GPS與GPRS在車輛行駛記錄儀中的應用研究

趙榮陽王曉麗劉志先

(1．欽州學院數學與計算機科學學院，廣西 欽州 535000；2．欽州學院化學化工學院，廣西 欽州 535000)

GPS與GPRS在車輛行駛記錄儀中的應用研究

趙榮陽1王曉麗2劉志先1

(1．欽州學院數學與計算機科學學院，廣西 欽州 535000；2．欽州學院化學化工學院，廣西 欽州 535000)

本文綜合嵌入式技術、GPRS無線通訊技術、GPS定位技術，采用32位處理器S3C2410，實現汽車行駛軌跡的記錄。采用了GARMIN公司的GPS15作為接收信息的定位模塊,并通過西門子的GPRS模塊MC35i，完成了車輛行駛記錄儀的雙向通信。

嵌入式技術；無線通信技術；MC35i模塊

1．引言

隨著社會與經濟的快速發展，交通運輸發展迅速，各種機動車輛的數目急劇增加，從而導致超速、疲勞駕駛、無證駕駛、酒后駕駛等不文明的違法行為大量出現，嚴重威脅了道路的交通安全。因此，車載系統的智能化、集成化，日漸成為當今的研究與應用熱點。汽車行駛記錄儀是一種不僅能夠記錄汽車的行駛速度、軌跡等狀態信息，還能夠實現數據信息的存儲、輸出、通信等多種功能的電子裝置。大量的事實證明，行車記錄儀對規范交通安全文明，遏制超速、無證、疲勞駕駛等交通違章行為，防范碰瓷、交通肇事逃逸等不良風氣，交通事故鑒中的責任認定等方面都具有極為重要的作用。

2．系統總體結構

汽車行駛記錄儀總體結構包括：32位的三星S3C2410 ARM9微處理器，模擬、數字、開關等基本的數據采集模塊，GPS定位模塊、GPRS通信模塊，USB/RS-232數據輸出接口模塊，電源、時鐘模塊等多個部分。系統方框圖如圖1所示。

圖1 系統總體結構方框圖

3．GPS模塊接口設計

全球衛星定位系統GPS以衛星作為通信媒體，具有全球性、實時性、連續性等多功能的定位與導航能力，并可以為用戶提供精確的三維坐標速度和時間[1]。

具有GPS、GPRS功能模塊的記錄儀，不僅具有根據車輛的準確位置調用電子地圖實現汽車導航的功能，還能夠保證監控中心可以實時定位跟蹤車輛位置，從而達到車輛的智能調度、行車管理的目的。此外，監控中心還可以在車輛發生交通事故、意外遇險等突發情況時，及時獲得車輛的位置信息，為遇險車輛的緊急援助提供基礎服務平臺，并為交通事故處理過程中的事故鑒定、分析提供準確的數據支撐。因此，本系統采用了GPS模塊，通過RS-232接口傳輸給S3C2410處理器進行處理，實時獲得車輛行駛經度、緯度和方向[2]。

經過對多種GPS接收板的性能分析與比較后，在本系統中GPS接收模塊采用了GARMIN公司的GPS OEM產品，型號為GPS15。其采用RS232電平輸出，輸出速率達到4800bps，數據輸出遵從NMEA018的協議規定；并且具備內置FLASH閃存，無需初始化，上電之后自動實現導航信息的數據傳送。此外，GPS15還具有啟動（熱啟、冷啟）、定位時間短、定位精度高速度快、抗干擾能力強、結構緊湊體積小等諸多優點。GPS模塊接口定義如下表1所示[3]：

表1 GPS模塊接口定義

GPS15采用RS-232電平通過串行口輸出定位信息，波特率固定為4800bps，而微處理器的UART接口采用的是CMOS電平。因此，為獲取GPS定位模塊輸出的定位信息，系統應用了MAX232芯片在GPS模塊與CPU的UART2接口之間實現電平的轉換，GPS模塊同CPU之間的連線較為簡單，由于GPS模塊不需要初始化，上電之后自動實現導航信息的數據傳送，GPS模塊用一根串行接收線與CPU相連即可[4]。

4．GPRS模塊接口設計

4．1 GPRS技術簡介

通用分組無線業務(General Packet Radio Service，GPRS)是一種以GSM為載體的分組型的數據業務，以目前擁有的BSS，即能夠較為完善地支持GPRS全面覆蓋。使用GPRS無線分組業務，用戶無需以占用大量網絡資源的電路交換方式，就可以完成端到端的數據雙向傳輸。所以，GPRS是一種成本較為低廉、功能較為高效的移動數據分組業務，較為適用于不連續的、偶發性、數據量少、發生頻度高數據通信狀態，也可以用于特定的大量數據通信狀態[5]。本文的記錄儀使用了性價比較高的ARM9處理器作為核心單元，它能夠實現GPRS通信模塊與監控中心的信息傳輸，支持車輛行駛記錄儀數據的實時發送和接收，進而完成了車輛行駛過程中的實時監控與導航。

4．2 GPRS通信模塊電路設計

GPRS通信電路是可以完成數據傳輸、語音、短信消息及傳真傳送等多種功能的GSM關鍵部分，它是聯系監控中心與汽車行駛記錄儀，實現數據通信的必備模塊。通過GPRS模塊記錄儀連接到Internet，從而通過無線網絡將行駛車輛的位置、行駛狀態等各類實時信息，發回監控中心，管理人員也能夠通過GPRS模塊向記錄儀發出提示、警告及相關指令。

根據系統的功能要求及性能與價格比，在本系統中的GPRS模塊選用了西門子公司推出的GSM/GPRS雙模模塊MC35i，它工作在900MHZ和1800MHZ兩個頻段，模塊電壓為3．3～4．8V；通過零阻力插座連接器（ZIF）引出其40個引腳，40個引腳可按電源引腳，數據的輸入/輸出引腳，音頻接口引腳，SIM卡和控制引腳分為五類；并且MC35iM模塊具有AT命令集接口，支持文本和規程數據單元（PDU）模式的短信息[6，7]。為用戶提供了簡單、內嵌式的無線GPRS連接。

MC35i模塊與S3C2410微處理器的串口1相連接。并在連接中需要S3C2410使用通用的I/O口來替代其并未提供的DCD（載波檢測）、RI（振鈴指示）、DSR（數據準備好）、DTR（數據終端準備好）等專用的I/O口[6，7]。此外，由于RS-232接口并不被自動流的控制所支持，所以自動流的控制位在UMCONn控制寄存器中被禁止，并通過軟件來完成這些信號的控制。GPRS模塊接口電路如圖2所示。

當電源被接通之后，IGT引腳需要一個低電平，并保持低電平持續時間不少于100ms，從而將完成MC35i模塊的啟動過程。當系統完全啟動之后，系統需要完成一系列關于初始化的工作，其中包括了控制器串口的初始化，MC35i模塊的初始化等。

圖2 GPRS模塊接口電路

5．系統軟件設計

本文中記錄儀系統上電后首先進行復位自檢，然后進行駕駛員身份確認，車輛啟動后，執行相關的數據采集，車輛的行駛速度、停駛狀態的判斷等。本文僅以數據采集與GPRS模塊為例，介紹記錄儀軟件部分設計過程。

5．1 數據采集和處理子程序

根據汽車行駛記錄儀的相關國標規定，記錄儀應該能夠以小于等于0.2秒時間間隔持續地記錄并且存儲車輛制動停車之前20秒內的制動瞬時狀態信號、車輛的實時行駛速度值等車輛制動過程中持續的瞬時狀態，并且記錄的次數不應低于10次。此外，錄儀應能以小于60秒的時間間隔連續記錄、存儲車輛行駛過程中最近360小時之內的狀態信息。因此，狀態信息數據的采集需要在時間間隔0.2秒內完成，車輛的行駛速度要在每隔一分鐘的時間間隔機算一次平均值，且每360小時更新一次，故數據采集和處理程序實際上是一個定時器中斷程序，每0.2秒發生一次中斷，進行一次數據采集和處理。其流程如圖3所示。

5．2 GPRS模塊軟件設計

GPRS通信網絡是在GSM基礎之上增加了GPRS網關支持節點GGSN和業務支持節點SGSN來實現的，從而實現用戶端到端分組數據的發送與接收。通過MC35i模塊同Internet之間進行通信，二者應該工作在同一網絡層次，并且都需要遵循相同的網絡協議。首先控制器發送TCP數據包經過GPRS通道傳送給MC35i模塊，MC35i模塊負責完成數據包的解析，經過解析后的數據按照固定波特率串行地傳送出去。基于GPRS上網的網絡機構層次結構如圖4所示。

圖3 數據采集和處理子程序流程圖

圖4 GPRS上網網絡機構層次結構圖

由于本系統選用的Linux操作系統本身自帶了TCP/IP協議，從而省去了TCP/IP協議的移植工作。當系統上電之后，首先啟動Linux操作系統，建立主任務，對串口與GPRS模塊進行初始化，之后通過串口的信號線驅動MC35i串口，并通過AT指令集實現串口參數的一系列設置工作，附著到GPRS網絡，通過撥號登陸GGSN，建立PPP任務，發起數據鏈路層、網絡層的協商，獲得IP地址，實現系統的Internet連接。

6．結束語

本系統把先進的嵌入式技術、GPS全球定位技術、GPRS無線通訊技術有機地結合在一起，實現汽車行駛記錄儀不僅能夠對車輛的行駛速度、里程等狀態進行記錄與存儲，還能夠實現對車輛的精確定位、遠程監控和數據信息的雙向通信。

[1]鄒益惠，耿相銘．GPS/GPRS在汽車行駛記錄儀中的應用[J]．自動化儀表，2007，(6)：17～19．

[2]陳斌．全球衛星定位系統GPS及其在現代汽車中的應用[J]．沿海企業與科技，2007，(9)：20～21．

[3]北京合眾思壯科技責任有限公司．GARMIN OEM產品數據手冊[Z]．

[4]張慶峰．車載GPS導航系統的設計與實現[D]．蘇州：蘇州大學，2006．

[5]吳峰．基于ARM系統的汽車行駛記錄儀的研究與設計[D]．武漢：武漢理工大學，2007．

[6]MC35I AT Command Set Siemens Cellular Engines[Z]，2003．

[7]Siemens．MC35I Hardware Interface Description[Z]，2003．

[8]國家質量監督檢驗檢疫總局．汽車行駛記錄儀GB/T19056-2003[Z]，2003．

[9]Ralf-Roland Schmidt-Cotta；Accident and event data recording：a European perspective[J]．Journal of Transportation Law，Logistics，and Policy，2004．

[10]Siemens公司．SLE4442技術手冊(英文文獻)[Z]，2004．

Application of GPS and GPRS in Vehicle Traveling Data Recorder

Zhao Yongyang1Wang Xiaoli2Liu Zhixian1
（1.College of Mathematics and Computer Science,Qinzhou University,Qinzhou 535000,Guangxi；2.College of Chemistry and Chemical Eengineering,Qinzhou University,Qinzhou 535000,Guangxi）

tract】 This paper uses the embedded technology,GPRS wire less communication technology and GPS positioning technology to realize the vehicle travelling track record with processor S3C2410.It takes GARMIN company's GPS15 as the positioning module to receive information.And it also realizes two-way communicates with Siemens’s GPRS module MC35i.

words】 embedded technology;wireless communication technology;MC35i

趙榮陽，男，黑龍江哈爾濱人，碩士研究生，講師，研究方向：嵌入式系統。

2013年欽州學院一般科研項目：物聯網車輛行駛記錄儀在交通事故鑒定中的應用研究，項目編號：2013XJKY-16B。