1、 密 級： 學 號：106205010016本科生畢業(yè)（設計）論文GPS汽車定位系統(tǒng)車載終端的設計系 別： 電子信息工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級： 06電子本科班 學生姓名： 張贊 指導老師： 李翠梅 完成日期： 2010-4-25 學士學位論文原創(chuàng)性申明本人鄭重申明：所呈交的設計（論文）是本人在指導老師的指導下獨立進行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本設計（論文）不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔。學位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期：

2、年 月 日 學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權江西藍天學院可以將本論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。本學位論文屬于保 密 ， 在 年解密后適用本授權書。不保密 。（請在以上相應方框內打“” ） 學位論文作者簽名（手寫）： 指導老師簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日江西藍天學院本科生畢業(yè)設計（論文）摘要隨著我國經濟的迅速發(fā)展，國人消費水平也呈現(xiàn)了飛速增長，汽車的數(shù)量也隨著

3、迅速增加。我國GPS 車輛定位系統(tǒng)市場現(xiàn)在已進入規(guī)模發(fā)展時期，本文對GPS汽車定位系統(tǒng)運用到的技術理論基礎作出了詳細的介紹，并分別提供了GPS定位車載終端的硬件和軟件的具體設計方案。GPS即全球定位系統(tǒng)，它是一個中距離圓形軌道衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可以為地球表面絕大部分地區(qū)提供準確的定位和高精度的時間基準。GPRS是在GSM的系統(tǒng)基礎上引入新的部件而構成的無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)。它的基本功能是在移動終端、GPRS網內以及和Internet網絡的路由器之間傳輸分組數(shù)據。根據現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)的實際需求，本文設計了一種基于GPRS 的車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)，系統(tǒng)采用單片機作為處理器，通過GPRS網絡建立無線通信鏈路，把

4、車載移動終端的GPS 定位信息傳到Internet 網上的服務器，實現(xiàn)在線實時監(jiān)測車輛行駛各類信息，實現(xiàn)了控制中心實時監(jiān)測車輛行駛狀態(tài)，完成了車輛定位的目的。關鍵詞：GPS車輛定位 ；全球定位系統(tǒng) ；導航定位 ABSTRACTAs China's rapid economic development, people also show a rapid consumption growth in the number of vehicles has also increased as rapidly. GPS vehicle location system in China has no

5、w entered the scale of the market development period, this article on the use of GPS vehicle positioning system technology theory to make a detailed introduction, and each vehicle terminal provides GPS positioning of specific hardware and software design.     GPS or global positi

6、oning system, it is a middle-distance circular orbit satellite positioning system, most parts of the earth's surface can provide accurate positioning and high precision time base. GPRS in the GSM system is based on the introduction of new components which constitute the wireless data transmissio

7、n system. Its basic function is in the mobile terminal, GPRS networks and Internet networks within and between the router packet data transmission. According to the actual modern intelligent transportation systems, this paper designs a GPRS-based vehicle positioning system, the system uses single ch

8、ip as the processor, through the GPRS network to establish wireless communication link, the mobile terminal's GPS location information transmitted online Internet server, to achieve real-time monitoring online traffic information of all types to achieve a real-time monitoring traffic control cen

9、ter in the state, completed a vehicle positioning purposes. KEY WORDS:GPS vehicle location; Global Positioning System; Navigation目錄第1章 引言11.1 課題背景11.2 課題研究目的、意義及來源11.3 國內外發(fā)展現(xiàn)狀21.4 本文所做的主要工作3第2章 課題的相關理論和技術52.1 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)52.1.1 GPS系統(tǒng)組成52.1.2 GPS定位原理72.1.3 GPS特點82.1.4 GPS最新發(fā)展趨勢92.2 GPRS無線通信技術102.2.1 G

10、PRS技術出現(xiàn)原因及特點102.2.2 GPRS系統(tǒng)工作原理112.2.3 GPRS的發(fā)展122.2.4 GPRS應用現(xiàn)狀與局限12第3章 車載終端設計方案143.1 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構143.2 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程143.3 車載終端的總體設計思想153.3.1 車載終端的功能需求與分析153.3.2 車載終端的總體設計方案15第4章 車載終端的硬件系統(tǒng)設計174.1 電源模塊的設計174.2 GPS模塊設計184.3 GPRS 模塊194.4 單片機控制器20第5章 車載終端軟件的設計225.1 軟件設計概述225.2 總體功能分析22第6章 結論與展望25參考文獻26致謝27第1

11、章 引言1.1 課題背景隨著我國經濟的發(fā)展, 汽車行業(yè)已成為我國一個迅猛發(fā)展的巨大產業(yè)。經過多年的發(fā)展和培育, 我國GPS 車輛跟蹤定位系統(tǒng)市場現(xiàn)在已進入規(guī)模發(fā)展時期。尤其是北京市申奧及物流配送推動的GPS 車輛跟蹤市場的發(fā)展, 促使松下、健伍、阿爾派等國際汽車電子企業(yè)尋求國內地圖廠商作為合作伙伴,展開了對中國車載導航市場的爭奪; 國內企業(yè)也不示弱, 新科、上廣電、康佳等國內家電巨頭推出了車載導航產品及開發(fā)計劃。各路諸侯云集, 市場急劇升溫楊天軍，楊曉光. GPS/GIS車輛實時監(jiān)控調度系統(tǒng)研究. 城市交通. 2004年第一期 23-24。我國GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)應用走過了及其緩慢的發(fā)展道路。

12、1999年2004年,GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)市場出現(xiàn)了快速增長的勢頭，隨著我國GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的快速發(fā)展與全國普及，作為系統(tǒng)瓶頸問題的通信網絡，通過采用GSM公眾網的短消息服務，找到了新的出路。而在國外，這方面的研究早已開始并取得了一定的成果。像歐美、日本等國，利用GPS技術的自主導航產品非常普及。世界上有超過100家的公司正在研制各種各樣的GPS用戶接收機。其中車輛應用所占的比重最大夏紅霞，周宏，楊紅云. 基于GIS/GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)及關鍵技術. 微機發(fā)展. Vol.14 No.8 Aug.2004。1.2 課題研究目的、意義及來源改革開放以來，我國經濟始終處于高速發(fā)展的軌道上。水漲

13、船高，國人消費水平也呈現(xiàn)了飛速增長，汽車購買市場呈現(xiàn)出巨大的潛力。并且隨著我國加入WTO，眾多世界知名汽車生產廠商涌入我國建立汽車生產基地，又極大的提高了我國的汽車生產能力，從而導致我國汽車價格大幅下降，因此，在我國汽車進入千家萬戶就只是一個時間問題。可以預測，在一個相當長的時期內，我國汽車市場將呈現(xiàn)一片蓬勃發(fā)展的繁榮景象。但如此同時，因現(xiàn)在我國汽車防盜、防搶手段十分薄弱，犯罪分子往往就將價值不菲的機動車輛作為盜竊或搶劫作案的對象，廣大車主的生命和財產安全受到極大的威脅，社會影響極為惡劣。這樣的一種嚴峻形勢迫使車主、保險公司、公安部門都在迫切的尋求一種安全、快捷而有效的反偷盜、搶劫車輛的手段。

14、而GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)采用GPS衛(wèi)星定位技術，可以準確測定車輛位置，可謂是反偷盜、搶劫車輛的“殺手锏”。其次，由于近年來國內機動車輛的劇增，同時城市道路設施建設工作卻沒有呈同步的發(fā)展。因此，在我國絕大部分大中城市都存在著不同程度的交通擁擠和堵塞問題，給國人的工作、生活以及出行造成了極大的不便。以疏通交通和提高運輸能力為目的的宏觀交通控制己成為我國交通管理領域迫切的需求。此外，我國入世后國內市場逐步放開，物流業(yè)與通訊、保險和銀行等行業(yè)一起成為沖擊比較大的行業(yè)。信息化、網絡化、社會化是國際上現(xiàn)代物流企業(yè)的發(fā)展趨勢。但長期以來，我國的運輸資源利用不當、業(yè)內溝通不暢等問題一直困擾著我國物流行業(yè)的發(fā)展。并

15、且一些國內專家通過對西方一些發(fā)達國家進行考察發(fā)現(xiàn):發(fā)達國家公路的空駛率低，關鍵在于應用了信息管理技術，通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)對車輛進行有效的監(jiān)控和調度。因此，我國急待加強現(xiàn)代車輛監(jiān)控系統(tǒng)在物流行業(yè)中的應用，以優(yōu)化我國物流企業(yè)資源配置，提高其競爭力張元良，鄧華，杜晶. GPS車輛定位系統(tǒng)監(jiān)控軟件的關鍵技術分析與設計. 計算技術與自動化. 2003年3月：32-33。綜上所述，將車輛監(jiān)控系統(tǒng)運用于我國的交通運輸行業(yè)具有非常重要的現(xiàn)實意義，可以創(chuàng)造良好的社會效益和經濟效益。1.3 國內外發(fā)展現(xiàn)狀GPS車載監(jiān)控系統(tǒng)主要由三個部分組成:GPS車載終端、通信鏈路、監(jiān)控中心。其中GPS導航設備一般由國外幾個大的公

16、司開發(fā)生產，技術比較完善，己經標準化、系列化，可以作為一個模塊來使用。通信鏈路有多種實現(xiàn)方案，如無線電臺、微波網、集群通信網和GSM網等。我國先后利用GSM網和集群通信網分別建立了幾個車輛監(jiān)控調度系統(tǒng)，如上海的“981”路GPS公交定位系統(tǒng)等。但是在實際運營中，這些GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)都或多或少出現(xiàn)了一些設計問題，特別是在我國由于各種各樣的原因，國內興建的GPS車輛監(jiān)控服務系統(tǒng)真正具有實用價值的還非常少。究其原因，主要是國內GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)存在兩大“瓶頸”限制:容量小和實時性差張李勇，騰繼濤. 基于GPS的運營車輛監(jiān)控調度. 計算機工程. 2004年1月：22-24。從技術角度上來說，出現(xiàn)容量

17、小、實時性差的原因主要是通信鏈路的選用問題。以時間為序，車輛監(jiān)控系統(tǒng)采用的通信方案依次有無線電臺、集群通信網和GSM短信息服務。但從國內實際使用的情況來看，無論是無線電臺、集群通信網還是GSM短信息，效果都不理想。集群通信網有優(yōu)先等級，調度功能強，加密性能好，但同時規(guī)模經濟效益差，通信成本高，可靠性差。因此采用了GSM短信息服務，GSM網在規(guī)模和技術上優(yōu)勢明顯，同時還有漫游和越區(qū)切換功能，在廣域車輛監(jiān)控系統(tǒng)中占有很大優(yōu)勢。故而，在車載監(jiān)控系統(tǒng)中采用GSM短消息為通信手段的方案占有較大的市場，但實際上GSM短信息服務還是不能滿足GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據實時傳輸?shù)囊蟆Ｒ虼? 在GPRS 出現(xiàn)之后

18、, 車載衛(wèi)星定位開始轉向基于GPRS 的開發(fā)與應用。GPRS 是通用分組無線業(yè)務的簡稱, 是GSM 網絡的升級版, 也被稱作2.5 G 網絡。GPRS 已經成為在現(xiàn)有的基礎設施中以最少的投入、實現(xiàn)投資利潤最大化的一種最佳解決方案。GPRS 的技術特點表現(xiàn)在: 移動數(shù)據傳輸速率高, 最高可達17112 kbps ; 呼叫建立快, 只要手機登陸GPRS 網絡就可以一直在線; 收費低,GPRS 按流量收費, 而且可以包月; 支持突發(fā)、連續(xù)、高速和低速數(shù)據業(yè)務?；贕PRS 的車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)有著可實時監(jiān)測、通信費用低, 永遠在線等優(yōu)點, 有著廣泛的應用前景。1.4 本文所做的主要工作本課題是結合GP

19、S、GPRS和嵌入式系統(tǒng)等技術的綜合性工程實踐。在實際設計中，筆者的工作主要圍繞車載終端的軟硬件設計進行展開，研究內容涉及到GPS衛(wèi)星定位，GPRS移動通信，嵌入式系統(tǒng)應用等多個領域，大致可以分為理論研究和工程設計兩個階段。理論研究主要是指對GPS衛(wèi)星定位和GPRS無線傳輸?shù)睦碚撜J知。對于GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，著重研究GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的工作原理、數(shù)據處理、誤差分析和數(shù)據優(yōu)化等。對于GPRS無線通信網，重在GPRS網絡結構、系統(tǒng)的數(shù)據傳輸、網絡技術和性能分析等方面。設計是筆者的工作重點，其主要任務是通過GPRS無線通信平臺，實現(xiàn)GPS定位信息的實時傳輸，同時提供多種管理調度功能。因此，定位數(shù)據傳

20、輸?shù)膶崟r性是工程設計的核心所在。論文從硬件設計和軟件設計兩個方面闡述如何達到這個目標。硬件方面通過采用嵌入式系統(tǒng)、GPS衛(wèi)星采集模塊和GPRS無線通信模塊提供資源保障，軟件方面以嵌入式操作系統(tǒng)為基編寫各層程序完成系統(tǒng)各項功能。第2章 課題的相關理論和技術2.1 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 是英文Global Positioning System(全球定位系統(tǒng))的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是

21、美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。2.1.1 GPS系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)主要包括有三大組成部分即空間星座部分、地面控制部分和用戶接收部分。(1) GPS空間星座部分GPS的空間星座部分由24顆衛(wèi)星(3顆備用衛(wèi)星)組成。衛(wèi)星軌道分布在6個軌道面內，每個軌道上分布有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對地球赤道面的傾角約為55度，各軌道平面升交點的赤經相差60度。在相鄰軌道上，衛(wèi)星的升交距相差30度。軌道平均高度約為20200千米，衛(wèi)星運行周期為11小時58分。因此，在同一觀測站上，每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖形相

22、同，只是每天提前4分鐘。每顆衛(wèi)星每天約有5個小時在地平線以上，同時位于地平線上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時間和地點而異，最少4顆，最多可達11顆?？臻g部分的3顆備用衛(wèi)星，可在必要時根據指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，這對于保障GPS空間部分正常而高效的工作是極其重要的。圖2.1是GPS星座圖和衛(wèi)星照片。圖2.1 GPS星座圖和衛(wèi)星圖 衛(wèi)星向地面發(fā)射兩個波段的載波信號，載波信號頻率分別為L1波段（1.57542GHz）和L2波段（1.2276GHz）。衛(wèi)星上安裝了精度很高的原子鐘，以確保頻率的穩(wěn)定性；在載波上調制有表示衛(wèi)星位置的廣播星歷，用于測距的C/A代碼（粗捕獲碼）和P代碼（精碼），以及其它系統(tǒng)信息，能在全球范

23、圍內，向任意多用戶提供高精度的、全天候的、連續(xù)的、實時的三維測速、三維定位和授時。每顆衛(wèi)星在L波段的兩個頻率上連續(xù)發(fā)射用C/A代碼、P代碼調制的擴頻信號。為了接收來自衛(wèi)星的信息，GPS接收機必須了解各個衛(wèi)星固有代碼劉基余. GPS 衛(wèi)星導航定位原理與方法M . 北京:科學出版社,2003：30-32。(2)GPS地面控制部分地面控制部分是整個系統(tǒng)的中樞，由美國國防部管理，它由分布在全球的一個主控站、三個信息注入站和五個監(jiān)測站組成。對于導航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動態(tài)已知點。衛(wèi)星的位置是依據衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運動及其軌道的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上

24、的各種設備是否正常工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預定軌道運行，都要由地面設備進行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng)另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時間標準GPS時間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測各顆衛(wèi)星的時間，求出時鐘差，然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再以導航電文的形式發(fā)給用戶設備。(3) GPS用戶接收部分用戶接收部分主要由以無線電傳感和計算機技術支撐的GPS衛(wèi)星接收機和GPS數(shù)據處理軟件構成。GPS衛(wèi)星接收機能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文

25、，實時地計算出觀測站的三維位置，甚至三維速度和時間，最終實現(xiàn)利用GPS進行導航和定位的目的。2.1.2 GPS定位原理GPS定位是利用三點定位原理，即知道未知點到已知點的距離，未知點必然位于以已知點為球心、距離為半徑的球上，測出未知點和三個已知點的距離，則未知點在三個球圓周的相交處（為兩個點時，因有接收方向，故有一個處于接收背面的點可以舍去），從而準確的測出未知點的位置。實質為利用在平均2O200km高空均勻分布在6個軌道上的24顆衛(wèi)星發(fā)射測距信號碼和載波，用戶通過GPS接收機接收這些信號測量衛(wèi)星至接收機距離，通過一系列方程演算便可知地面點位置坐標李征航,黃勁松. GPS 測量與數(shù)據處理M .

26、 武漢:武漢大學出版社,2005：24-26。具體方法如下所述。根據高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為己知的起算數(shù)據，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。如圖2.2所示。圖 定 圖2.2 GPS定位原理示意圖假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據可以確定以下四個方程式:上述四個方程式中x、y、z和Vto為未知參數(shù)，其中di=cti（i1、2、3、4）。x、y、z為待測點空間直角坐標。Xi、Yi、Zi（i1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3和衛(wèi)星4在t時刻的空間坐標，可由GPS衛(wèi)星導航電文求得。Vti（i

27、1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3和衛(wèi)星4的原子鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。Vto為接收機的鐘差。di（i1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3和衛(wèi)星4到接收機的距離。ti（i1、2、3、4）分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3和衛(wèi)星4的信號到接收機所經歷的時間。c為信號的傳播速度（即光速）。把各項已知數(shù)據帶入上述方程組，即可求得待測點空間坐標x、y、z和接收機的鐘差Vto。2.1.3 GPS特點全球定位系統(tǒng)的主要特點：1、全球、 全天候工作。2、定位精度高。單擊定位精度優(yōu)于10m，采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。3、功能多，應用廣。GPS系統(tǒng)的特點：高精度、全天候、高效率、多功能

28、、操作簡便、應用廣泛等。1、定位精度高應用實踐已經證明，GPS相對定位精度在50KM以內可達10-6，100-500KM可達10-7，1000KM可達10-9。在300-1500M工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定得邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm,校差中誤差為0.3mm。2、觀測時間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內時，流動站觀測時間只需1-2分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。3、測站間無須通視

29、 GPS測量不要求測站之間互相通視，只需測站上空開闊即可，因此可節(jié)省大量的造標費用。由于無需點間通視，點位位置可根據需要，可稀可密，使選點工作甚為靈活，也可省去經典大地網中的傳算點、過渡點的測量工作。 4、可提供三維坐標 經典大地測量將平面與高程采用不同方法分別施測。GPS可同時精確測定測站點的三維坐標。目前GPS水準可滿足四等水準測量的精度。5、操作簡便 隨著GPS接收機不斷改進，自動化程度越來越高，有的已達“傻瓜化”的程度；接收機的體積越來越小，重量越來越輕，極大地減輕測量工作者的工作緊張程度和勞動強度。使野外工作變得輕松愉快。6、全天候作業(yè) 目前GPS觀測可在一天24小時內的任何時間進行

30、,不受陰天黑夜、起霧刮風、下雨下雪等氣候的影響。 7、功能多、應用廣 GPS系統(tǒng)不僅可用于測量、導航，還可用于測速、測時。測速的精度可達0.1M/S，測時的精度可達幾十毫微秒。其應用領域不斷擴大。GPS系統(tǒng)的應用前景當初，設計GPS系統(tǒng)的主要目的是用于導航，收集情報等軍事目的。但是，后來的應用開發(fā)表明，GPS系統(tǒng)不僅能夠達到上述目的，而且用GPS衛(wèi)星發(fā)來的導航定位信號能夠進行厘米級甚至毫米級精度的靜態(tài)相對定位，米級至亞米級精度的動態(tài)定位，亞米級至厘米級精度的速度測量和毫微秒級精度的時間測量。因此，GPS系統(tǒng)展現(xiàn)了極其廣闊的應用前景。 2.1.4 GPS最新發(fā)展趨勢車載導航系統(tǒng)的最新發(fā)展趨勢是利

31、用藍牙(Bluetooth)無線技術，接收車載GPS傳送過來的信號。這樣，車載系統(tǒng)只需要接收和處理衛(wèi)星信號，顯示裝置則負責地圖的存儲和位置的重疊。所以，如果已經有了掌上型電腦，只需要購買一個信號接收器和成圖軟件就可以了；掌上電腦就做到了一機多用。其實，很多手機已經具備了GPS的功能，若是加上了地圖的重疊功能，就可以變成一套移動導航系統(tǒng)。2.2 GPRS無線通信技術GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務的簡稱，它是2.5代移動通信系統(tǒng)，是GSM向3G的過渡。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket）式來傳輸，因此使用者所負擔的

32、費用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。 2.2.1 GPRS技術出現(xiàn)原因及特點GPRS是移動通信迅猛發(fā)展和數(shù)據無線傳輸需求雙重作用下催生的產物，這主要體現(xiàn)為：隨著3G標準的出臺和用戶對移動多媒體業(yè)務的需求急劇增長，現(xiàn)有的GSM網絡將不可避免地向3G演變，但是這個演變過程無法一蹴而就；隨著因特網應用的迅速增加，在全球范圍內，用戶對移動數(shù)據通信的需求也呈增長態(tài)勢，如何讓現(xiàn)有GSM網絡共享Internet上的資源的問題催生了GPRS技術；GSM網采用電路交換的方式傳輸數(shù)據，數(shù)據傳送速率受限于9.6Kbps的低水平，且費用過高

33、。隨著高速移動數(shù)據業(yè)務的增長，GSM不得不推出移動數(shù)據規(guī)范：HSCSD（高速電路交換數(shù)據業(yè)務）和GPRS（通用無線分組業(yè)務），其中GPRS應用前景被普遍看好。GPRS是GSM Phase 2+引入的非常重要的內容之一，與GSM電路交換相比，GPRS非常重要的優(yōu)點是引入了分組交換能力張守信,黃學德. GPS 技術與應用M . 北京:國防工業(yè)出版社,2004：12-14。利用GPRS進行數(shù)據傳輸具有如下特點：覆蓋范圍廣，GPRS是在現(xiàn)有的GSM網上進行升級，可充分利用全國范圍的蜂窩電話網絡，方便、快速、低成本的為用戶數(shù)據終端提供遠程接入網絡的服務；數(shù)據傳輸速度快，數(shù)據傳輸速度最高可達到173Kbp

34、s，是當前GSM網絡中電路數(shù)據交換業(yè)務速度的十幾倍，下一代GPRS業(yè)務的速度甚至可以達到384kbps，完全可以滿足用戶應用需求；快捷登錄，GPRS接入等待時間短，建立連接，平均耗時為兩秒；永遠在線，“永遠在線”或叫“實時在線”保持用戶分配的IP地址不變，即使沒有數(shù)據傳送，終端還一直與網絡保持聯(lián)系，使得訪問服務非常簡單、快速；按流量計費，計費是按照用戶收發(fā)數(shù)據的數(shù)據量來計算的，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據期間才占用無線資源，用戶在線，但沒有數(shù)據傳送時，是不收費的；切換自如，用戶在進行數(shù)據傳送時，不會影響語音通信。數(shù)據業(yè)務和語音業(yè)務的切換有兩種方式：手動和自動，具體形式依據不同終端而定；GPRS網絡

35、本身就是一個分組型數(shù)據網，支持TCPIP協(xié)議，無需經過PSTN等網絡的轉接，可直接與Internet網互通。2.2.2 GPRS系統(tǒng)工作原理GPRS是在GSM系統(tǒng)基礎上引入新的部件而構成的無線數(shù)據傳輸系統(tǒng)，它采用分組交換技術，能兼容GSM網絡并在網絡上更加有效的高速傳輸數(shù)據和信令。系統(tǒng)的原理如圖2.3所示。其中 SGSN-GPRS業(yè)務支持節(jié)點；PCU-分組控制單元GGSN-GPRS網關支持節(jié)點；PDN-分組數(shù)據網圖2.3 GPRS系統(tǒng)原理圖GPRS采用與GSM相同的頻段、相同的頻帶寬度、相同的突發(fā)結構、相同的無線調制標準、相同的跳頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結構。因此在GSM基礎上構建GPRS系

36、統(tǒng)時GSM系統(tǒng)中的絕大部分部件都不需要做硬件改動，只需作軟件升級。其過程為：、在GSM系統(tǒng)中引入三個主要組件，這三個主要組件是SGSN（GPRS業(yè)務支持節(jié)點）、GGSN（GPRS網關支持節(jié)點）和PCU（分組控制單元）。SGSN、GGSN又合稱為GSN（GPRS支持節(jié)點）。、對GSM系統(tǒng)中的相關部件進行軟件升級。2.2.3 GPRS的發(fā)展 根據歐洲ETSI的GSM第2階段的建議，GPRS分為兩個發(fā)展階段（即Phase 1和Phase2）。GPRS的Phase l階段將能支持下列功能和業(yè)務：1.TCPIP和X.25業(yè)務2.全新的GPRS空中接口加密技術3.GPRS附加業(yè)務4.增強型的短信業(yè)務（E一

37、SMS）GPRS分組數(shù)據計費功能，即根據數(shù)據量而采取計費上述功能業(yè)務中最顯著的是TCPIP和X.25功能。GSM網絡可以通過TCPIP和X.25為用戶提供電子郵件、WWW瀏覽、專用數(shù)據、LAN接入等業(yè)務。GPRS Phase 2階段的規(guī)范尚在制訂之中，它將能提供更多的新功能和新業(yè)務。2.2.4 GPRS應用現(xiàn)狀與局限以GPRS為基礎的無線數(shù)據系統(tǒng)有很廣泛的應用，GPRS網主要為用戶提供突發(fā)性的數(shù)據業(yè)務，GPRS應用可分為面向個人用戶的橫向應用和面向集團用戶的縱向應用。對于橫向應用，GPRS可以提供網上沖浪、電子郵件、文件傳輸、數(shù)據庫查詢、增強短消息等業(yè)務。對于縱向應用，它可以應用于車輛及智能調

38、度、證券和商業(yè)、PTM業(yè)務、公共安全業(yè)、遙測、遙感、遙控，還可以提供VPN（虛擬專用網）業(yè)務，降低公司建設自己的廣域網的費用。與當前非語音移動業(yè)務相比，GPRS是一種新型的授權移動業(yè)務，它可以在頻譜效率、容量和功能等方面提供較大的改善。但是GPRS尚有不少不足：小區(qū)總容量有限GPRS并不增加網絡現(xiàn)存小區(qū)總容量。只存在非常有限的無線資源可以分配給不同的用途用于一種就不能用于另一種用途。例如，語音和GPRS呼叫都使用相同類型的網絡資源。GPRS對容量影響的程度取決于預留用于GPRS使用的時隙個數(shù)。GPRS不能動態(tài)地管理信道分配，但是可以通過在GPRS信道上發(fā)送短消息來減輕高峰時間的信令信道負擔。因

39、此，需要SMS這種使用不同類型無線資源的承載作為補充。實際速率要比理論值低得多要獲得GPRS理論上171.2kbps的最大傳輸速率，必須要求單一用戶占用所有8個時隙，而且不能采取任何糾錯措施。很顯然，網絡運營商不可能允許一個GPRS用戶占用所有的時隙。此外，初始GPRS終端受到很大限制，只能支持一、兩個或三個時隙。因此GPRS用戶可用帶寬是非常有限的。這樣，GPRS的最大理論速度受到了網絡和終端約束因素的限制，也就是說，移動網絡的數(shù)據傳輸速度總要低于固定網絡。因此，相對較高的移動數(shù)據速率對于單個用戶來說是不可行的。支持GPRS MT（Mobile Terminated）終端得不到保證目前，還沒

40、有一代GPRS終端可以支持GPRS MT呼叫（即無線終止來電功能）。GPRS MT是否可用是對GPRS行業(yè)產生巨大影響的中心問題。從開始GPRS會話，用戶就已經確認同意對收到的業(yè)務內容付費，這可以通過使用集成在GPRS終端內的WAP微瀏覽器進行。然而，GPRS MT呼叫可能會允許未經請求的任意信息到達終端，而且移動用戶不得不為所接收到的無用信息付費。但是通過任何介質傳輸任意不需要的信息的可能性總是存在的，因此，在網絡方面提供例如GGSN（GatewayGPRS Support Node）或平臺收費政策等解決方案要優(yōu)于在所有的GPRS終端中集成某些不靈活的限制的方案。如果GPRS終端不能支持GP

41、RS MT，GPRS的可用性以及其商業(yè)價值將會受到威脅。GPRS固然有上述諸多不足之處，但是GPRS的出現(xiàn)，還是大大提高了數(shù)據無線傳輸速度，更好的滿足了人們隨時隨地訪問Internet的夢想。筆者相信隨著GPRS網絡功能的不斷完善，一定能為用戶提供更多更優(yōu)質的服務。第3章 車載終端設計方案3.1 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構車輛監(jiān)控系統(tǒng)是在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、公共移動通信網（GPRS）、互聯(lián)網（Internet）和地理信息系統(tǒng)（GIS）等現(xiàn)有技術基礎上開發(fā)的一套信息服務管理系統(tǒng)，以用于各種移動目標、固定目標的導航、定位和監(jiān)控。完整的車輛監(jiān)控系統(tǒng)主要由GPS車載終端、GPRS無線網絡和監(jiān)控中心

42、3部分構成。車輛監(jiān)控系統(tǒng)的整體結構如圖3.1所示。其中，車載終端包括ARM嵌入式系統(tǒng)，GPS衛(wèi)星數(shù)據采集模塊，GPRS無線通信模塊以及各種輔助擴展電路等；GPRS無線鏈路基于移動公司的GPRS移動通信公眾網，包括MSC基站控制器，SGSN業(yè)務支撐節(jié)點，GGSN網關支持節(jié)點等；監(jiān)控中心包括信息服務器和GIS數(shù)據庫。圖3.1 車載監(jiān)控系統(tǒng)原理圖3.2 車輛監(jiān)控系統(tǒng)的工作流程首先由車載終端設備上的GPS衛(wèi)星數(shù)據采集模塊采集到GPS定位數(shù)據，經過數(shù)據拆包得到車輛的地理坐標、時間等有效信息，該信息再經ARM嵌入式系統(tǒng)重新封裝處理之后，由GPRS無線通信模塊發(fā)送到GPRS無線通信網上。GPRS網絡根據相應

43、的協(xié)議在車載終端和接入因特網或GPRS網的監(jiān)控中心之間建立一條支持TCP/IP或UDP/IP的數(shù)據通道。監(jiān)控中心把通過這條數(shù)據通道傳送來的車輛位置數(shù)據通過GIS數(shù)據庫和WebGTS技術顯示在電子地圖上。同時，監(jiān)控中心通過該通道把與車輛現(xiàn)所在位置相關的地理信息傳送給車載終端，從而在車載終端的LCD顯示屏上予以顯示。此外，監(jiān)控中心還可以向車載終端發(fā)送控制指令和調度信息。3.3 車載終端的總體設計思想3.3.1車載終端的功能需求與分析為實現(xiàn)上述工作流程，首先要求車載終端能夠采集GPS衛(wèi)星定位數(shù)據并對該數(shù)據進行一定的運算處理和拆封處理，其次要能夠通過GPRS無線數(shù)據鏈路連接到IP數(shù)據網，訪問位于監(jiān)控中

44、心的服務器。除此之外要提供顯示面板，按鍵操作面板。滿足基本定位需求之后，應還可以擴展增值業(yè)務，提供諸如汽車防盜防搶劫報警，車載免提電話和短消息語音播放等功能。對于基本定位需求而言，衛(wèi)星數(shù)據采集可以通過GPS模塊實現(xiàn)，但是需要有一個可以控制的接口和具有較強計算能力的處理器來處理采集的數(shù)據。無線數(shù)據鏈路的物理層可以由GPRS模塊承載，但是需要有可以支持鏈路層和網絡層協(xié)議棧的軟硬件平臺。顯示面板可用液晶顯示模塊，操作面板可以通過簡單的數(shù)字邏輯電路實現(xiàn)。對于增值業(yè)務，汽車防盜防搶劫，可以設計專門的油路、電路控制單元，車載免提電話可以通過GPRS模塊實現(xiàn)，短消息語音播放也可以通過專用模塊實現(xiàn)。3.3.2

45、 車載終端的總體設計方案車載移動終端主要由四大部分組成: 電源模塊、GPRS 模塊、GPS 模塊、單片機。其中, 電源模塊為系統(tǒng)的各個部分供電, 滿足各個模塊對電源的不同需求。GPS 模塊接收衛(wèi)星信號, 把處理好的坐標、航速、航向等信息通過串口傳片機。GPRS 模塊建立無線通訊鏈路, 把單片機要發(fā)送的數(shù)據通過GPRS 網絡傳到控制中心。單片機對整個系統(tǒng)進行控制, 接收GPS 的數(shù)據將其打包發(fā)送, 并且內建PPP、IP、TCP、UDP 等網絡協(xié)議。此外, 系統(tǒng)還提供緊急呼救和防盜功能。司機在遇到劫持等危機情況可以觸發(fā)安裝在隱蔽位置的開關,向控制中心發(fā)出求救信號。如果汽車被盜, 控制中心可以切斷汽

46、車油路, 并根據定位信息迅速確定汽車位置幫車主找回汽車。圖3.2 車載移動終端的系統(tǒng)框圖第4章 車載終端的硬件系統(tǒng)設計4.1 電源模塊的設計系統(tǒng)中的各個模塊對電源的要求不同, 系統(tǒng)需要提供59 V的電源。其中單片機對電源要求較低, 工作電壓4.55.5 V , 電流峰值50 mA ; GPRS 模塊對電源的要求是3.34.8 V。尤其在GPRS 模塊進行上行鏈接和發(fā)送頻繁而引起電壓衰落的時候, 電源必須要提供2 A 的峰值電流, 而電壓不能低于3.3 V。否則, GPRS 模塊無法正常工作; GPS 模塊需要兩路單獨的電源供電。一路為GPS 模塊的射頻信號電路提供電源, 一路為基帶信號電路提供

47、電源。這樣做是因為射圖4.1 GPS基帶供電電路a頻電路對電源電壓波紋的控制要求極高, 電源電壓的峰- 峰值要小于2 mV , 如果射頻電路與基帶電路共用一路電源, 那么射頻電路會受到基帶電路的干擾。我們?yōu)镚PS 模塊選用為此,具體設計如圖4.1、4.2、4.3所示。選用HDZ10 - 12S05 電源模塊和LM2987 電源芯片以滿足各模塊對電源的需求。圖4.2 GPS基帶供電電路b 圖4.3 GPS射頻供電電路4.2 GPS模塊設計GPS 模塊選Fast Rx 公司的iTtax02GPS 接收模塊。該模塊有著體積小、功耗低的特點。模塊的體積只有26mm ×26mm×41

48、7mm , 通過一個40 針的接插件與車載終端主板連接?？梢杂行p小車載終端的主板面積。模塊的外圍電路簡單, 通過UART 接口與單片機進行通信。電路設計如圖4.4?？紤]到射頻接口問題, 模塊RF 信號的線的阻抗要求為50 ohm , 在PCB材料為FR4 , PCB 厚度為018 mm 的情況下, 接口到天線的走線寬度應為16 mm。 圖4.4 GPS模塊電路設計圖4.3 GPRS 模塊GPRS 模塊選用西門子公司的MC35i 。MC35i 通過40 針的ZIF 接口與主板相連。接口的1 - 5 腳為電源, 6 - 10 腳是地線, 15 腳是IGI 模塊啟動信號, 31腳是關閉信號。16

49、23腳是RS232 接口, 單片機就是通過這個接口與MC35i 進行通信, 控制MC35i 的工作。25 - 29 腳與SIM 卡相連4 - 5。MC35i模塊的接口電路如圖4.5所示。32 腳是模塊的工作狀態(tài)指示信號, 通過這個信號控制一個發(fā)光二極管我們可以很容易觀察MC35i 的工作狀態(tài)。 圖4.5 MC35i 接口電路4.4 單片機控制器主控制器采用華邦W77E58 單片機, 它有兩個UART 接口, 片上集成了1k 的外部數(shù)據RAM。由于處理TCP/ IP 數(shù)據報占用內存量大; 同時為保存GPRS 設置參數(shù), 在系統(tǒng)關閉情況下數(shù)據不丟失, 系統(tǒng)還擴展了32kRAM 和一個IC 總線的E

50、2 PROM。該控制器有兩個UART 接口, 分別與GPS 模塊和GPRS 模塊進行通信。系統(tǒng)框圖如圖4.6所示。圖4.6 單片機系統(tǒng)框圖 第5章 車載終端軟件的設計5.1 軟件設計概述車載系統(tǒng)的初始化主要包括GPS模塊的初始化, GPRS模塊的初始化, 顯示模塊的初始化以及特殊功能寄存器的初始化。GPS的初始化主要是設置接收數(shù)據的模式。GPRS的設置要復雜一些，為了保證通訊的順利進行，要正確的設置所有連接端口的串口波特率，保持他們的一致；然后進行撥號設置，通過GPRS使系統(tǒng)連接到網絡上，再進行通訊雙方的端口匹配，并進行TCP連接，成功后便可以接受和發(fā)送數(shù)據（在此系統(tǒng)中我們將車載部分作為通信的

51、客戶端, 監(jiān)控中心作為服務器端。）系統(tǒng)初始化完畢以后，程序應當進入循環(huán)和等待中斷階段，當有外部中斷和串口中斷時進行相應的中斷處理。當GPRS觸發(fā)串口中斷時, 進入串口中斷服務程序, 判斷是讀取信息還是發(fā)送信息, 如果是發(fā)送, 則將要發(fā)送的信息打包成所規(guī)定的幀格式發(fā)送出去, 如果是讀取, 則對收到的信息進行解釋, 執(zhí)行相應的操作。5.2 總體功能分析車載終端的軟件設計主要集中在各層網絡協(xié)議的實現(xiàn)。網絡協(xié)議層次結構如圖5.1所示, PPP 協(xié)議主要用于創(chuàng)建連接; IP協(xié)議層主要作用是為上層提供無連接和不可靠的包交換服務,該協(xié)議體現(xiàn)在一個Internet 數(shù)據包中; TCP 層的作用是提供面向連接的

52、端到端的無差錯的報文傳送。圖5.1 網絡協(xié)議層次結構PPP 協(xié)議是對使用PPP 連接提供傳輸多種協(xié)議報文的標準方法, 各種協(xié)議的報文最后被封裝在PPP 數(shù)據包中, 由物理層送出, 在這里由MC35i 模塊送出。圖5.2描述了用戶數(shù)據的封裝流程。PPP 由三部分組成:(1) 對各協(xié)議封裝成PPP 數(shù)據包的方法;(2) 建立連接、配置和測試數(shù)據連路的LCP 協(xié)議;(3) 建立的配置不同網絡層協(xié)議的NCP 協(xié)議組。 圖5.2數(shù)據封裝流程圖1圖5.3 單片機程序流程圖單片機的整體程序設計包括模塊的初始化和數(shù)據的封裝發(fā)送及報文解析, 各子程序在設計時要保證其能夠協(xié)調工作和較高的可靠性。程序要能夠對一些錯

53、誤進行處理, 以減少網絡通訊負擔, 如連接超時、接收數(shù)據錯誤等。具體程序的流程如圖5.3所示。 第6章 結論與展望本文介紹的車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)結構簡單容易實現(xiàn), 硬件成本低廉而且可以達到較高的可靠性, 可用來對車輛進行定位和跟蹤。在測試運行中該系統(tǒng)工作穩(wěn)定, 各項指標達到設計要求。由于系統(tǒng)采用GPRS 方式傳輸數(shù)據, 運營成本低。該系統(tǒng)可以用來對車輛進行監(jiān)控管理, 并在汽車的防盜上起到一定作用, 可以廣泛應用于公交車、出租車的管理。同時對專業(yè)汽車運輸公司承擔向全國銷售市場進行物流配送、遠程監(jiān)控管理, 提供了技術基礎。隨著GPRS 網絡的不斷改善和通信費用的進一步降低, 相信該系統(tǒng)將有更廣闊的應用前景。汽車是現(xiàn)代文明社會中與人關系最密切的一種交通工具。據統(tǒng)計,僅幾個發(fā)達國家的汽車保有量已達數(shù)億輛。我國民用汽車數(shù)量也在與日俱增。因此車輛導航將成為未來20 年中全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)應用最大的潛在市場之一。在我國,特種車輛約有幾十萬輛。有關部門要求先對運鈔車、急救車、救火車、巡警車、迎賓車等特種專用車輛實現(xiàn)全程監(jiān)控、引導和指揮。車載GPS 導航設備在應用上的發(fā)展方向,應當著重發(fā)展多衛(wèi)星系統(tǒng)、遠距離監(jiān)控以及多功能顯示等幾個方面?？梢哉f, GPS 導航定位在公安、交通系統(tǒng)中的應用前景是非常廣闊的。在開發(fā)車輛導航應用的同時,也將帶動與其相關的通信技術、信息技術、控制