引 言

　　基于GPS/ GPRS 的車輛監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)開始應(yīng)用是在20 世紀(jì)90 年代初， 在2000 年后才逐漸出現(xiàn)了較成熟的產(chǎn)品。目前很多的導(dǎo)航定位產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞經(jīng)]有得到優(yōu)化， 不能做到以較少的流量完成相對(duì)實(shí)時(shí)穩(wěn)定的監(jiān)控任務(wù)， 影響整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。

　　本文從系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的角度介紹基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)GPS 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)， 選用GPRS 網(wǎng)絡(luò)為主GSM 通訊方式為輔的通訊方式， 這種通訊方式穩(wěn)定性強(qiáng)， 面對(duì)將來(lái)的3G 網(wǎng)絡(luò)可平滑技術(shù)升級(jí)， 耗費(fèi)流量較少， 同時(shí)GPRS 網(wǎng)絡(luò)支持TCP/ IP 協(xié)議， 使得無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸變得更加輕松，更容易擴(kuò)展功能。

　　GPRS（ 通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)） 是在現(xiàn)有的GSM 網(wǎng)絡(luò)上開通的一種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)， 相比原來(lái)GSM 撥號(hào)方式的數(shù)據(jù)交換傳送方式， 具有“永遠(yuǎn)在線”、“ 按流量計(jì)費(fèi)”、“快捷登錄”、“ 支持TCP/ IP 協(xié)議”、“適用于中小數(shù)據(jù)量傳輸”等優(yōu)點(diǎn)。GPRS 系統(tǒng)在GSM 基礎(chǔ)上， 增加了分組控制單元（ PCU ） 、服務(wù)GPRS 支持節(jié)點(diǎn)SGSN （ serving GPRS support node） 、網(wǎng)關(guān)GPRS 支持節(jié)點(diǎn)GGSN （ gateway GPRSsuppor t node） 等網(wǎng)元設(shè)備。

　　1 車輛監(jiān)控系統(tǒng)總體及通訊通道

　　車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)包括服務(wù)器、監(jiān)控服務(wù)終端、車載終端以及外圍網(wǎng)頁(yè)瀏覽器管理器和用戶手機(jī)管理器。各個(gè)部分以服務(wù)器為中心， 通過GSM/ GPRS 網(wǎng)絡(luò)以及Internet 網(wǎng)絡(luò)組織起來(lái)配合工作， 完成車輛實(shí)時(shí)監(jiān)控管理等功能。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

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圖1? 車輛監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　車載終端集成控制芯片（ MCU ） 、GPS 定位模塊、GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊以及語(yǔ)音模塊等周邊設(shè)備。GPS 定位模塊采集定位信息， 通過串口發(fā)送給MCU, MCU 分析打包后通過串口發(fā)送給GPRS 模塊， 完成信息的采集、分析、傳送流程。

　　數(shù)據(jù)傳輸中， GPRS 網(wǎng)絡(luò)與Internet 網(wǎng)絡(luò)共同搭建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸通道， 車載機(jī)與監(jiān)控中心之間維持3 條通信通道：

　　1） T CP 協(xié)議命令通道——采用T CP 協(xié)議ASCII 方式編碼傳送。

　　2） T CP 協(xié)議數(shù)據(jù)通道——數(shù)據(jù)以二進(jìn)制編碼傳送， 與命令通道信息在同一SOCKET 傳送。

　　3） UDP 協(xié)議數(shù)據(jù)通道——實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)以UDP 協(xié)議采用二進(jìn)制編碼傳送。

　　服務(wù)器申請(qǐng)靜態(tài)IP 地址， 開放相應(yīng)的TCP 及U DP端口， 開啟線程完成數(shù)據(jù)接收存儲(chǔ)工作。

　　2? 數(shù)據(jù)采集傳輸協(xié)議與AT命令

　　2. 1? GPS 數(shù)據(jù)采集及NMEA??0183 協(xié)議

　　GPS 模塊， GPS 信號(hào)接收機(jī)和設(shè)備軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的GPS 模塊。車載終端GPS定位模塊選擇了RoyalTek 公司的REB??1315LPX, 根據(jù)NMEA-0183 協(xié)議完成GPS 定位信息的采集。

　　NMEA-0183 協(xié)議， NMEA 即Nat iONal Mar ine Electronics Associat ion, 是美國(guó)國(guó)際海洋電子協(xié)會(huì)的縮寫。

　　NMEA-0183 協(xié)議是該組織為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式， NMEA??0183 協(xié)議語(yǔ)句采用ASCI I 碼， 串行通信默認(rèn)參數(shù)為， 波特率4 800 bps, 8 位數(shù)據(jù)位， 1 位開始位， 1 位停止位， 無(wú)奇偶校驗(yàn)位。其包含的語(yǔ)句種類有： GPGGA,GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPV TG.系統(tǒng)采用GPRMC格式， 可以完成所需定位信息的采集。

　　2. 2? GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊及AT 命令

　　GPRS 數(shù)據(jù)傳輸模塊選擇SIMComWirelESS SolutionLtd 開發(fā)的一款緊湊型雙頻GSM/ GPRS 無(wú)線通信模塊SIM900A.工作頻率為GSM/ GPRS 900/ 1 800 MHz, 其在GPRS 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接條件下， 可嵌入TCP/UDP 協(xié)議、FTP/ HTT P 等協(xié)議的數(shù)據(jù)通信， 數(shù)據(jù)下行速率最大可達(dá)到85. 6 kbps.

　　AT 指令集是從終端設(shè)備T E（ terminal equipment） 或數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（ data terminal equipment） 向終端適配器TA（ terminal adapter ） 或數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCE（ datacircuit terminal equipment） 發(fā)送的。通過T A, T E 發(fā)送AT 指令來(lái)控制移動(dòng)臺(tái)MS（mobile st ation） 的功能。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸中用到的AT 命令有如下幾種：

　　AT + CMGF= 1 設(shè)置消息內(nèi)容為文本模式；

　　AT + CMGS = " 138xxxxxxxx"短消息發(fā)送目標(biāo)號(hào)碼；

　　AT + CIPST ART = "T CP/U DP", "120. 192. 209.83", "8030"

　　TCP/ UDP 方式連接服務(wù)器， 服務(wù)器IP 為120. 192.209. 83, 端口為8030;

　　AT + CIPSEN D , 發(fā)送數(shù)據(jù)指令；

　　數(shù)據(jù)內(nèi)容+ 0x0A , 輸入數(shù)據(jù)內(nèi)容并以0x0A 為數(shù)據(jù)結(jié)尾；

　　AT + CIPCLOSE, 關(guān)閉連接；

　　AT + CIPSHUT, 關(guān)閉移動(dòng)場(chǎng)景；

　　2. 3? 套接字Socket

　　socket, 用于描述IP 地址和端口， 是一個(gè)通信鏈的句柄。服務(wù)打開一個(gè)Socket, 并綁定到一個(gè)端口上， 不同的端口對(duì)應(yīng)于不同的服務(wù)。一般Socket 有2 種： 流式Socket（ SOCK _ STREAM ） 和數(shù)據(jù)報(bào)式Socket （ SOCK _DGRAM） .流式是一種面向連接的S ocket , 針對(duì)于面向連接的TCP 服務(wù)應(yīng)用； 數(shù)據(jù)報(bào)式Socket 是無(wú)連接的Socket, 用于UDP 服務(wù)應(yīng)用。

　　在車載終端和服務(wù)器程序中， 定義了不同協(xié)議格式的2 種Socket（ SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM） .Socket作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 通過T CP/U DP 協(xié)議完成數(shù)據(jù)發(fā)送接收。

　3? 車載模塊與服務(wù)器通訊模塊軟件設(shè)計(jì)

　　軟件部分設(shè)計(jì)主要包括車載模塊通訊軟件和服務(wù)器軟件通訊模塊設(shè)計(jì)。

　　3. 1? 車載模塊通訊軟件設(shè)計(jì)

　　1） 車載終端處理器芯片

　　車載模塊的處理器選擇芯唐M0516 處理器， 車載終端內(nèi)部通訊包括MCU 與GPS 模塊、GPRS 模塊、以及周邊模塊的數(shù)據(jù)傳輸。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸都通過串口完成。以下代碼為初始化串口中斷， 并使能收發(fā)中斷， 中斷服務(wù)函數(shù)：

　　Void init _ 1315 （ PFN _DRVU ART _CA LLBA CK GPS _

　　INT _HANDLE）

　　{

　　STR_U ART_T sParam;

　　UNLOCKREG（ ） ;

　　SY SCLK??> PWRCON . XT L12M_EN= 1;

　　/ * 設(shè)置串口1 功能引腳* /

　　DrvGPIO_Init Funct ion（ E_FUNC_UA RT 0） ;

　　/ * 串口通信設(shè)置* /

　　sParam. u32BaudRat e= 9 600;

　　sParam. u8cDataBits= DRV UART_DAT ABIT S_8;

　　sParam. u8cSt opBits= DRVU ART _ST OPBIT S_1;

　　sParam. u8cPar ity= DRVUART _PARIT Y_N ONE;

　　sParam. u8cRxTriggerLevel = DRVU ART _ FIFO _1BYTES;

　　while （DrvUART _ Open （ UART _ PORT 0,& sParam） ! = E_SUCCESS） ;

　　DrvU ART _EnableInt（ U ART _PORT0, DRVU ART _RDAINT , GPS_IN T_HANDLE） ;

　　}

　　MCU 通過響應(yīng)串口的中斷， 完成車載終端內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸過程。

　　2） GPS 模塊接收數(shù)據(jù)

　　GPS 模塊采用REB??1315LPX 模塊， 其讀取定位信息流程如下圖2 所示。

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圖2 REB-1315LPX 模塊數(shù)據(jù)的讀取方法

　　代碼較多， 具體實(shí)現(xiàn)函數(shù)不在此處詳述。

　　（3）GPRS 模塊的通訊程序

　　GPRS 模塊與處理器的通信是通過串口完成的， 處理器向GPRS 模塊發(fā)送AT 指令以及數(shù)據(jù)。GPRS 模塊連接網(wǎng)絡(luò)后利用TCP/U DP 協(xié)議與調(diào)度中心服務(wù)器進(jìn)行無(wú)線通信。

　　3. 2 服務(wù)器軟件通訊模塊設(shè)計(jì)

　　服務(wù)器程序運(yùn)用VC+ + 6. 0 為開發(fā)平臺(tái)， 服務(wù)器程序通訊模塊首先定義多組Socket 與其地址結(jié)構(gòu)sockaddr_in, 然后根據(jù)需要調(diào)用通訊函數(shù)完成節(jié)點(diǎn)間通訊。

　　WSA DAT A wsaDat a; / / 根據(jù)版本通知操作系統(tǒng)， 啟用相應(yīng)版本的DLL 庫(kù)

　　/ / 地址結(jié)構(gòu)賦值：

　　serv. sin_addr. s_addr= h tonl（ INADDR_ANY） ;

　　serv. sin_family= AF_INET ;

　　serv. sin_por t= htons（ 8030） ; / / 取端口號(hào)為8030

　　addlen= sizeof（ serv） ;

　　sock_T = socket（ AF_INET , SOCK_ST REAM, 0） ;

　　sock_U= socket（A F_IN ET, SOCK_DGRAM, 0） ;

　　bind （ sock _ U , （ struct sockaddr * ） & srv, s izeof（srv） ） ; / / 綁定地址與端口

　　listen（ sock_T , 500） ; / / 監(jiān)聽T CP 端口

　　accept（ dlg-> sock_T, （ sockaddr* ） & （ dlg??> serv） ,& （ dlg-> addlen） ） ; / / 接受連接請(qǐng)求

　　AfxBeginT hread（& t hread, 0） ; / / 啟動(dòng)監(jiān)聽及數(shù)據(jù)傳輸線程

　　線程中調(diào)用recv（ ） 函數(shù)和send（ ） 函數(shù)， 完成數(shù)據(jù)收發(fā)任務(wù)。

　　4? 實(shí) 驗(yàn)

　　設(shè)置車載機(jī)目標(biāo)服務(wù)器IP 地址和端口號(hào)后加電， 車載機(jī)通過GPRS 網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送連接請(qǐng)求， 服務(wù)器收到連接請(qǐng)求后， 建立連接并根據(jù)SIM 卡號(hào)和車載機(jī)編號(hào)識(shí)別車輛， 按照一定格式打包車輛GPS 并信息定時(shí)回傳， 服務(wù)器將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)完成數(shù)據(jù)采集， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

　　圖3 為車載終端通過TCP 協(xié)議A SCII 碼通道回傳的一條定位信息， 此通道數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定且不需要對(duì)數(shù)據(jù)解碼， 耗費(fèi)流量較大。

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圖3? TCP 協(xié)議ASCI I 通道回傳信息

　　圖4 為車載終端通過TCP 協(xié)議二進(jìn)制編碼通道回傳的一條定位信息， 二進(jìn)制解碼后為以“ $ ”開頭的定位信息。此通道傳輸穩(wěn)定， 需要對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)解碼， 流量相對(duì)較小。

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圖4? TCP 協(xié)議ASCI I 通道回傳信息

　　圖5 為車載終端通過UDP 協(xié)議二進(jìn)制編碼通道回傳的一條定位信息。此通道為不可靠傳輸， 二進(jìn)制數(shù)據(jù)需要解碼， 相對(duì)于T CP 協(xié)議回傳包簡(jiǎn)化了包頭， 節(jié)省流量， 在系統(tǒng)中為主用數(shù)據(jù)傳輸通道， 用于定時(shí)（ 此處設(shè)置30S） 回傳數(shù)據(jù)。

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圖5? TCP 協(xié)議ASCII 通道回傳信息

　　服務(wù)終端調(diào)出GPS 回傳數(shù)據(jù)并與GIS 系統(tǒng)結(jié)合， 完成車輛信息的分析， 為車輛提供定位、監(jiān)控、管理服務(wù)。圖6 為監(jiān)控終端對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的監(jiān)控結(jié)果。

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圖6? TCP 協(xié)議ASCII 通道回傳信息

　　5? 結(jié)束語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)基于GPS 和GPRS 的嵌入式車輛監(jiān)控系統(tǒng)的整個(gè)通訊方式及流程， 可以穩(wěn)定、低成本并且相對(duì)實(shí)時(shí)的完成車載終端的定位信息回傳任務(wù)， 從而有效的為車輛提供車輛信息的監(jiān)控管理、信息記錄、車輛導(dǎo)航、調(diào)度以及防盜等功能。21 世紀(jì)是通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)成熟運(yùn)用的時(shí)代， 移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展到第三代， 基于GPRS 網(wǎng)絡(luò)與Internet 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合將會(huì)有更好的應(yīng)用前景。

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