車輛定位控制系統(tǒng)的設計

　　引言

　　隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，私家車普及程度不斷提高。目前，私家車已經成為廣大市民出行必不可少的交通工具。但是隨之而來的車輛安全問題卻時時困擾著廣大車主，例如車輛失竊等。如何實現(xiàn)對車輛的實時監(jiān)測以及控制是目前車主普遍急于解決的問題，針對這一問題我們開發(fā)了車輛定位控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)大大方便了車主對車輛的狀態(tài)進行監(jiān)測與控制。

　　1.車輛定位控制系統(tǒng)的功能

　　車輛定位控制系統(tǒng)可以向車主實時提供車輛的位置信息，安全狀況以及車輛目前的狀態(tài)，車輛定位控制系統(tǒng)的功能如下：

　　1)信息采集功能

　　車輛定位控制系統(tǒng)可以準確無誤的采集車輛的實時信息(如經度、維度、速度、方向等)。

　　2)數(shù)據(jù)存儲功能

　　可以存儲車輛ID號、停車前5分鐘的速度信息以及連續(xù)行車時間等信息。

　　3)數(shù)據(jù)傳輸功能

　　可以將采集到的車輛實時信息通過GPRS發(fā)送指定的目標PC機上以及特定手機上，便于車主實時監(jiān)控車輛的位置以及狀況。另外車主還可以通過PC機或者手機對車輛定位控制系統(tǒng)下達控制命令。例如，停車、斷油等操作，以保證車輛在失竊后還能對車輛進行有效控制。

　　2.系統(tǒng)硬件設計

　　系統(tǒng)以單片機MSP430F147為核心控制器，集成GPS模塊、GPRS模塊、串行存儲器模塊和電源管理模塊。系統(tǒng)框圖見圖1。

　　圖1系統(tǒng)框圖

　　2.1單片機單元

　　系統(tǒng)采用TI公司的MSP430F147單片機作為核心控制器[1]，此款單片機具有16位的CPU集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器，可使單片機實現(xiàn)最大化的代碼效率;集成JTAG，支持在線編程;兩個通用全雙工串行同步/異步通信接口;6個8位I/O口;外部中斷輸入接口。單片機串口0負責接收GPS模塊輸出的數(shù)據(jù)信息，分析并且提取接收到的有效信息數(shù)據(jù)，一方面對數(shù)據(jù)進行存儲，另一方面將信息通過GPRS模塊發(fā)送到指定的目標地址。

　　2.2GPS模塊

　　2.2.1GPS概述

　　GPS(GlobalPositioningSystem)是美國研制的新一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，可向全球用戶提供連續(xù)、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。它是目前世界上精度高的一種導航系統(tǒng)，已被廣泛用于軍事、經濟、地理信息測控及其他領域。GPS定位系統(tǒng)由三個部分組成：GPS衛(wèi)星星座(空間部分)、地面監(jiān)控系統(tǒng)(地面控制部分)以及GPS信號接收機(用戶設備部分)。

　　2.2.2GPS模塊介紹

　　GPS采用GS-87模塊[2]，它是一個高效能、低功耗的智能型衛(wèi)星接收模塊或稱作衛(wèi)星接收引擎，它采用美國瑟孚SiRFstarIII公司所設計的第三代衛(wèi)星定位接收芯片，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器具備全方位功能。其系統(tǒng)結構如圖2，GPSAntenna(GPS天線)接收衛(wèi)星信號，將微弱的電磁波能轉化為相應電流。電流經過LNA(低噪音放大器)被放大，在通過filter濾波器將其變頻處理，送入SIRFStarIII(由GRF3W和GSP3組成)進行處理，將處理后的信號通過串口與單片機進行連接。用戶通過對單片機的軟件編程控制，將GPS接收到的信息進行處理，提取出對用戶有用的信息。

　　圖2系統(tǒng)結構圖

　　2.3GPRS模塊

　　2.3.1GPRS概述

　　GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用無線分組業(yè)務的簡稱，是一種基于GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)系統(tǒng)的無線分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接;是GSMPhase2.1規(guī)范實現(xiàn)的內容之一，能提供比現(xiàn)有GSM網9.6kbit/s更高的數(shù)據(jù)率。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發(fā)結構、無線調制標準、調頻規(guī)則以及相同的TDMA幀結構。因此，在GSM系統(tǒng)的基礎上構建GPRS系統(tǒng)時只需要增加部分硬件設備和軟件升級即可。構建GPRS系統(tǒng)的方法：1)GPRS是在現(xiàn)有的GSM網絡基礎上實現(xiàn)的，在GSM網絡中引入了3個主要組件：GPRS服務支持結點(SGSN，ServingGPRSSupportingNode)、GPRS網關支持結點(GGSN，GatewayGPRSSupportingNode)以及分組控制單元(PCU，PackageControlUnit)。2)對GSM的相關部件進行軟件升級。

　　GPRS的數(shù)據(jù)傳輸具有以下幾個特點：

　　(1)采用的時分組交換技術的通信方式。(2)按數(shù)據(jù)流量計費，而不是按在線時長計費。(3)傳輸速率高。(4)永遠在線。(5)GPRS網絡接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網的無縫連接。(6)GPRS支持基于標準數(shù)據(jù)通信協(xié)議的應用，可以和IP網、X.25網互聯(lián)互通。(7)GPRS的設計使得它既能支持間歇的爆發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸，又能支持偶爾的大量數(shù)據(jù)的傳輸。

　　2.3.2GPRS模塊介紹

　　GPRS模塊采用西門子公司的MC52i模塊[3]，它是車輛定位控制系統(tǒng)與PC機以及手機建立通信的重要部分。通過GPRS模塊一方面可以將GPS模塊采集到的車輛位置信息(如時間、經度、緯度、速度、方向等)實時發(fā)送到PC機上;另一方面還可以接收來自PC機的控制命令。實現(xiàn)車輛定位控制系統(tǒng)與PC機以及手機的雙向通信。

　　2.3.3GPRS接口電路設計

　　MC52i模塊與MSP430F147通過串口以及信號控制引腳相連，電路連接圖如圖3所示。MC52i的26-30引腳為電源電壓的輸入端，輸入電壓范圍為3.3V～4.8V，峰值負載電流為2A。MC52i模塊的TXD0與RXD0分別為MC52i模塊的數(shù)據(jù)接收端口與數(shù)據(jù)輸出端口，分別連接到單片機串口(UART1)的TXD1與RXD1。MC52i的1-6引腳為外接SIM卡提供了標準的接口，其中CCGND和CCVCC為SIM卡提供工作電壓;CCCLK信號為SIM卡提供時鐘脈沖信號;CCIO為串行數(shù)據(jù)輸入輸出接口;CCRST信號為SIM卡復位信號;CCIN引腳主要用來檢測SIM卡是否插入SIM卡卡座中。