基于GPRS的车辆监控定位系统的实现

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 。
 

基于GPRS的车辆监控定位系统的实现

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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
 

基于GPRS的车辆监控定位系统的实现

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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 。
  
基于GPRS的车辆监控定位系统的实现

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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:
 
基于GPRS的车辆监控定位系统的实现

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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:
 
基于GPRS的车辆监控定位系统的实现

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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