GPRS智能监控系统.pdf

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1、第1 3 卷第6 期2 0 0 8 年1 2 月哈尔滨理工大学学报J O U R N A LH A R B I NU N I V S C I T E C H V 0 1 1 3N o 6D e c。2 0 0 8基于A R M 的车载G P S G P R S 智能监控系统艾红，王洪涛(哈尔滨理工大学自动化学院，黑龙江哈尔滨1 5 0 0 8 0)摘要：在研究了G P S 卫星定位模块串口通信和G P R s 网络数据传输等关键技术基础土，构建了基于A R M 9S 3 C 4 4 8 0 x 的嵌入式车栽G P S G P R S 智能监控系统，设计并实现了该系统的软、硬件平台结构该系统以较

2、少的硬件资源实现了较高的性能。在降低该系统成本的同时保证了系统的稳定性和灵活性，对车载智能监控的进一步实现具有参考价值关键词：嵌入式斗C O S I I；S 3 C 4 4 B o X；G P s 车载导航；G P R S中图分类号：T P 2 7 3+5文献标识码：A文章编号：1 0 0 7 2 6 8 3(2 0 0 8)0 6 0 0 3 5 一0 4I n t e I|g e n tG P S G P R SM O n t O r i n gS y s t e mf O rV e h i c I e SB a s e dO nA R MA lH o n g，W A N G H o n

3、g t(s c h l0 fA u t o m a t i o n，H 8 r b i nU I l i V e 礴i t yo fs c i e n c e 肌d1 k h n o l o 盱，H a r b i n1 5 0 0 8 0，C h i n a)A b s t m c t：B a s e do nt h es t u d i e sa b o u ts o m ek e yt e c h n i q u e se t cs u c ha ss e r i a l p o r tc o 咖u n i c a t i o no fG P Ss a t e l l i t e1 0

4、c a t i o nm o d u l e sa n dt h ed a t at r 肌s I I l i s s i o nb yG P R Sn e t w o d【，ak i n d0 fi n t e l l i g e n tG P s G P R Se n l b e d d e dm o n i t o-m 唱s y s t e mf o rv e h i c l e sn a v i g a t i o nd e p e n d i n g0 nA R M 9I I l i c l 0 p r o c e s s o rs 3 C 4 4 B o Xw a sm a d e

5、u p n i sp a p e rd e S c 曲瞪t h ed e s i 印锄dt I l er e a l i z a t i o no ft h es y s t e mh 盯d w a r e 锄ds o f t w a r ep l a t f b 珊稍t hah i 曲e rp e 南肿a n c ea n a i n e dw 汕t I I eu 8 eo fl e s sh a r d w a r er e s o u r c e sE n s u r i n gt h es t a l)i l i t)r 舳da g 订i t y 艄w e U 鹊r e d u c i

6、 n gt h ec o s t0 ft h es y s t e m T h er e-s e a r c h e sc 卸b er e f 毫r r e di nf u r t h e rs t u d i e so nt h ei n t e n j g e n tm o n i t o r i n gs y s t e mf o rV e h i c l e sn a v i g a t i o n。K e yw o r d s：e m b e d d e d 斗C O S I I；S 3 C 4 4 8 0 X；G P Sv e h i c l en a v i g a t i o

7、n；G P R S1引言地面目标跟踪及报警系统是伴随着G P S 技术、计算机控制技术和G S w G P R S 网络通信技术的逐渐兴起、不断成熟而发展起来的，近年来，基于G P s G P R S 的移动跟踪、远程监控系统开始成为研究热点并逐步走向市场车载智能监控系统，融合了全球卫星定位技术、地理信息技术、无线通信技术和嵌入式A R M 技术等高技术于一体，可实现车辆运行实时监控定位、调度管理、自动导航等功能该类系统亦广泛适用于银行、公安、物流、智能交通管理等领收稿日期：2 0 0 r 7 一1 2 一0 3基金项目：黑龙江省教育厅基金项目(1 0 0 1 5 2)作者简介：艾红(1 9

8、6 3 一)，女，哈尔滨理工大学教授域，经济效益和社会效益显著2G P S 与G P R SG P S 全球定位系统(G l o b a lP o s i t i o n i n gs y s t e m)由美国从2 0 世纪7 0 年代开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维卫星导航与定位能力其基本原理是把高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方的方法，确定待测点的位置G P s 以全天候、高精确度、自动化、高效益等显著特点，广泛地应用于大地测量、地质勘探和车辆导航等万方数据哈尔滨理工大学学报第1 3 卷方

9、面，近年来随着G P s 模块成本的不断下降和地面通信技术的不断发展，G S M 和G P s 技术相融合的系统正如火如荼地向前发展G P R s 是在现有G s M 系统上发展起来的分组数据承载业务，它使用公共数据信道，具有网络覆盖广、接人范围大、通信可靠性高、实时在线、按量计费、快速登录、高速传输等特点，尤其适用于导航系统这类间断、突发性的、少量的数据传输3系统组成与功能基于G P S G P R s 的车载智能监控系统由车载G P s 移动监控终端、通信网络和监控中心组成移动车辆配备的车载G P s 旧1 接收机用以获取自己的当前位置、时间、车速及行进方向等信息，实时地通过G P R S

10、 无线通信信道或短消息方式上传到远程监控中心通信服务器在监控中心，远程监控系统通过G P R s 通信模块监测各车载目标的状况，并通过G P R S 送往中心服务器，对当前受监控车辆运行状态、安全状态进行实时监控解析、故障诊断，并通过电子地图和相应的通信技术，完成对车辆的定位、合理调度以及自动导航4车载移动监控终端的设计与实现根据系统的组成结构，车载移动监控终端主要承担两方面的移动监控任务：当接收到监控中心的监控命令后，自动地根据要求将定位信息通过G P R S 或S M S 发送到监控中心；另一方面根据接收的控制命令实现对车体的控制，比如执行点火线端口、电油路以及其它安防功能，当汽车遇到故障

11、或遇劫等特殊情况，兼向监控中心等处报警4 1系统组成的硬件框图车载移动终端由嵌入式主控处理器、G P R S 通信模块、G P s 模块、人机交互显示模块等组成，其结构框图如图l 所示图l 系统结构框图考虑车载设备低功耗的要求，本系统选用了S A M S U N G 公司的S 3 C 4 4 B o X A R M 处理器作为嵌入式主控芯片S 3 C 4 4 8 0 X 采用A R M 7 T D M I 内核，提供有丰富的内置部件：8k Bc a c h e、内部S R A M、L C D 控制器、带自动握手的2 通道U A R T、I O 端口、8 通道1 0 位A D C、P L L 倍

12、频器等，其低功耗精简结构和出色的全静态设计特别适合用于对成本和功耗敏感的应用环境G P R S 模块”1 是整个系统的通信基础，系统现采用G R 6 4 模块G R 6 4 是新一代G s M G P R S 双模模块，具有标准A T 命令接口，支持G s M 9 0 0 G s M l 8 0 0 双频网络模式和G R P Sc l a s s 8 等级体积小巧，功耗低，可以提供数据、G S M 语音、短消息、传真、G P R 上网等业务，广泛用于遥感测量记录传输、远程信息处理通过G P R s 模块的u A R，n 串行接口方式与主控芯片进行通信G P s 接收单元采用的是“一b l o

13、x 的G P S M s lE，它具有高捕获灵敏度、体积小、超低功耗等优点，主控芯片通过串行口U A R r I D 接收G P S 定位信息，实现对G P s 的控制选用L Q 0 8 0 T 5 B G 0 l，I I 叩液晶屏作为系统显示输出设备，除了L C D 显示接口及按键接口外，系统还预留了丰富的外围接口，以备灵活外接各种数据采集子系统，具有较大的可扩展性4 2 系统软件设计由于车载监控终端需要完成与G P S 模块、G P R S模块及其他L O 模块的交互等多项并行监控任务，故需要实时操作系统的支持鉴于目前市场上的大型商业嵌入式操作系统虽然已经十分成熟，但价格昂贵，考虑采用源码

14、公开的免费软件不失为一种好的选择斗C l i n u】【功能强大，运行稳定，但代码和需要的R A M 过于庞大，而斗C O S I I 则简单实用，内核可以剪裁到仅3 k 左右固本系统的软件基于斗c O S I I 嵌入式操作系统 J 本系统中，首先调用O S I n i t()，初始化m C O SI I 所有的变量和数据结构，再调用A R M i n i t()初始化微控制器的定时器及串口等硬件，通过调用O s，r 嬲k C r e a t e()，依次创建各个任务，最后调用O S S t a n()启动系统，开始多任务调度。系统总体控制程序模块及流程如图2 所示按功能上将系统应用软件分为

15、5 个模块：主控模块、G P S 模块、P P P 模块、G P R S 通信模块、附件模块每个模块由一个主任务和若干个子任务组成，任务内部采用有限状态机的方式进行切换，任务之间采用消息管道(p 呻)进行通信，每个模块都定义了自己的消息接受管道万方数据第6 期艾红等：基于A R M 的车载G P s G P R S 智能监控系统3 7图2 系统控制程序模块及流程1)主控模块是系统的核心模块，以消息分发的方式与其他模块交互，并控制其运行状态根据系统工作时处理的任务不同，将主控模块划分为启动上电、正常工作、处理S M S 数据、处理G P R S 数据、退出下电5 个状态主控模块有自己的消息接收管

16、道p i p e s Y S C ，循环地从此管道中接收和处理消息，并根据消息体的内容，在主控模块不同的状态之间切换，同时通过向其他模块的消息管道发送消息，控制其运行；其他模块则通过消息管道向主控模块反馈其运行状态2)G P s 模块主要负责G P S 数据的接收和解析。G P S 输出数据采用N M E A 0 1 8 3 格式，形式多样，在本系统中选取的是G P R M C 数据格式$G P R M C，宰h h当G P s 输出数据为有效定位数据时，提取相应的信息(经纬度、高度、速度等)，同时转换u T c 时间为本地时间，封装为系统自定义的G P SD A T A 数据格式发送到通信任

17、务模块G P S 试验参考程序如下：v o i d I j a s k()(y o i d 母p d a t a)p d a t a2 p d a t a；1 k g e t I n i t()；G P s I n i t 湖()；G P s 初始化G P s s T A R T C o m m a n d()；发送G P S 启动命令G P S S e n d A A C C o m m a n d()；发送A A C命令w h i l e(1)O S T i m e D l y(1 0)；3)P P P 模块负责G P R S 的底层P P P 连接和P P P 数据包的处理点对点协议(P

18、 P P)为在点对点连接上传输多协议数据包提供了一个标准方法在T C P I P 协议集中，它是一种用来同步调制连接的数据链路层协议该模块负责实现T C P I P 协议栈低层的P P P 协议的连接和释放，以及对收到的P P P 数据帧的处理及与上层T C P I P 层的交互主要包括P P P 协议数据帧的封装方式、初始化的L C P 协议的协商、P A P 密码验证和N C P 协议的协商过程处理4)G P R S 通信模块负责与监控中心系统通信，完成G P R S 数据的传输和短消息的收发C P U 对G P R S 的控制主要是通过U A R 他发送A T 命令来实现A T 指令集提

19、供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口，用户可以通过A T 指令实现呼叫控制、短消息S M S、电话本、数据业务等方面的控制为满足用户进行G P R S 数据通信的要求，M o d e-m I n i t 作为外挂模块能实现网络互联功能M o d e m l n i t 通常使用T c P u D P 协议的客户服务器运行模式，完成建立连接、发送数据及接收数据的工作本系统在T C P I P 的建立过程中，首先调用M o d e m I n i t()函数初始化G P R S 网络，通过相应的设置A T 指令来完成，包括检测是否连接到网络(A T+C R E G)，通信信号强弱(A T+

20、C S Q)以及S l M 卡的P I N 值是否输入(A T+C P I N)等然后用P P P 拨号方式拨入G P R S 网络，完成底层的数据链路层的连接。这部分融合了P P P 模块的功能接着调用G P R S。S o c k e t 函数，为通信分配一个套接字，然后调用G P R S C o n n e c t 函数，与监控中心服务器成功建立连接后，即可以进行G P R S 数据的发送(G P R S S e n d)和接收(G P R S R e v)用户可通过按键发送S M S 来上报监控中心主控芯片利用串口向G S MM o d e m 收发一系列的G S M0 7 0 5 标

21、准定义的A T 命令集，控制S M S 的收发根据G S M G s M0 7 0 5 标准，对S M S 的控制共有3 种接人协议：B 1 0 c kM o d e；基于A T 命令的T e x tM o d e；基于A T 命令的P D UM 0 d e 本系统采用P D U 模式对短信息正文经过十六进制编码后传送发送S M S 的具体过程为：首先发送A T 以测试G s MM o d e m 连接是否正常，等待G S MM o d e m 返回O K；发送A 1 E o设置G S MM o d e m 取消回显模式，等待返回O K；发送A T+c M G F=0 设置发送短信时选用P D

22、 u格式编码，等待返回O K；接下来为正式发送万方数据哈尔滨理工大学学报第1 3 卷S M S，先调用P D U 编码函数对接收到G P s 数据G P s D A T A 进行编码，并根据通信协议封装为上行通信帧格式，然后发送指令A T+c M G s=监控中心短消息号码+回车符(O 幻d，O x o a)+上行通信帧数据+回车符(O】(o d，O)【0 a)，等待返回O K 发送短信命令格式如下：命令格式：A T+c M G s=，T e x ti se n t e r e d 命令返回：+c M G S：，+C M SE R R O R：O K E R R O R上述的每个步骤完成后都必

23、须加上回车符号(0)【o d，0)【0 a)，以使G S MM o d e m 区分不同的A T 指令，而且都必须等待相应的应答，若失败(回应E R R O R)，需重新发送该A T 指令。5)附件模块负责终端硬件设备的检测，并通知主控模块，实现应用程序对终端硬件的监控C P U 对其他外围接口的控制主要是通过通用L O 口实现，同时通过外部中断的方式实现了与点火信号、车用防盗报警器、紧急报警(S O s)等的接口其工作过程如图3 所示i 车载霎冀报警；：i 远程信任用户j：系统：。“”图3 报警工作流程5结语本文将嵌入式斗C O S I I 操作系统应用于车载G P s G P R S 智能

24、监控系统悼J，融合先进的G P S 卫星定位和G P R s 网络数据传输等关键技术，对传统车载导航系统作出了有益的改进在嵌入式“C O SI I 下，车载导航监控系统以较少的硬件资源实现了较高的运行性能，系统成本大幅降低利用嵌入式斗C O S I I 多线程技术和实时性，解决了系统多任务并行处理问题，保证了系统的稳定性、可靠性和灵活性，使系统更具有实用推广价值参考文献：1 彭建，陈岳林基于嵌入式的车载综合主板系统设计 J 微计算机信息，2 0 0 7，(2 9)：2 3 2 6 刘基余G P s 卫星导航定位原理与方法 M 北京：科学出版社。2 0 0 3 程起敏，杨崇俊，刘冬林，等基于I

25、n t e m e t 的车辆监控信息服务系统的设计与实现 J 武汉大学学报(信息科学版)，2 0 0 4，2 4(9)：8 1 6 8 2 2)【l AH o n g x i a，z H 0 uH o l l g I m p l 锄明t a t i o n0 fV e h i c l e M o n i t o rS y s t e m 蛐dK e y1 k h n o l o g i 朗B a 8 e d 彻G I S 锄dG P s J M i c 肛c o m p u t 盱D e v e l o p m e n t，2 0 0 4，1 4(8)：1 0 0 1 0 2 许志海，张昭云，王佑武基于组件的可扩展车辆监控系统的设计 J 测绘通报，2 0 0 5(1 1)：5 0 5 4 王俊，胡平，施涛，等基于G I S G P s G P R s 的车辆监控系统的实现 J 微计算机信息，2 0 0 6，2 2(9 2)：2 9 0 一2 9 3 艾红，基于K n u x 的嵌入式远程监控系统的设计 J 工业控制计算机，2 0 0 8。2 l(8)：3 7 6 9 艾红，王洪涛，基于A R M 的嵌入式远程监控系统 J 电子技术应用，2 0 0 8，3 4(9)：6 6 6 9(编辑：王萍)j心pH陋”随万方数据