GPS车载定位系统的设计

常熟理工学院工学学士毕业论文第1章绪论-1-第1章绪论随着社会经济的发展,城市机动车辆的数量不断增加,城市交通问题如道路拥堵、交通事故、环境污染等问题越来越突出,交通运输状况急需改善。解决这些问题的常用办法是“增加供给”和“控制需求”,但这两种方法都有一定的局限性。“增加供给”是指增加交通网,大量修筑道路基础设施。但由于受城市空间、物力、财力等的限制,此方法并不能成为首选方案。“控制需求”是指限制机动车辆的数量,此方法只能从一定程度上缓解城市交通的矛盾,不能从根本上解决问题,因为随着生活水平的提高,城市居民家庭轿车会不断增多,交通压力会越来越大。利用先进的通信技术、计算机技术对路网进行优化管理是解决问题的最佳途径[1]。汽车电子化、智能化是现代汽车发展的重要标志之一。人们对未来新一代汽车的要求是环保、节能、安全、轻量化和智能化。汽车电子技术是汽车关键技术之一，目前汽车电子设备占整车成本的20%—30%，而且这个数字还会以每年10%—20%的速度增长。智能化技术在汽车上的高度应用,不仅可以大大提高汽车的综合性能,提高行车安全,减轻驾驶者的负担,而且还可以使驾驶者始终保持与外界的紧密联系[2]。车载智能终端是汽车电子化、智能化的一个重要应用。车载智能终端是集GPS技术，GPRS技术和汽车行驶记录仪于一体的综合车辆管理系统。监控中心根据GPRS向其发回的汽车全球定位数据，能够在GIS地图上显示受监控车辆的位置。汽车行驶记录仪能够实时检测汽车行驶过程中的各类状态数据和事故疑点数据[3]。国内外的使用情况表明，车载智能终端的合理利用可以在很大程度上缓解交通压力,提高道路利用率，特别是对于城市公交的合理动态调度有显著的效果，为国家行政管理部门提供了有效的执法工具、为道路运输企业提供了管理工具、为驾驶员提供了其驾驶活动的反馈信息，对保障道路交通安全起到了直接的作用。1.1车载智能终端的发展随着电子工业和电子技术的飞速发展，车载智能终端由当初简单的汽车数据记录仪发展到集数据采集、数据存储、全球定位系统、地理信息系统和各种无线通信技术、多媒体技术于一体的高性能智能化汽车数字电子装置。国外汽车电子技术的发展大致经历了三个阶段：第一个阶段从上世纪60年代中期到七十年代末期，为局部应用阶段；第二阶段为70年代末期到90年代中期，常熟理工学院工学学士毕业论文车载智能终端的设计-2-机电一体化思想和技术运用到汽车设计中；第三阶段从上世纪90年代中期到2010年为全面应用阶段。欧盟、日本等国家早在20世纪70年代就开始以立法的形式在部分客运车辆及货车上强制安装使用记录仪[4]，经过靠近30年的发展，已经形成了一套体系完善，车辆监控、调度制度健全的全国范围内的车辆行驶监控中心，大大减少了由于汽车行驶安全带来的人员和财产的损失，也因此受到物流运输、汽车租赁、企事业单位、保险公司和交通管理部门的欢迎。国外在车载智能终端方面的研究受市场需求量的驱动发展迅速，从其稳定性、安全性、易用性、完善性角度比较走在了世界的前列。我国从20世纪80年代后期开始，在少数地区也曾试用过由国内一些科研机构及企业自主研制的数字式汽车电子装置。经过20多年的发展，车载终端的研发已经初具规模，向正规化和专业化发展。但与欧盟等国家相比较，我国汽车电子技术的整体水平比较落后，与国外的主要差距表现在：自主开发能力差，技术水平低、应用范围小、器件和产品精度差、相关立法滞后、研究与应用脱节等。1.2本文的研究内容本文研究的主要内容是车载智能终端的设计，在学习和借鉴国内外在车载电子领域已有的成熟经验的基础上，利用32位嵌入式处理器S344B0X01和μC/OS-Ⅱ实时操作系统技术，针对汽车行驶记录仪、GPS/GPRS的已有设计的不足提出了新的解决方案，并对方案的可行性进行了分析和论证。1.3本文的结构为了能调理清晰地讲述课题所用到的技术和课题研究内容的进展，特对本文的结构作如下的安排：第2章本章先主要从宏观的角度，将系统整体框架作了一个简单的描述，然后，再对汽车行驶记录仪终端、车载卫星定位系统终端分别从概念的角度作了叙述。第3章本章主要介绍了车载智能终端的一个重要组成部分“汽车行驶记录仪”的硬件电路的设计。在讲述这部分内容的时候，主要从设计原理和思路以及注意点等方面作了详细的介绍。第4章本章主要介绍了汽车行驶记录仪的软件设计。从整体设计流程到各个模块的设计都作了详细的讲述。第5章本章主要对车载卫星定位系统的应用和使用注意点作了介绍。第6章本章为总结和展望部分。常熟理工学院工学学士毕业论文第2章车载智能终端-3-第2章车载智能终端2.1系统总体框架及工作流程车载智能终端是集成汽车行驶记录仪和车载卫星定位系统（GPS）技术以及GPRS技术的智能汽车电子装置。该终端具有车辆行驶状态监测、车辆定位、信息传输、紧急报警、静音监听、车载电话、救援通话等多项功能。其中，车辆行驶状态监测主要是指汽车行驶记录仪在汽车行驶的过程中，不断对汽车行驶速度、行驶里程、疲劳驾驶时间和各种状态量进行检测和存储，为事故分析及处理提供原始和可靠的资料[3]；车辆定位主要指可将车辆位置信息，包括经度、纬度、方向、速度、时间等，按要求及时传送回监控中心；信息传输主要指用GPRS将车辆定位等信息向监控中心传送以及讲监控中心发回的调度命令回送；紧急报警是指车辆一旦出现紧急情况，可通过脚踏报警按钮向监控中心发送报警信息，比如车辆行驶在高速公路上，当发生交通事故等异常情况时，可以通过这个功能向监控中心求助，这样有利于对事故即时处理，将损失降至最小[9]；车载智能终端主要适合于安装在长途物流运输，城市出租车辆以及公交车辆中。例如在城市出租车辆中大面积安装和使用车载智能终端可以全面提高出租车辆管理水平和管理效益。该系统可以：1)大大提高出租车的载客率，提高出租车司机的收入。节省客人出行时间。2)大大提高交通安全。可以切实避免出租车被抢、被盗及司机被害的可能性，切实保障司机的人身安全。3)大大减少调度管理的花费和提高管理水平，交通现代化管理得以实现。4)大大方便了用户和提高中国人民的生活品质。监控中心可以完成系统的运行监测、调度控制、信息管理及外部数据接口。实现对车辆的自动漫游跟踪，显示有关的各种信息，并且可以实时发布文字及图像信息及广告，进行电子地图库的制作与编辑。图2.1所示为车载智能终端工作示意图。该图所示的汽车中均装了配备有汽车行驶记录仪，车载卫星定位系统的车载智能终端。汽车在行驶的过程中不断与卫星通过信道1进行数据通信，得到准确的定位信息，然后将定位数据及其它相关信息通过图中2、3所示的通信链路发送至监控中心。监控中心根据实际路况和具体工况常熟理工学院工学学士毕业论文车载智能终端的设计-4-通过通信链路向汽车回送数据命令。通过这样一个过程，监控中心可以实现对汽车调度。图2.1仅仅描述了城市出租车辆和监控中心的通信过程，高速公路的通信和调度情况与此类似，不再赘述。LoadBatteryLineOnOnBatterySmartBoostReplaceBatteryTest运营商卫星321监控中心图2.1系统工作示意图图2.2车载智能终端的结构示意图由图2.2可以看出，车载智能终端包含车载卫星定位系统终端和汽车行驶记录仪终端。两个终端进行无缝连接，协调工作。常熟理工学院工学学士毕业论文第2章车载智能终端-5-2.2汽车行驶记录仪介绍汽车行驶记录仪(以下简称记录仪)是一种用于记录、存储、显示、打印输出车辆有关行驶状态信息的装置[3]。记录仪的使用，对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。欧盟、日本等国家早在20世纪70年代就开始以立法的形式在部分客运车辆及货车上强制安装使用记录仪，我国从20世纪80年代后期开始，在少数地区也曾试用过由国内一些科研机构及企业自主研制的数字式记录仪。国内外的使用情况表明，记录仪为国家行政管理部门提供了有效的执法工具、为道路运输企业提供了管理工具、为驾驶员提供了其驾驶活动的反馈信息，其使用对保障道路交通安全起到了直接的作用。2.3车载卫星定位系统模块介绍随着我国经济的发展和经济改革的不断深入，商务竞争的日益激烈，服务行业把工作效率和服务质量放到了重心位置。另外随着我国市场经济体制的逐步建立，公路建设、道路运输等各项交通事业正在跨越式地向前发展,为了实现进一步管理好运输市场,保证运输安全等一系列目标，各级交通部门正在积极推行“智能交通”，即通过运用先进的信息、通信、控制等高新技术对传统运输系统进行改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通运输。GPS车辆卫星定位系统是运用GPS导航定位技术，通过GPRS通讯网络发送的数据包对车辆进行实时监控、调度指挥的应用系统。系统应用了GPS卫星定位技术、现代通信技术、信息处理技术等科技成果，具有先进、实用的特点。调度中心的电子地图上可监测移动目标的运行状态、灵活的掌握所派出车辆的实时情况，可以对顾客的要求调度最近的车辆去满足需求，对很多临时任务可以做出应急措施，使调度人员合理的分配车辆去完成任务。在长途班车、旅游客车、危险品运输车辆上安装车载GPS卫星定位系统后，通过中心监控系统可以对车辆进行实时监控，对管理部门监督驾驶员超速行车、疲劳驾驶、提高运输生产组织水平等具有积极的辅助管理作用；同时监控中心可对于正处于超速、抛锚等情况的长途营运车实施报警功能，从而降低交通事故的发生率，对提高运输安全生产具有积极的意义。目前车载GPS系统已被相关管理部门和企业所认识并正在积极推广应用中。常熟理工学院工学学士毕业论文车载智能终端的设计-6-第3章车载智能终端的硬件结构及设计车载智能终端的硬件设计包括，车载卫星定位系统的设计和汽车行驶记录仪的设计。3.1车载卫星定位系统车载卫星定位系统（GPS）是利用卫星提供安全、全天候、24h的无线电导航信息，在交通领域得到广泛应用。1996年美国总统克林顿提出美国全球卫星定位系统的政策[11]，认为GPS将推进交通系统的安全和效率，对国家和国际利益起支持的作用。由联邦交通部和国防部联合成立了一个政府官员参加的委员会，负责监督GPS系统的推进工作。制造商推出俞来俞多的软件和设备，为公共交通企业服务。很多公交企业将GPS技术看作吸引客流和改进服务的有效手段，起到一石二鸟的作用。GPS已经在公共交通先进运行系统和智能化公共交通系统中发挥重要作用。在长途班车、旅游客车、危险品运输车辆上安装车载GPS卫星定位系统后，通过中心监控系统可以对车辆进行实时监控，对管理部门监督驾驶员超速行车、疲劳驾驶、提高运输生产组织水平等具有积极的辅助管理作用；同时监控中心可对与正处于超速、抛锚等情况的长途营运车实施报警功能，从而降低交通事故的发生率，提高运输安全生产具有积极的意义。在GPRS通信网平台上传输GPS信息，建立GPS/GPRS卫星定位车辆监控调度系统。其意义如下：1)通讯以流量计费，节省成本，减少开销2)可以提高工作效率，创造经济效益3)加强管理水平，提高服务质量目前车载GPS系统已被相关管理部门和企业所认识并正在积极推广应用中。3.1.1现有车载GPS短信系统分析现有车载GPS短信系统通信主要采用GSM短信方式来实现，如图3.1所示。装有车载定位系统的汽车在行驶的过程中不断通过GPS信息机获取当前全球卫星定位信息，然后通过GSM网络传送给运营监控中心[11][12]。常熟理工学院工学学士毕业论文第3章车载智能终端的硬件结构及设计-7-图3.1现有车载GPS短信系统示意图3.1.1.1现有GPS短信方案技术特点现有GPS短信方案技术主要有如下的特点：1）车载GPS信息机对GPS设备实时采集的汽车的位置信息进行收集和运算处理。2）车载GPS信息机对处理后的信息定时以短信发送给运管监控中心相应的SP或者指定手机号码。3）运管监控中心通过SP或指定手机号码接收相应的车载GPS信息。4）特殊情况下，运管监控中心通过SP或指定手机号码直接发送短信控制车载GPS系统，如告警或强制熄火等[1