車輛定位控制系統的設計

　　引言

　　隨著現代社會的快速發展，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。如何實現對車輛的實時監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了車輛定位控制系統，此系統大大方便了車主對車輛的狀態進行監測與控制。

　　1.車輛定位控制系統的功能

　　車輛定位控制系統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，車輛定位控制系統的功能如下：

　　1)信息采集功能

　　車輛定位控制系統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)數據存儲功能

　　可以存儲車輛ID號、停車前5分鐘的速度信息以及連續行車時間等信息。

　　3)數據傳輸功能

　　可以將采集到的車輛實時信息通過GPRS發送指定的目標PC機上以及特定手機上，便于車主實時監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.系統硬件設計

　　系統以單片機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。系統框圖見圖1。

　　圖1系統框圖

　　2.1單片機單元

　　系統采用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集成寄存器和常數發生器，可使單片機實現最大化的代碼效率;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模塊輸出的數據信息，分析并且提取接收到的有效信息數據，一方面對數據進行存儲，另一方面將信息通過GPRS模塊發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星導航定位系統，可向全球用戶提供連續、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，已被廣泛用于軍事、經濟、地理信息測控及其他領域。GPS定位系統由三個部分組成：GPS衛星星座(空間部分)、地面監控系統(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、低功耗的智能型衛星接收模塊或稱作衛星接收引擎，它采用美國瑟孚SiRFstarIII公司所設計的第三代衛星定位接收芯片，是一個完整的衛星定位接收器具備全方位功能。其系統結構如圖2，GPSAntenna(GPS天線)接收衛星信號，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系統結構圖

　　2.3GPRS模塊

　　2.3.1GPRS概述

　　GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用無線分組業務的簡稱，是一種基于GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)系統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規范實現的內容之一，能提供比現有GSM網9.6kbit/s更高的數據率。GPRS采用與GSM相同的頻段、頻帶寬度、突發結構、無線調制標準、調頻規則以及相同的TDMA幀結構。因此，在GSM系統的基礎上構建GPRS系統時只需要增加部分硬件設備和軟件升級即可。構建GPRS系統的方法：1)GPRS是在現有的GSM網絡基礎上實現的，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的數據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)按數據流量計費，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，提供了與現有數據網的無縫連接。(6)GPRS支持基于標準數據通信協議的應用，可以和IP網、X.25網互聯互通。(7)GPRS的設計使得它既能支持間歇的爆發式數據傳輸，又能支持偶爾的大量數據的傳輸。

　　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。實現車輛定位控制系統與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模塊的數據接收端口與數據輸出端口，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為串行數據輸入輸出接口;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。