基于GPRS的车辆监控定位系统的实现 _知识百科

0 引言

　随着社会的发展，汽车数量在不断增加，汽车在给人们带来便利和享受的同时也带来了许多问题。譬如车辆被盗，以及其他意想不到的麻烦（抛锚，迷路，遭遇抢劫等）。无线GPS定位系统的出现可以说在一定程度上解决了这个问题。现在许多的车载GPS设备，比较常见的有基于电台传输方式的和基于SMS传输方式的，前者需要购买昂贵的电台，移动端非常笨重，并且信号比较容易受干扰；而后者一次传输的数据量受到限制（140B），而且其通信费用较高。
鉴于这些问题的考虑，本文提出一种基于GPRS的车辆监控定位系统。 GPRS具有覆盖面广，通信费用低，“高速”和“永远在线”等特点。基于GPRS的车辆监控定位系统服务费用低，设备轻便，抗干扰能力强，提供同INTERNET的无缝连接并且免去申请无线资源的麻烦。

1 GPRS简介

　1.1 GPRS特点

GSM网络经过多年的发展，其应用已非常成熟， GPRS就是在现有GSM网络基础上发展起来的一种新的数据传输业务，是GSMPhase2.1规范所要实现的内容之一。 GPRS是在现有的GSM电路上叠加一个基于分组的无线接口,目标是提供115ｋbit/s速率的分组数据业务。用分组交换来补充电路交换网络是GSM技术的一个重要升级。分组交换的一大优点是可以灵活分配网络资源。所以GPRS除了具有GSM传统网络应用的优点（覆盖面广，用户数量大，网络稳定）之外，还有许多独特的优势：
　（1）    采用分组交换技术，高效传输高速或低速数据和信令，优化了对网络资源和无线资源的利用。
　（2）    网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。
　（3）    支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。
　（4）    可以实现基于数据流量、业务类型及服务质量等级(QoS)的计费功能。
　（5）    核心网络层采用IP技术，底层款可使用多种传输技术，很方便地实现与高速发展的IP网无缝连接。
　（6）    GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。

1.2 GPRS系统构成方法
(1) 在GSM系统中引入3个主要组件
　• GPRS服务支持结点(SGSN, Serving GPRS Supporting Node)
　• GPRS网关支持结点(GGSN, Gateway GPRS Support Node)
　• 分组控制单元(PCU)
　(2) 对GSM的相关部件进行软件升级 GPRS系统原理如图1所示图。

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图1 GPRS系统原理图

【基于GPRS的车辆监控定位系统的实现】

　1.3 我国GPRS标准化工作的进展概况
我国从1996年开始跟踪研究GPRS的相关标准。于2000年4月，已经完成了"900/1800MHz TDMA数字蜂窝移动通信网GPRS隧道协议(GTP)规范"，由信息产业部电信传输所提出了"GPRS业务研究"的前期的预研成果。从1998年开始，我国运营者开始酝酿在国内兴建GPRS的试验网络工作，标准化的工作就显得极为迫切了。在2000年内和2001年上半年，已颁布900/1800MHz TDMA蜂窝移动通信网通用分组无线业务相关的一系列标准。

2 基于GPRS的车辆监控定位系统总体设计
　总体设计框图如图2 所示

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图2 基于GPRS的车辆监控定位系统总体设计图

用户可简单的拨打服务中心电话实现对车辆的查询和控制设置，服务中心根据用户的要求通过INTERNET实现对车辆的监控和管理。另一种方式，用户也可以在服务中心授权的情况下在家实现对车辆的监控，所需要的设备只是一台接入INTERNET的PC机，服务中心将用户的IP和端口号告知移动端，并且被存入NVM（断电不丢失）区域，此时服务中心将车辆的监控权完全交给用户。用户如果驾车外出，可以以同样的方式把监控权交回服务中心，以便服务中心能根据监控情况给予帮助（如紧急报警，指路等）。因为GPRS模块只能跟设定的IP和端口号通信，所以任何情况下只能完全被一方控制。
　数据在整个传输过程中经历了GPRS无线信道和INTERNET有线传输两部分路径。从服务中心（或用户PC）下发指令数据通过指定的IP地址和端口号发送到INTERNET，通过GPRS与INTERNET之间的无缝连接将其封装成GPRS分组数据包传到GPRS网上，被支持GPRS的移动端收发模块接收处理，实现数据的下发传输。移动端反馈信息时，数据在移动端打成GPRS分组数据包，由GPRS无线模块发送到GPRS网络，通过GPRS与INTERNET之间的无缝连接把数据打成TCP/IP数据报进入INTERNET发送到指定的IP和端口，实现数据的上行传输。
　

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图3 移动端
图3中，GR47从GPRS网络接受到指令，GPS中获取定位（GPS时间，经纬度，速度，方向等），根据指令的要求（或主动上发），将数据按一定的格式通过GPRS网络发送给服务中心。通过GR47上的I/O口实现对车辆的控制。

3基于GPRS的车辆监控定位系统具体实现
　3.1 硬件实现
本系统所需要的硬件为：支持GPRS的无线收发模块，GPS接收板，系统启动控制芯片，看门狗，串口电平转换芯片，连网PC机。
（1）采用的无线模块为Sony Ericsson 的新一代的移动通信GSM 模块GR47 。它支持900/1800 MHz 和850/1900 MHz 双波段，预期使用在机机(machine-to-machine)和人机(man-to-machine)应用中，适合需要发送和接收数据（SMS, CSD, HSCSD, GPRS）的地方，也可以通过GSM 网络语音呼叫，便于我们以后的扩展应用。模块有能力来存储和运行用户在处理器停机时写入脚本构成的代码，通过底层翻译程序使用（本系统的软件部分正是基于这种方式实现，后文将详细介绍）。有相当于44K 可用的两个脚本存储空间，和25K 操作RAM 。串行通道使用异步通信，连接应用系统或辅助设备单元到模块。它们由三个UART 组成：UART 1 完整地全部使用RS232 并且关闭通信线，UART 2 可以使用接口连接到GPS 单元，下载软件接受记录信息。 UART 3 可以嵌入应用使用。板上有完整的IP/TCP/UDP 堆栈，扩充工作码软件，不需要客户来实现。本系统中使用的是UDP/IP协议。
（2）系统启动控制芯片采用MOTOROLA公司的SN54/74LS123 。
结构图如图4 所示：

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图4 SN54/74LS123结构图
功能表如下：

INPUTS
OUTPUTS
CLEAR
A
B
Q
Q
L
X
X
L
H
X
H
X
L
H
X
X
L
L
H
H
L


H

H

L
H

表1 SN54/74LS123功能表
基于GPRS的车辆监控定位系统主要硬件连接电路图如图5所示：

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图5 基于GPRS的车辆监控定位系统硬件连接图

模块电源由接地(拉低)14引脚(RST2)打开/关闭，释放此脚，内部将上拉到高状态。系统上电，74LS123将RST2下拉为低电平来启动GR47 。看门狗监视程序运行情况，一旦程序运行异常，通过74LS123控制GR47和电源芯片重新启动。 GPS接收板连GR47的UART3口。 UART 3 由全双工通信制通信组成，包括发送和接收线，是应用系统与模块数据通信的接口，可用模块带有的函数实现数据的接受发送。
3.2 软件实现
系统的软件实现包括两部分：移动端（车载台）部分和服务中心（用户）部分。服务中心端软件用C#.net来实现。利用C#.net提供的函数可以很方便的建立UDP连接和收发数据，我们着重介绍移动端软件的开发。
移动端部分有两种实现方式，一种是直接使用AT指令，“AT” 是A Ttention 的缩写，它是一种面向行的命令语言，此命令行由一串字母数字的字符组成。它发送到调制解调器来指示执行由字符指定的命令。用户使用AT指令通过串口和收发模块中的调制解调器交流，控制其动作。另一种是使用C代码，模块有能力来存储和运行用户在处理器停机时写入脚本构成的代码，通过底层翻译程序使用。 GR47模块支持C语言，确切的说为标准C的一个子集，支持两种基本的数据类型：cha