基于GPS/GPRS的车载定位系统与设计方式研究

基于GPS/GPRS的车载定位系统与设计方式研究

汤璐璐

海华电子企业（中国）有限公司510000

摘要：介绍了一种基于GPS和GPRS的车载定位终端系统设计。利用GPS卫星数据接收器接收车辆所处的位置信息，通过单片机对车辆位置的有效信息进行存储和控制，当车载终端接收到控制中心的指令后，通过GPRS网络传输车辆的位置信息。详细讨论了车载终端的硬件电路设计，包括控制模块、GPS卫星定位模块和GPRS无线传输模块等。实验证明，该系统性能稳定，通信效率高，功耗低，适用于车载定位监控领域。

关键词：GPS；GPRS；车载定位

智能交通系统是运用先进的信息、通信、计算机等高新技术对传统运输系统进行彻底改造而形成的一种信息化、智能化、社会化的新型交通运输系统。车载导航定位及监控是智能交通系统的重要内容之一。经过近几年的研究与开发，实现了一个完整的车载导航定位系统。系统由车载终端设备、通讯网络、监控中心3部分组成。车载终端设备接收GPS信息，完成定位功能，通过无线通讯网络将信息发送到监控中心，实现监控功能。车载终端设备可以完成的主要功能：随时知道车载自身的当前位置、行驶速度、行驶方向、行车路线等数据；目标查询时，将选择一个查询目标，系统会找到相应的目标并提示建议行车路线；以及向监控中心报告自身的异常状态等。

1总体设计

基于GPRS的车辆卫星定位系统主要由Internet网上的控制中心、Internet/GPRS网络、车载终端设备组成。控制中心就是Internet网上的一台服务器，它用来接收车载终端传来的定位信息，经数据处理后结合GIS（地理信息系统）得到车辆的具体位置信息。GPRS和Internet网络是车载终端和控制中心的通信通道。车载终端设备接收卫星的定位信息并把简单处理的车辆定位信息传到GPRS网络上。该系统的工作流程为：首先，控制中心开启服务器端软件，监听来自车载终端的连接。一旦收到车载终端的连接请求，便与其建立固定的TCP/IP链接并接收其发送的数据。接下来车载模块启动，模块在开机初始化完成之后就开始拨号连接到GPRS网络上，建立与控制中心的无线链路。然后，车载终端接收卫星定位信息并将其简单处理后通过GPRS网络发送到控制中心。控制中心的核心部分就是一个根据客户需求制定的数据处理软件。

2车载终端电路设计

电路主要包括ATmega128L单片机控制模块、GPS卫星数据接收模块、GPRS网络传输模块。

2.1核心控制模块

处理核心选用8位低功耗微控制器ATmega128L，具有片内128KB的程序存储器，4KB的数据存储器和4KB的E2PROM。它具有53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、2个USART、8通道10位ADC、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE1149.1规范兼容的JTAG测试接口，此接口同时还可以用于片上调试，以及6种可以通过软件选择的省电模式。其中使用了RXD0引脚接收HOLUXGR-85传送的GPS数据，并对数据是否有效进行判断。通过TXD1口把有效数据发送给GPRS模块。考虑到单片机内部的Flash存储空间较小，可利用ATmega128L的SPI口进行存储扩展，对有效的数据进行保存。这里使用的是华邦W25X40A串口数据存储芯片。

2.2GPS模块

GPS模块选Fastrx公司的iTtax02GPS接收模块。该模块有着体积小、功耗低的特点。模块的体积只有26mm×26mm×4.7mm，通过一个40针的接插件与车载终端主板连接。可以有效减小车载终端的主板面积。模块的外围电路简单，通过UART接口与单片机进行通信。考虑到射频接口问题，模块RF信号的线的阻抗要求为50ohm，在PCB材料为FR4，PCB厚度为0.8mm的情况下，接口到天线的走线宽度应为16mm。

2.3GPRS模块

GPRS模块选用西门子公司的MC35i。MC35i通过40针的ZIF接口与主板相连。接口的1-5脚为电源，6-10脚是地线，15脚是IGI模块启动信号，31脚是关闭信号。16-23脚是RS232接口，单片机就是通过这个接口与MC35i进行通信，控制MC35i的工作。25-29脚与SIM卡相连。32脚是模块的工作状态指示信号，通过这个信号控制一个发光二极管我们可以很容易观察MC35i的工作状态。

2.4外部接口

增加了用于编程和调试的JTAG接口。JTAG接口电路主要实现程序下载和仿真调试功能，包括5个引脚：TMS、TCK、TDI、TDO及一个可选配的引脚RESET，这些引脚用于驱动电路模块和控制模块执行规定的操作。

2.5电源模块的设计

系统中的各个模块对电源的要求不同，系统需要提供5～9V的电源。其中单片机对电源要求较低，工作电压4.5～5.5V，电流峰值50mA；GPRS模块对电源的要求是3.3～4.8V。尤其在GPRS模块进行上行链接和发送频繁而引起电压衰落的时候，电源必须要提供2A的峰值电流，而电压不能低于3.3V。否则，GPRS模块无法正常工作；GPS模块需要两路单独的电源供电。一路为GPS模块的射频信号电路提供电源，一路为基带信号电路提供电源。这样做是因为射频电路对电源电压波纹的控制要求极高，电源电压的峰-峰值要小于2mV，如果射频电路与基带电路共用一路电源，那么射频电路会受到基带电路的干扰。

2.6单片机控制器

主控制器采用华邦W77E58单片机，它有两个UART接口，片上集成了1k的外部数据RAM。由于处理TCP/IP数据报占用内存量大；同时为保存GPRS设置参数，在系统关闭情况下数据不丢失，系统还扩展了32kRAM和一个I2C总线的E2PROM。该控制器有两个UART接口，分别与GPS模块和GPRS模块进行通信。

2.7电子地图的显示及相关操作

在MapX对象模型中，每个MapX的对象、属性和方法都衍生于Map对象。每个在Map对象之下的属性和方法都会对生成整个Map对象有所影响。主要是由Lay-ers，Annotations和DataSets对象定义每一个Map对象。用VC++来显示操作地图对象时，首先要定义一个MapX对象m-CtrlMapX，然后使用创建函数创建MapX。

3车载终端的软件设计

车载终端的软件设计主要集中在各层网络协议的实现。PPP协议主要用于创建连接；IP协议层主要作用是为上层提供无连接和不可靠的包交换服务，该协议体现在一个Internet数据包中；TCP层的作用是提供面向连接的端到端的无差错的报文传送。

PPP协议是对使用PPP连接提供传输多种协议报文的标准方法，各种协议的报文最后被封装在PPP数据包中，由物理层送出，在这里由MC35i模块送出。

PPP由三部分组成：

（1）对各协议封装成PPP数据包的方法；

（2）建立连接、配置和测试数据连路的LCP协议；

（3）建立的配置不同网络层协议的NCP协议组。

单片机的整体程序设计包括模块的初始化和数据的封装发送及报文解析，各子程序在设计时要保证其能够协调工作和较高的可靠性。程序要能够对一些错误进行处理，以减少网络通讯负担，如连接超时、接收数据错误等。

结语

本文介绍的车载卫星定位系统结构简单容易实现，硬件成本低廉而且可以达到较高的可靠性，可用来对车辆进行定位和跟踪。在测试运行中该系统工作稳定，各项指标达到设计要求。随着GPRS网络的不断改善和通信费用的进一步降低，相信该系统将有更广阔的应用前景。

参考文献

[1]顾肇基.GSM网络与GPRS[M].北京：电子工业出版社，2001.

[2]李华贵.微型计算机技术及应用[M].北京：科学出版社，2005.

[3]文志成.通用分组无线业务—GPRS[M].北京：电子工业出版社，2004.