基于GPRS的車載終端研究

李培龍　李晶　黃敬超　胡亮亮

摘 要：本文研究并設(shè)計(jì)了一種基于GPRS的車載終端。在制作STM32最小硬件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)接口進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的定位、追蹤、語(yǔ)音通話、鎖車等功能。本文主要介紹了車載終端的主要硬件模塊和關(guān)鍵技術(shù)，包括CAN（控制器局域網(wǎng)）總線模塊，GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）模塊，GPS/BDS（全球定位系統(tǒng)）模塊。

1 引言

隨著人們生活水平的提高和汽車電子工業(yè)的發(fā)展，車載終端迎來(lái)了巨大的發(fā)展前景。車載終端是集GPRS通信、GPS/BDS定位技術(shù)、CAN總線技術(shù)于一體的智能化設(shè)備。定位系統(tǒng)可以通過(guò)天線獲取定位信息，然后通過(guò)GPRS通道上傳到服務(wù)器。監(jiān)控中心可以通過(guò)帶有查詢和顯示功能的地圖根據(jù)收到的定位信息顯示具體的位置和行駛軌跡。在數(shù)據(jù)采集單元，通過(guò)CAN總線對(duì)汽車的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。總體來(lái)說(shuō)實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛的定位、追蹤、語(yǔ)音通話、鎖車、故障診斷等功能。

2 總體架構(gòu)

根據(jù)車載終端所要實(shí)現(xiàn)的功能，對(duì)車載終端進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。該車載終端系統(tǒng)通過(guò)CAN總線采集車輛的各項(xiàng)信息，通過(guò)GPS/BDS定位模塊獲取定位數(shù)據(jù)，這些信息經(jīng)過(guò)GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）模塊傳遞給服務(wù)器，并由服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的接收和處理等工作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 CAN總線技術(shù)

為了在總線車輛的電子控制系統(tǒng)之間傳輸大量的數(shù)據(jù)和交換不同的信號(hào)，車內(nèi)網(wǎng)成立了。CAN（控制器局域網(wǎng)，CAN），依靠其穩(wěn)定性能，低價(jià)格，高可靠性和實(shí)時(shí)性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

CAN總線主要用于總線上各種電子控制系統(tǒng)之間的內(nèi)部數(shù)據(jù)通信。但現(xiàn)在總線需要與外界交換數(shù)據(jù)，信號(hào)和信息。同時(shí)無(wú)線傳輸在大城市特別需要。總線系統(tǒng)需要配備遠(yuǎn)程故障報(bào)警或遠(yuǎn)程調(diào)度功能。因此，我們選擇GPRS（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)）進(jìn)行無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。具有覆蓋面廣，訪問(wèn)速度快，流量充電的優(yōu)點(diǎn)。GPRS可以連接到公共網(wǎng)絡(luò)。可以在公共網(wǎng)絡(luò)中建立自己的服務(wù)器來(lái)接收和存儲(chǔ)通過(guò)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的數(shù)據(jù)和信息。可以通過(guò)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2 GPS/BDS定位技術(shù)

在定位方案選擇方面，鑒于BDS 與GPS 以及其他 GNSS 系統(tǒng)具有很好的兼容性，又考慮到城市中高樓建筑比較多，衛(wèi)星信號(hào)容易受到干擾，因此采用 BDS /GPS雙模定位。這樣可以充分利用兩套衛(wèi)星定位系統(tǒng)的長(zhǎng)處和衛(wèi)星資源，此外，為進(jìn)一步提高衛(wèi)星定位的精度，可以采用差分GNSS方法減小測(cè)量中的誤差，從而很好地提高定位精度，減少定位誤差。

3.3 GPRS技術(shù)

GPRS（General Packet Radio Service） 通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)-是在GSM基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種分組交換的數(shù)據(jù)承載和傳輸網(wǎng)絡(luò)，提供一種端到端分組交換業(yè)務(wù)。GPRS提供了更高的數(shù)據(jù)傳輸速率：GPRS最高理論傳輸速度未171.2kbps，目前可以支持40kbps左右的傳輸速率。GPRS可以滿足一個(gè)用戶同時(shí)占用幾個(gè)信道，提高傳輸速率。GPRS還可以使多個(gè)用戶可共享一個(gè)無(wú)線信道，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。持此之外，只要激活GPRS應(yīng)用后，可以始終保持在線狀態(tài)，并且不需要一直占用無(wú)線信道。

4 主要模塊

A. GPRS模塊

SIM900A模塊板載SIMCOM公司的工業(yè)級(jí)雙頻GSM/GPRS模塊，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS（短信，不支持彩信）、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。SIM900A模塊支持RS232串口和LVTTL串口，支持AT命令控制（GSM 07.07，07.05以及SIMCOM增強(qiáng)AT命令集），支持RTS/CTS硬件流控控制，支持調(diào)試接口（可用于調(diào)試和軟件升級(jí)），從而提供包括語(yǔ)音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

B.GPS/BDS雙模定位模塊

UM220-III N雙系統(tǒng)高性能GNSS模塊，屬于雙系統(tǒng)多頻率高性能SoC芯片，能夠同時(shí)支持BD2 B1、GPS L1兩個(gè)頻點(diǎn)。提供的輸入/輸出數(shù)據(jù)接口有2個(gè)UART，。波特率范圍為4800～115200bp。首次冷啟動(dòng)定位時(shí)為32s，熱啟動(dòng)僅需1s，重捕獲小于1s 。

C.控制器

選用高性能、低成本、低功耗的基于ARM Cortex-M4內(nèi)核的STM32。STM32具有數(shù)字信號(hào)處理和浮點(diǎn)運(yùn)算指令的高性能微控制器系列，是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的STM32系列MCU的擴(kuò)展。STM32芯片具有64KB SRAM、512KB FLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)12位ADC、1個(gè)12位DAC、1個(gè)SDIO接口、1個(gè)FSMC接口以及112個(gè)通用IO口。另外在工作頻率為168 MHz時(shí)處理性能達(dá)到210 DMIPS/469，這是迄今所有基于Cortex-M內(nèi)核的微控制器產(chǎn)品所達(dá)到的最高基準(zhǔn)測(cè)試分?jǐn)?shù)。

5 總結(jié)

本文介紹了一種基于基于GPRS的車載終端，并對(duì)其進(jìn)行分析研究。詳細(xì)介紹終端所使用的硬件模塊和關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，使終端不僅能夠與服務(wù)器通信，發(fā)送車輛的采集數(shù)據(jù)和定位信息，而且可以很好地執(zhí)行從服務(wù)器接收到的命令。該設(shè)計(jì)可用于需要監(jiān)控和控制車輛的很多方面，如分期貸款購(gòu)車、工程車輛的調(diào)度、車隊(duì)的管理等。

參考文獻(xiàn)

[1]王宏紅，李德華.基于GPRS的監(jiān)控系統(tǒng)車載終端設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2005，184-186.

[2]鐘章隊(duì).GPRS通用無(wú)線分組技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2002.