智能車載終端通信系統(tǒng)研究

汪遵彪　李亞平

摘 要：本文討論了智能車載終端的各種通信模塊，主要有利用RS-232串口實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)站與電臺(tái)的數(shù)據(jù)發(fā)送，利用Socket通信與電臺(tái)通信實(shí)現(xiàn)了車與車的聯(lián)系，利用GSM/GPRS通信實(shí)現(xiàn)了車與監(jiān)控中心的聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)了智能車載終端的各種數(shù)據(jù)傳輸。

關(guān)鍵詞：智能終端；通信；RS-232SocketGSM/GPRS

中圖分類號(hào)： P208 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）25-186-2

0 引言

智能車載終端[1]作為智能交通（ITS）的最重要組成部分，融合了BDS技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，通過(guò)GIS平臺(tái)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確顯示車輛的動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行車輛的動(dòng)態(tài)定位跟蹤、監(jiān)控，安全預(yù)警以及集中調(diào)度。本文采用了北斗高精度實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)車輛的厘米級(jí)定位[2]，利用RS-232串口實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)站與電臺(tái)的數(shù)據(jù)發(fā)送，利用Socket通信與電臺(tái)通信實(shí)現(xiàn)了車與車的聯(lián)系，利用GSM/GPRS通信實(shí)現(xiàn)了車與監(jiān)控中心的聯(lián)系，總的來(lái)說(shuō)，部分實(shí)現(xiàn)了“車—車”以及“車—ITS中心—車”的車聯(lián)網(wǎng)。

智能車載終端主要具有如下功能[9]：①車輛定位；②車與車的通信；③車與ITS中心的通信；④安全預(yù)警服務(wù)，包括車輛自助報(bào)警與監(jiān)控報(bào)警；⑤顯示車輛調(diào)度信息。

智能車載終端的通信系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車輛與車輛以及車載終端與ITS中心的雙向數(shù)據(jù)傳輸；ITS中心完成對(duì)車載終端的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程調(diào)度及監(jiān)控等功能[3]。如何將車載定位信息發(fā)送給其他車輛、以及ITS中心，是本文對(duì)數(shù)據(jù)通信的研究重點(diǎn)。以往的ITS系統(tǒng)多是采用單純的GSM/GPRS通信或是CAN總線技術(shù)等，本文采用基于WIFI模塊的Socket[3，4]通信的UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與接收，對(duì)比數(shù)據(jù)線、藍(lán)牙、GPRS等，其優(yōu)點(diǎn)在于應(yīng)用距離比數(shù)據(jù)線長(zhǎng)、穿透性優(yōu)于藍(lán)牙、成本低于GPRS通信；采用電臺(tái)通信實(shí)現(xiàn)車與車的聯(lián)系， 主要是考慮到車與車之間的動(dòng)態(tài)距離以及電臺(tái)的成本較低；采用RS-232串口通信實(shí)現(xiàn)基準(zhǔn)站與電臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸主要考慮在十米范圍內(nèi)可以成功傳輸數(shù)據(jù)以至于不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟包并且成本較低；采用GSM/GPRS通信實(shí)現(xiàn)車與ITS中心的聯(lián)系，是因?yàn)檐嚺cITS中心的距離會(huì)比較遠(yuǎn)，以及GSM/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、可靠性行高、誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)。如圖1所示為智能車載終端的通信模塊。

1 智能車載終端的通信模塊

1.1 GSM/GPRS模塊

智能車載終端的內(nèi)置GSM模塊可以方便地利用GSM網(wǎng)進(jìn)行通信[5]，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。需要選擇支持GPRS功能的SIM卡，并開(kāi)通GPRS服務(wù)，使得智能車載終端與ITS中心的數(shù)據(jù)傳輸“永遠(yuǎn)在線”，從而避免了短消息數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹伴g歇性在線”。智能車載終端利用GSM/GPRS功能負(fù)責(zé)上傳ITS中心需要的各種數(shù)據(jù)，也可以接收并分析ITS中心發(fā)送的各種命令，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。

1.2 電臺(tái)模塊

智能車載終端的內(nèi)置電臺(tái)模塊主要用于車與車之間的聯(lián)通，本研究選用433數(shù)傳電臺(tái)無(wú)線通信模塊，其主要為GNSS差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸所設(shè)計(jì)的高性能收發(fā)一體數(shù)傳電臺(tái)，適用于RTK實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。其工作在UHF頻段，采用先進(jìn)的頻率合成技術(shù)和溫補(bǔ)控制，頻率穩(wěn)定度高，先進(jìn)的GMSK數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)確保數(shù)據(jù)傳輸可靠，具有收發(fā)一體、體積小、功耗低、電磁兼容性極好、靈敏度高、誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)[6]。本車位置在智能車載終端GIS平臺(tái)上顯示的同時(shí)，其他附近車輛也會(huì)通過(guò)電臺(tái)模塊將其定位數(shù)據(jù)發(fā)送至本車智能車載終端上并一同在GIS平臺(tái)上顯示。

1.3 WIFI模塊

智能車載終端內(nèi)置WIFI模塊的Socket通信主要用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與接收。選擇插針式內(nèi)置天線WIFI模塊USR-WIFI232-A，其優(yōu)點(diǎn)在于通訊距離長(zhǎng)、體積小、支持多種WIFI加密算法、支持TCP/UDP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等[7]。基于UDP協(xié)議的Socket通信是一種面向非連接的通信協(xié)議，正式通信前不必與對(duì)方建立連接，只需要知道通信對(duì)方的IP地址和端口號(hào)（port）就可以向?qū)Ψ桨l(fā)送信息，從而將BDS接收機(jī)實(shí)時(shí)接收的定位數(shù)據(jù)不斷轉(zhuǎn)發(fā)出去；基于TCP協(xié)議的Socket通信是一種面向連接的通信，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，不僅需要通信對(duì)方的IP地址和端口號(hào)（port），還需要與通信對(duì)方進(jìn)行“三次握手”（three times handshake）才能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，從而將本車與其他車輛的運(yùn)行狀態(tài)與位置在智能車載終端的GIS平臺(tái)上實(shí)時(shí)顯示。

1.4 RS-232串口模塊

在RS-232標(biāo)準(zhǔn)中，所有需要通過(guò)RS-232串口傳輸?shù)淖址且砸淮械谋忍卮问絹?lái)一個(gè)接一個(gè)的串行（serial）傳輸，該方式的優(yōu)點(diǎn)比較明顯，主要在于傳輸線比較少，配線較簡(jiǎn)單，傳送距離可以較遠(yuǎn)。最常用的編碼格式是異步起停（asynchronous start-stop）格式[8]，該格式是使用一個(gè)起始比特（bit）作為開(kāi)頭，然后后面緊跟著7個(gè)或者8個(gè)數(shù)據(jù)的比特，接著是可選的具有奇偶校驗(yàn)性質(zhì)的比特，字符的最后是1個(gè)或2個(gè)停止比特。因此按照此格式計(jì)算，發(fā)送一個(gè)字符至少需要10比特，這種方法可以帶來(lái)的一個(gè)比較好的效果，就是可以使全部的傳輸速率以及發(fā)送信號(hào)的速率按10分量來(lái)劃分。

智能車載終端的BDS接收機(jī)將接收到的定位數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)差分與計(jì)算。一方面，通過(guò)Socket通信將本車姿態(tài)與實(shí)時(shí)位置顯示在GIS平臺(tái)上，并且將本車姿態(tài)與位置通過(guò)電臺(tái)發(fā)送給其他附近車輛，因此本車智能車載終端的GIS平臺(tái)將會(huì)同時(shí)顯示本車與其他附近車輛的姿態(tài)與位置，通過(guò)計(jì)算兩車相對(duì)距離，實(shí)現(xiàn)智能車載終端的自助安全預(yù)警服務(wù)；另一方面，本車智能車載終端也會(huì)將本車姿態(tài)與位置通過(guò)GSM/GPRS通信發(fā)送給ITS中心， ITS中心的控制調(diào)度命令也是通過(guò)GSM/GPRS通信發(fā)送到智能車載終端中。從而部分實(shí)現(xiàn)了“車—車”以及“車—ITS中心—車”的車聯(lián)網(wǎng)[9]。

2 結(jié)束語(yǔ)

如圖2所示為智能車載終端應(yīng)用軟件離線地圖加載界面[10]，各模塊數(shù)據(jù)通信都正常運(yùn)行時(shí)，車輛將會(huì)很精準(zhǔn)的定位于高速公路上，并可以分車道顯示車輛。

實(shí)驗(yàn)證明：智能車載終端的各種通信方式可以很好地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，RS-232串口實(shí)現(xiàn)了基準(zhǔn)站與電臺(tái)的數(shù)據(jù)發(fā)送，UDP協(xié)議通信與電臺(tái)通信實(shí)現(xiàn)了車與車的聯(lián)系， GSM/GPRS通信實(shí)現(xiàn)車與ITS中心間的通信，總的來(lái)數(shù)，數(shù)據(jù)通信的各模塊可以很好地實(shí)現(xiàn)智能車載終端與基準(zhǔn)站以及應(yīng)用軟件的數(shù)據(jù)傳輸，后期將繼續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)通信部分。

參 考 文 獻(xiàn)

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