接入网关：AT＋CGDCONT=1，〞IP〞，〞CMNET〞
    (2)GPRS网络附着：AT＋CGATT=1
    (3)激活GPRS模式：AT#GPRSMODE=1
    (4)设置网络接入点名称：AT#APNSERV=〞CMNET〞
    (5)请求网络连接：AT#CONNECTIONSTART
    (6)设置上位机的IP地址：AT#TCPSERV=〞202.X.X.X〞
      (7)设置上位机侦听的端口准备与客户端通信：AT#TCPPORT=〞8808〞
    (8)打开与上位机的连接：AT#OTCP
4 结论

    基于GPRS技术的移动车辆稽查终端，能够满足路面进行实时车辆稽查的需要。本文在阐述了基于GPRS技术的无线稽查系统的基本原理之后，分别从在硬件和软件上介绍了如何实现手持无线终端的方法。通过进一步完善硬件和软件系统，进一步扩大无线业务，实现移动收费、票据打印等业务。
参考文献

[1]张晓林等.嵌入式系统设计与实践[M]. 北京航空航天大学出版社.2006

[2]马少平，骆志刚，孙 雷，赵 翔，何万. 基于ARM的GPRS远程终端设计与实现[J].微计算机信息，2006，5-2：118-120

[3]王松宏，李德华. 基于GPRS的车辆监控系统车载移动终端的设计[J].计算机应用研究，2005，6：184-186

李小路

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