基于GPS和GPRS的高速公路車速實時檢測系統(tǒng)設計

　　摘 要：本課題采用了GPS衛(wèi)星定位和GPRS通用無線分組業(yè)務相結合的技術思路，很好的發(fā)揮了兩者的長處：定位及時準確、大量的數(shù)據(jù)傳輸高效快速、硬件電路設計設計簡單，串口手法控制合理化。采用ATMEGA128單片機作為系統(tǒng)的處理中心，其速度快，接口多，功耗小。主要的信息處理顯示部分由LabVIEW應用圖形編程系統(tǒng)來完成。基于以上三點來完成對高速公路車速實時檢測。
　　關鍵詞：GPS GPRS 單片機 LabVIEW 檢測
　　
　　中圖分類號：U495 文獻標志碼：A 文章編號：1672-3791(2011)10(c)-0000-01
　　
　　隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國道路通車里程逐年增長，機動車保有量不斷增加，道路交通事故也呈逐年增長趨勢。導致交通事故發(fā)生的原因有很多：超速行駛、占道行駛、無證駕駛、酒后駕駛、違法超車、疲勞駕駛等。
　　目前機動車測速系統(tǒng)大致分為激光測速、雷達測速、普通視頻測速、精確視頻測速等方式。激光測速和雷達測速對測速角度有嚴格要求：小于10度，測量精確多不高，不適用。視頻測速可以將違規(guī)車輛的車牌拍下了，對違規(guī)超速車量構成了一定得威脅。但是，這種視頻測速監(jiān)控儀器已經(jīng)被人所了解，違規(guī)司機在違規(guī)被記錄車牌后，想到了調換車牌的方法去逃避處罰。現(xiàn)提出應用GPS定位速度信息，進行實時測速的方法。
　　
　　2 研究方案
　　本課題主要研究的內(nèi)容是單片機對GPS接收機的控制，單片機對無線通信系統(tǒng)的控制，以及Lab VIEW程序編寫。高速公路車速實時監(jiān)測系統(tǒng)設計方案分兩部分：一是車速監(jiān)測設備；一是接收系統(tǒng)。在車輛進入高速公路向駕駛員發(fā)體積、低功耗、高速監(jiān)測設備。此設備包括GPS模塊、微處理器、単儲器、報犖設儇、無線通信模塊等。設計方案是在GPS模塊中內(nèi)置天線，用于接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。單片機模塊從GPS模塊提取數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行判斷、存儲等處理。當判斷出車輛的速度即將超過允許范圍，則向駕駛員發(fā)送聲光報警及語音提示，通知駕駛員即將超速。當車輛行駛速度超過允許的范圍時，再次向駕駛員發(fā)出報警提示，通知其車輛已經(jīng)超速，并對其超速行駛的信息存儲在存儲器中。當車輛駛出高速公路時將車速監(jiān)測設備交出，并由車站收費人員利用安裝在速度監(jiān)測設備上的無線發(fā)送模塊將車輛超速行駛信息發(fā)送給接收系統(tǒng)。安裝在收費站內(nèi)的接收系統(tǒng)由無線接收模塊和信息顯示系統(tǒng)構成。無線接收模塊將車站收費人員發(fā)送的信息接收，輸送到信息顯示系統(tǒng)顯示并儲存。若其行駛信息中有超速現(xiàn)象則對超速的車輛進行制裁。
　　
　　3 性能分析
　　3.1 實時性分析及問題
　　系統(tǒng)的實時性問題主要是指系統(tǒng)的時延。從GPS定位數(shù)據(jù)的接收、存儲到通過GPRS以短信息形式發(fā)送，整個過程的每一個步驟的執(zhí)行都存在時延。有數(shù)據(jù)傳輸時延、軟硬件處理時延、連接等待時延等等。這些時延單獨看來對系統(tǒng)的影響不大，但所有時延的總和對于整個系統(tǒng)來說卻是不可忽視的。
　　GPS接收部分的實時性是無可厚非的，然而影響系統(tǒng)實時性的重點則在數(shù)據(jù)傳輸部分。本系統(tǒng)使用的傳輸短消息的控制信道是獨立專用控制信道(SACCH)。短消息接收端在沒有通話的情況下，且短信息為發(fā)送長度不超過140字節(jié)的單條信息。一條短消息的時間不會超過2.6s，而當接收端正在通話時，發(fā)送信息的時間最多需要5.8s。所以系統(tǒng)短信息發(fā)送的延時時間也僅僅在6s，基本上滿足了車輛定位信息實時傳送。
　　3.2 可靠性分析
　　對于該車速實時系統(tǒng)檢測系統(tǒng)來說，影響系統(tǒng)可靠性的主要因素有：速度等信息的傳輸時延和信息的傳輸?shù)臏蚀_性。下面來討論速度等信息在傳輸中的準確性分析。
　　速度等信息的傳輸要經(jīng)過：GPS接收模塊部分接收導航衛(wèi)星的信號并進行解算；信息通過AVR單片機的接收和處理；信息經(jīng)過GPRS模塊MC39i和GPRS網(wǎng)絡的傳輸?shù)炔襟E。以上的每個步驟都有誤碼的可能。其中，GPS接收與GPRS模塊的誤碼率分別為10和10；GPS定位及速度信息的采集與處理過程的誤碼率為10，它與信息采集處理器以及RS232串行數(shù)據(jù)有關；GPRS網(wǎng)絡傳輸定位信息的誤碼率在10~10范圍內(nèi)，因為GPRS網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)時所選用的業(yè)務信道有關，傳輸信道的噪聲、反射、脈沖拌動以及雷電干擾等因素都是造成誤碼的原因。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率不低于10，根據(jù)上述的分析，本系統(tǒng)在理論上可以實現(xiàn)定位及速度信息的可靠傳輸。
　　
　　4 創(chuàng)新點及實驗結果
　　4.1 創(chuàng)新點
　　本設計制作的超速記錄監(jiān)測儀采用GPS定位方法實現(xiàn)實時測速，應用GPS接收機捕捉車輛定位信息，在單片機內(nèi)進行提取速度信息，在由單片機控制GPRS，通過GPRS無線通信發(fā)送信息，并進行實時速度存儲，當超速時可采用聲光語音提示，這樣可以達到對超速車輛的限制，從而減小交通事故的發(fā)生率。
　　4.2 研究結果
　　近年來，GPRS無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸技術是一項熱門的技術，而GPS為衛(wèi)星定位導航技術也是現(xiàn)代技術的焦點。這兩項技術在汽車電子技術中得到了廣泛的應用，本文針對這兩項技術做了如下工作：
　　(1)研究了GPS技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及在車輛定位中的應用。
　　(2)基于西門子GPRS模塊MC39i，研究了GPRS無線通信網(wǎng)絡短信息點對點傳輸協(xié)議，并詳細分析了其數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)封裝。
　　(3)對系統(tǒng)的各個部分進行了分開調試，確定了各部分電路設計的可行性。
　　(4)本設計還應用了Lab view虛擬儀器開發(fā)平臺，設計了一個定位信息顯示系統(tǒng)。
　　
　　參考文獻