畢業(yè)設(shè)計--基于gps和gprs的車輛定位系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計與實(shí)現(xiàn)（外文翻譯）

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　題 目 基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　學(xué)生姓名 xxx </p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　專業(yè)班級 通信工程 <

2、/p><p>　　指導(dǎo)教師 xxx </p><p>　　學(xué) 院 通信學(xué)院 </p><p>　　答辯日期 2012年6月11日 </p><p>　　基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計與實(shí)現(xiàn)</p><p>　　The Design and Implementat

3、ion of Vehicles Positioning System Application Based on GPS and GPRS </p><p><b>　　xxxx</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)利用導(dǎo)航衛(wèi)星進(jìn)行測時和測距，它是一種將衛(wèi)星及通訊很好的結(jié)

4、合在一起的技術(shù)。GPS用在大地測量、工程測量、航空攝影、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、資源勘察等許多學(xué)科中都有著不可取代的優(yōu)點(diǎn),并且在經(jīng)濟(jì)和社會中都取得了很好的效益。</p><p>　　本設(shè)計主要介紹了GPS和GPRS在車輛定位中的工作原理,車載終端的硬件和軟件設(shè)計。該系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)是GPRS、GPS技術(shù)相結(jié)合，利用GPRS的數(shù)據(jù)傳輸功能，把它接收到的信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上的無線通信鏈路傳到建立在Internet網(wǎng)上的

5、服務(wù)器上。以及把車載移動終端的GPS定位信息如何傳到建立在Internet網(wǎng)上服務(wù)器的問題做了相關(guān)的設(shè)計，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時對車輛運(yùn)行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)等各類信息的監(jiān)控。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPRS；GPS定位系統(tǒng)；車載終端</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Global satellit

6、e positioning system using navigation satellite timing and ranging, it is a satellite and communications in a very good combination technology. GPS used in geodetic survey, engineering survey, aerial photography, vehicle

7、 navigation and control, resource survey and many other disciplines has irreplaceable advantages in economy and society, and have achieved good benefit.</p><p>　　This paper introduces the design of GPS and G

8、PRS in vehicle positioning in the working principle, hardware and software design of the vehicle mounted terminal. The design and implementation of this system is GPRS, GPS technology, using GPRS data transmission functi

9、on, put it to receive information through the GPRS network wireless communication link to the online server based on Internet. As well as the vehicle mobile terminal GPS positioning information how to build in the Intern

10、et online serve</p><p>　　Key words: GPRS; GPS positioning system; Vehicle terminal</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背

11、景1</p><p>　　1.2 車載智能終端的發(fā)展1</p><p>　　1.3 車載研發(fā)的國內(nèi)外現(xiàn)狀2</p><p>　　第2章GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)3</p><p>　　2.1 GRS技術(shù)3</p><p>　　2.2 GPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.2.1 G

12、PS空間段3</p><p>　　2.2.2 GPS地面段4</p><p>　　2.2.3 GPS用戶段5</p><p>　　2.3 GPS衛(wèi)星定位原理6</p><p>　　2.4 GPS的應(yīng)用7</p><p>　　2.5 GPS 短信方案優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)8</p><p>　　第

13、3章GPRS移動通信系統(tǒng)9</p><p>　　3.1 GPRS的定義9</p><p>　　3.2 GPRS發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)分析9</p><p>　　3.3 GPRS系統(tǒng)工作原理10</p><p>　　3.4 GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)10</p><p>　　3.5 車載定位系統(tǒng)GPRS方案11</

14、p><p>　　第4章 車載終端的工作原理12</p><p>　　4.1 車載終端系統(tǒng)總體的整體流程12</p><p>　　4.2 汽車行駛記錄儀介紹13</p><p>　　4.3車載定位終端的硬件結(jié)構(gòu)16</p><p>　　4.4車載終端的軟件結(jié)構(gòu)18</p><p>　　4.4

15、.1 液晶顯示20</p><p>　　4.4.2 數(shù)據(jù)采集控制程序23</p><p>　　4.4.3 汽車是否啟動檢測程序的設(shè)計24</p><p>　　4.4.4 基于μC/OS-Ⅱ的任務(wù)調(diào)度24</p><p>　　第5章 應(yīng)用實(shí)例27</p><p>　　5.1運(yùn)行環(huán)境27</p>

16、<p>　　5.1.1 硬件支撐環(huán)境27</p><p>　　5.1.2 軟件支撐環(huán)境27</p><p><b>　　5.2 安裝27</b></p><p>　　5.3 登陸工作站28</p><p>　　5.4 系統(tǒng)功能29</p><p>　　5.5 監(jiān)控中心部分31

17、</p><p>　　5.5.1 監(jiān)控中心架構(gòu)31</p><p>　　5.5.2 監(jiān)控中心功能31</p><p>　　5.6 對車輛的操作32</p><p>　　5.6.1 位置查詢33</p><p>　　5.6.2 實(shí)時監(jiān)控34</p><p>　　5.6.3 軌跡回放34

18、</p><p>　　5.6.4 按距離監(jiān)控34</p><p>　　5.6.5 超速報警35</p><p>　　5.6.6 偏移路線報警35</p><p>　　5.6.7 車輛調(diào)度36</p><p><b>　　總結(jié)38</b></p><p><b

19、>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p>　　附錄1 英文文獻(xiàn)原文40</p><p>　　附錄2 英文文獻(xiàn)翻譯50</p><p><b>　　致謝60</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b&g

20、t;　　1.1 課題背景</b></p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是全球發(fā)展最快的三大信息產(chǎn)業(yè)之一，涉及集成電路技術(shù)、軟件技術(shù)、通訊技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等多領(lǐng)域的戰(zhàn)略性高新科技，在信息、交通、安全防衛(wèi)、防災(zāi)、救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)展前景十分廣闊。</p><p>　　隨著社會

21、的不斷進(jìn)步，車輛在人們的生活中起了越來越重要的作用，而車輛帶來的問題也日趨明顯，交通堵塞、汽車被偷等案例這些問題，因此，完善智能交通系統(tǒng)是十分重要的，也是解決這些問題的有效措施。</p><p>　　車載智能終端是汽車電子化、智能化的一個重要應(yīng)用。車載智能終端是集GPS技術(shù)，GPRS技術(shù)和汽車行駛記錄儀于一體的綜合車輛管理系統(tǒng)。監(jiān)控中心根據(jù)GPRS向其發(fā)回的汽車全球定位數(shù)據(jù)，能夠在GIS地圖上顯示受監(jiān)控車輛的位置

22、。汽車行駛記錄儀能夠?qū)崟r檢測汽車行駛過程中的狀態(tài)數(shù)據(jù)和事故疑點(diǎn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　1.2 車載智能終端的發(fā)展</p><p>　　隨著電子工業(yè)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，車載智能終端由當(dāng)初簡單的汽車數(shù)據(jù)記錄儀發(fā)展到集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和各種無線通信技術(shù)、多媒體技術(shù)于一體的高性能智能化汽車數(shù)字電子裝置。</p><p>　　國外汽車電子技

23、術(shù)的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段：第一個階段從上世紀(jì)60年代中期到七十年代末期，為局部應(yīng)用階段；第二階段為70年代末期到90年代中期，機(jī)電一體化思想和技術(shù)運(yùn)用到汽車設(shè)計中；第三階段從上世紀(jì)90年代中期到2010年為全面應(yīng)用階段。</p><p>　　歐盟、日本等國家早在20世紀(jì)70年代就開始以立法的形式在部分客運(yùn)車輛及貨車上強(qiáng)制安裝使用記錄儀，經(jīng)過靠近30年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套體系完善，車輛監(jiān)控、調(diào)度制度健全的全國范

24、圍內(nèi)的車輛行駛監(jiān)控中心，大大減少了由于汽車行駛安全帶來的人員和財產(chǎn)的損失，也因此受到物流運(yùn)輸、汽車租賃、企事業(yè)單位、保險公司和交通管理部門的歡迎。國外在車載智能終端方面的研究受市場需求量的驅(qū)動發(fā)展迅速，從其穩(wěn)定性、安全性、易用性、完善性角度比較走在了世界的前列。</p><p>　　我國從20世紀(jì)80年代后期開始，在少數(shù)地區(qū)也曾試用過由國內(nèi)一些科研機(jī)構(gòu)及企業(yè)自主研制的數(shù)字式汽車電子裝置。經(jīng)過20多年的發(fā)展，車載終

25、端的研發(fā)已經(jīng)初具規(guī)模，向正規(guī)化和專業(yè)化發(fā)展。但與歐盟等國家相比較，我國汽車電子技術(shù)的整體水平比較落后，與國外的主要差距表現(xiàn)在：自主開發(fā)能力差，技術(shù)水平低、應(yīng)用范圍小、器件和產(chǎn)品精度差、相關(guān)立法滯后、研究與應(yīng)用脫節(jié)等。</p><p>　　1.3 車載研發(fā)的國內(nèi)外現(xiàn)狀</p><p>　　經(jīng)過多年的發(fā)展，中國車載導(dǎo)航的市場得到了很大的改善，車載導(dǎo)航技術(shù)也得到了很大的提升。中國也發(fā)射了北斗導(dǎo)航

26、定位系統(tǒng)衛(wèi)星，這將為汽車定位導(dǎo)航技術(shù)提供更加完善的基礎(chǔ)，也為定位導(dǎo)航技術(shù)的提高提供了更加廣闊的空間，在交通行業(yè)可以得到更好的應(yīng)用。另外，近年來中國汽車市場的大力發(fā)展，道路建設(shè)的完善，電子地圖技術(shù)的提高也推動了車載導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展的。隨著嵌入式微處理器的不斷發(fā)展和我國自主研發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的不斷完善，相信我國的車載監(jiān)控終端會朝著功能越來越完善、性能越來越穩(wěn)定、設(shè)計越來越人性化的方向快速發(fā)展。</p><

27、;p>　　目前，日本是當(dāng)今車輛導(dǎo)航定位監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展最為成功的國家之一。在日本的一些豪華汽車上，電子導(dǎo)航設(shè)備已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置。因?yàn)檐囕v導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以很方便的使駕駛員得到車輛的具體位置、速度和方向等信息；還可以提供路線查詢、路徑查詢，以使駕駛員可以更快的到達(dá)目的地；以及遭遇人身安全問題時，獲得緊急求助。</p><p>　　第2章GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)</p><p><b&

28、gt;　　2.1 GRS技術(shù)</b></p><p>　　衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測和管理。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供高精度、全天時、全天候的導(dǎo)航、定位和授時信息，是一種可供海、陸、空軍民用戶共享的信息資源。</p><p>　　2.2 GPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p>

29、<p>　　如圖2-1所示，在GPS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中可分為三個部分：由GPS衛(wèi)星星座組成的空間段；為整個系統(tǒng)的中樞運(yùn)行控制系統(tǒng)的地面段；各種類型的GPS接收機(jī)組成的GPS用戶終端為用戶段。這三部分是GPS系統(tǒng)的重要組成部分，三者缺一不可。</p><p>　　圖2.1 GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.2.1 GPS空間段</p><p>　　在GPS

30、衛(wèi)星的衛(wèi)星星座空間段中，其中有21顆工作衛(wèi)星，高度一般都達(dá)到20200km，在軌道備份中還有3顆備用衛(wèi)星。24顆工作衛(wèi)星分別分布在衛(wèi)星軌道的6個軌道面內(nèi)中，每個軌道上分布有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道和地球赤道沒有在同一個水平面上，兩者間有個相對傾斜角，傾斜角大約在55°左右，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60度。在相距最近的軌道上，衛(wèi)星的升交距相差30度。衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時58分。在地平線以上的每顆衛(wèi)星每天約出現(xiàn)有5個小時，同時位于地

31、平線上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時間和地點(diǎn)的不同而不同，最多可以有 11 顆，最少也會有4顆。另外，如果有衛(wèi)星出現(xiàn)故障，在空間部分的3顆備用衛(wèi)星可根據(jù)指令代替發(fā)生故障的衛(wèi)星，以GPS空間部分正常的工作，提高空間部分的工作效益。可以看出這3顆備用衛(wèi)星也有著極其重要的作用。目前全球定位系統(tǒng)空間段部分的工作衛(wèi)星的分布情況如圖2-2所示。</p><p>　　圖2.2 GPS星座圖和衛(wèi)星圖</p><p>　

32、　2.2.2 GPS地面段</p><p>　　星座系統(tǒng)的控制是GPS整個系統(tǒng)的主要工作，而要完成星座系統(tǒng)的控制主要任務(wù)的是地面段，因此地面段成了GPS系統(tǒng)的中樞。地面段主要任務(wù)是：對所有的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤以進(jìn)行軌道和時鐘測定、完成衛(wèi)星時間同步、為衛(wèi)星加載導(dǎo)航電文和預(yù)測修正模型參數(shù)。</p><p>　　地面段的結(jié)構(gòu)為：1個主控站、3個注入站和5個監(jiān)測站。下面介紹的是地面段的各組成部分。<

33、;/p><p>　　首先介紹的是主控站，接收各監(jiān)測站對GPS衛(wèi)星的監(jiān)測數(shù)據(jù)、衛(wèi)星在工作狀態(tài)下的數(shù)據(jù)、各監(jiān)測站和注入站工作狀態(tài)數(shù)據(jù)是主控站的主要任務(wù)，并且主控站還需要根據(jù)接收到的各類數(shù)據(jù)，完成以下幾項(xiàng)工作任務(wù)：</p><p>　　（1）及時對每顆衛(wèi)星的導(dǎo)航電文進(jìn)行編算并傳送給注入站。</p><p>　?。?）控制和協(xié)調(diào)監(jiān)測站間、注入站間的工作，查看衛(wèi)星是否將導(dǎo)航電文發(fā)

34、給了 GPS 用戶系統(tǒng)以及對發(fā)送的衛(wèi)星導(dǎo)航電文是否正確進(jìn)行檢測。</p><p>　?。?）診斷衛(wèi)星的工作狀態(tài)，改變那些偏離軌道衛(wèi)星的位置及姿態(tài)，調(diào)整備用的衛(wèi)星替代失效衛(wèi)星。</p><p>　　其次介紹的是注入站，注入站有3個，3個注入站分別設(shè)在南大西洋，南太平洋，和印度洋上，它們的主要任務(wù)是：接收主控站發(fā)送來的導(dǎo)航電文，并用S頻段射頻鏈上行將導(dǎo)航電文注入到相應(yīng)的衛(wèi)星上，導(dǎo)航電文上行每天

35、工作一次或兩次，每次注入14天的星歷。如果由于某個地面站發(fā)生故障，那么導(dǎo)航定位的精準(zhǔn)度在一段時間內(nèi)將會慢慢降低，在這段時間內(nèi)，預(yù)存在各衛(wèi)星中的導(dǎo)航信息還是可以用。此外，注入站每分鐘會報告一次自己的工作狀態(tài)，并且自動向主控站發(fā)射信號。</p><p>　　最后介紹的是監(jiān)控站，監(jiān)控站有5個，5個監(jiān)控站分別設(shè)在科羅拉多、夏威夷、大西洋、印度洋、北太平洋馬紹爾群島。監(jiān)測站配有偽距測量接收機(jī)和精密的銫鐘，配置這兩個儀器是為

36、了完成為主控站提供衛(wèi)星測量數(shù)據(jù)的主要任務(wù)。每隔1.5s在主控站的遙控下，監(jiān)控站會進(jìn)行一次偽距測量，利用電離層和氣象數(shù)據(jù)，每15min進(jìn)行一次數(shù)據(jù)平滑，然后發(fā)送給主控站。</p><p>　　2.2.3 GPS用戶段</p><p>　　用戶端重要由各種類型的GPS接收機(jī)組成。在這些組成用戶端的GPS接收機(jī)中，我們又可以根據(jù)作用的不同分為兩大類型：導(dǎo)航型和測地型。</p>&l

37、t;p>　　GPS 接收機(jī)主要構(gòu)成部分是接收機(jī)主機(jī)，其中接收機(jī)的構(gòu)成還有天線單元和電源兩部分。GPS接收機(jī)主要構(gòu)成部分接收機(jī)主機(jī)的構(gòu)成有：信號通道、變頻器、微處理器、存貯器，其構(gòu)成如圖2-3所示。</p><p>　　圖2.3 GPS接收機(jī)原理圖</p><p>　　（1）GPS 接收機(jī)天線</p><p>　　天線的作用是將GPS衛(wèi)星信號的極微弱的電磁波能轉(zhuǎn)

38、化為相應(yīng)的電流，而前置放大器則是將GPS信號電流放大。GPS天線就是由接收機(jī)天線和前置放大器這兩部分組成。以確保接收機(jī)的正常工作，減少信號損失。</p><p><b>　?。?）接收機(jī)主機(jī)</b></p><p>　　接收機(jī)主機(jī)中包括變頻器和中頻放大器兩個重要組成部分，其中的結(jié)構(gòu)還有：信號通道；存貯器和微處理器。</p><p>　　GPS信

39、號通道是個很重要的組成部分，它是由硬軟件結(jié)合的電路而成的，是GPS信號通道接收機(jī)的核心部分。作為核心的信號通道，它的作用是有很多，這里介紹的作用有三點(diǎn)：第一搜索衛(wèi)星并跟蹤衛(wèi)星運(yùn)行軌跡；第二進(jìn)行偽距測量、載波相位測量及多普勒頻移測量；第三解擴(kuò)廣播電文數(shù)據(jù)信號，解調(diào)出廣播電文。</p><p>　　接收機(jī)內(nèi)設(shè)有存貯器，存貯器是用來存貯衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移的。為

40、了便于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存接，在現(xiàn)代的GPS接收機(jī)中都備有存貯器，這樣收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)就可以傳到微機(jī)上。</p><p>　　微處理器是GPS接收機(jī)的核心部分，微處理器可以通過指令統(tǒng)一調(diào)節(jié)GPS接收機(jī)的工作。</p><p>　　從以上所述中可以看出，GPS接收機(jī)的主要任務(wù)是：當(dāng)GPS衛(wèi)星在用戶視界升起時，接收機(jī)能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并且能夠跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行；有變

41、換、放大和處理接收到的GPS信號的功能，這樣對測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收天線的傳播時間提供了便利，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，從中計算出測站的三維位置，甚至三維速度和時間，還有就是可以實(shí)現(xiàn)使用GPS進(jìn)行導(dǎo)航和定位的目的。</p><p>　　2.3 GPS衛(wèi)星定位原理</p><p>　　全球定位系統(tǒng)(Global Position System—GPS)是美國從本世紀(jì)70年代由美

42、國國防部批準(zhǔn)開始研制，歷時20年，耗資300億美元，于1994年全面建成，是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。</p><p>　　GPS是利用測距交會原理確定點(diǎn)的位置來進(jìn)行定位的。它采用多星高軌測距體制，以接收機(jī)到GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測量。當(dāng)?shù)孛嬗脩舻腉PS接收機(jī)同時接收到3顆以上衛(wèi)星的信號后，通過使用偽距測量或載波相位測量，測算出衛(wèi)星信號到接收機(jī)所需要的時間

43、、距離，再結(jié)合各衛(wèi)星所處的位置信息，將衛(wèi)星至用戶的多個等距離球面相交后，即可確定用戶的三維(經(jīng)度、緯度、高度)坐標(biāo)位置以及速度、時間等相關(guān)參數(shù)。定位原理圖如圖2-4所示，假設(shè)t時刻在地面待測點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測定GPS信號到達(dá)接收機(jī)的時間，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式：</p><p><b>　　(1)</b></p><p&g

44、t;<b>　　(2)</b></p><p><b>　　(3)</b></p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　圖2.4 GPS定位原理</p><p>　　上述四個方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo)X，Y，Z和為未知參數(shù)，其中：</p><p&

45、gt;　　分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時間。C為GPS信號的傳播速度(即光速)。</p><p>　　四個方程式中各個參數(shù)意義如下：</p><p>　　X，Y，Z為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。、、分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星

46、3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。為接收機(jī)的鐘差。由以上四個方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo)X，Y，Z和接收機(jī)的鐘差。</p><p>　　2.4 GPS的應(yīng)用</p><p>　　全球定位系統(tǒng)GPS擁有全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時、測速等優(yōu)點(diǎn)。在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，最早應(yīng)用于軍用定位和導(dǎo)航。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS已逐步從軍用擴(kuò)展到民用，

47、主要涉及海、陸、空的導(dǎo)航和定位，使世界交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)生了深刻變革，推動了航天事業(yè)的發(fā)展。同時在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、測繪、氣象等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用。下面就GPS在車輛定位中的應(yīng)用做一下介紹。</p><p>　　GPS在ITS中主要應(yīng)用于車輛定位、導(dǎo)航和交通管理，是ITS的重要組成部分。在任一時刻、任一目標(biāo)能通過GPS系統(tǒng)得知汽車的經(jīng)緯度、速度和準(zhǔn)確時間，然后把這些信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)提供給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)在電子地圖

48、上顯示出車輛運(yùn)行軌跡；同時，監(jiān)控中心可根據(jù)路況信息，發(fā)出調(diào)度指令，來完成對車輛的集中監(jiān)控。</p><p>　　2.5 GPS 短信方案優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)</p><p>　　與其他無線電臺等傳統(tǒng)方式比較，采用GSM短信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?）速度快，實(shí)時性好，不掉線。</p><p>　　（2）可以雙向通信，及時返回終端

49、信息。</p><p>　?。?）設(shè)備體積小，操作簡單。</p><p>　　（4）由于控制中心無須專門設(shè)置大功率發(fā)射電臺，將大大降低安裝費(fèi)用。</p><p>　?。?）覆蓋面廣受地理環(huán)境的影響小。</p><p>　　與此同時，現(xiàn)有GPS短信方案又存在著如下所示的缺點(diǎn)：</p><p>　?。?）傳送時間不確定：因

50、為短信采用信道命令時隙來傳送，沒有專門的數(shù)據(jù)通道，所以在命令時隙出現(xiàn)繁忙時候就容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送延遲或丟失的情況。</p><p>　?。?）信道容量有限：一條短信最多能傳送140個有效字節(jié)，不能全面及時地反映車輛的實(shí)時信息。</p><p>　　(3) 通信費(fèi)用昂貴：基本按照收發(fā)的總條數(shù)來計算。</p><p>　　(4) 可擴(kuò)展性差：以SMS為主要通信鏈路，受鏈路

51、帶寬的影響，無法進(jìn)一步擴(kuò)展將來的其它數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。如車輛運(yùn)行中的圖像監(jiān)控等。</p><p>　　(5) 盡管車載GPS監(jiān)控系統(tǒng)有利于交通部門實(shí)現(xiàn)交通管理智能化，但目前短信方式的綜合性能較差從而阻礙了該系統(tǒng)的全面推廣。</p><p>　　第3章GPRS移動通信系統(tǒng)</p><p>　　3.1 GPRS的定義</p><p>　　GPRS是通

52、用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service)的簡稱，它是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包（Packet）形式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率可提升至56甚至114Kbps。</p><p>　　GPRS經(jīng)常被描述成“2.

53、5G”，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動通訊技術(shù)之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。GPRS分組交換的通信方式在分組交換的

54、通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個包的前面有一個分組頭（其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接。而是在每一個數(shù)據(jù)包到達(dá)時，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭中的信息（如目的地址），臨時尋找一個可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用。</p><p>　　由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在絕大多數(shù)情況下都

55、表現(xiàn)出一種突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。</p><p>　　3.2 GPRS發(fā)展現(xiàn)狀及技術(shù)分析</p><p>　　GPRS是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)上發(fā)展出來的一種新的分組交換數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)，與傳統(tǒng)的GSM電路撥號交換相比，GPRS在資源利用效率、交換容量和性能上都有一個質(zhì)的飛躍。GPRS拋棄了傳統(tǒng)的獨(dú)占電路交換模式，采用分組交

56、換技術(shù)，每個用戶可同時占用多個無線信道，同一無線信道又可以由多個用戶共享，有效地利用了信道資源，帶寬最高可達(dá)171.2Kb/s。目前中國移動的GPRS覆蓋范圍在中心城市幾乎達(dá)到了100%，在邊遠(yuǎn)地區(qū)也達(dá)到了80%以上，實(shí)際應(yīng)用帶寬大約在20-40Kb/s。</p><p>　　GPRS采用TCP/IP協(xié)議，非常容易和現(xiàn)有Internet技術(shù)及應(yīng)用平臺整合，使各種IP技術(shù)與服務(wù)同移動通信技術(shù)相結(jié)合，為客戶提供各種高

57、速高質(zhì)的移車載動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。</p><p>　　3.3 GPRS系統(tǒng)工作原理</p><p>　　GPRS 是采用分組交換技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，能兼容GSM網(wǎng)絡(luò)，并且在網(wǎng)絡(luò)上能更加有效的傳輸數(shù)據(jù)和信令，它是在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)中增加了GPRS支持節(jié)點(diǎn)和服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)的原理如圖3-1所示。</p><p>　　SGSN——服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)； GG

58、SN——網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)；</p><p>　　PCU ——分組控制單元； PDN ——公用數(shù)據(jù)網(wǎng)；</p><p>　　圖3.1 GPRS系統(tǒng)原理圖</p><p>　　3.4 GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)</p><p>　　利用GPRS進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有下面列出的幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)

59、移動通信：GPRS無線通信打破了過去有線通信的固定位置限制，可根據(jù)業(yè)務(wù)需要隨時增減數(shù)據(jù)傳輸點(diǎn)，極大地拓展了通信的領(lǐng)域。</p><p>　　(2) 費(fèi)用低廉：GPRS網(wǎng)絡(luò)按照客戶收發(fā)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)流量來收費(fèi)。以GPS監(jiān)控系統(tǒng)為例，同樣的一筆業(yè)務(wù)，其通信費(fèi)用約為過去的1/5～1/8，具有較強(qiáng)的成本競爭能力和市場推廣性。</p><p>　　(3) 永遠(yuǎn)在線：客戶隨時都與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系，即使沒有數(shù)

60、據(jù)傳送時，客戶仍然在網(wǎng)上與網(wǎng)絡(luò)之間還保持一種連接。</p><p>　　(4) 快速登錄：連接時間很快。GPRS無線終端一開機(jī)，就可與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，每次登錄網(wǎng)絡(luò)，一般僅需1到3秒。</p><p>　　(5) 高速傳輸：由于GPRS網(wǎng)絡(luò)采取了先進(jìn)的分組交換技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸最高理論值可達(dá)171.2kb/s。實(shí)際使用中一般能達(dá)到20～40kb/s。</p><p>

61、;　　(6) 組網(wǎng)靈活：中國移動的GPRS 網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，可在全國漫游而不增加額外費(fèi)用，特別適合中小用戶以低成本方式在短時間內(nèi)組建自己的跨區(qū)域性數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　(7) 信道保障：GPRS通信鏈路由中國移動這樣的專業(yè)運(yùn)營商維護(hù)，在出現(xiàn)通信鏈路中斷的情況下能得到及時搶修，免除通信鏈路維護(hù)的后顧之憂。</p><p>　　(8) 防雷擊：GPRS采用小功率短天線，不需要室外架設(shè)大

62、天線，克服了有線傳輸設(shè)備和無線電臺容易被雷擊而損壞和中斷通信的情況。</p><p>　　3.5 車載定位系統(tǒng)GPRS方案</p><p>　　深入分析現(xiàn)有車載GPS短信系統(tǒng)，我們認(rèn)為一套組網(wǎng)方便、性價比高、隨時在線、穩(wěn)定的通信方式，可有效解決車載GPS監(jiān)控系統(tǒng)在通訊傳輸中龐大費(fèi)用等問題，也是車載GPS監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)輸行業(yè)中普遍推廣的必要手段。而現(xiàn)在中國移動的GPRS網(wǎng)絡(luò)正是滿足這一需求的新

63、興通信方式，同時以原有GSM為備份鏈路，完全可以保證GPS監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性與可靠性，同時在性能和價格方面均有質(zhì)的飛躍。其組網(wǎng)方式如圖3-2所示。</p><p>　　圖3.2 車載GPS系統(tǒng)GPRS方案示意圖</p><p>　　車載GPS系統(tǒng)GPRS方案的主要特點(diǎn)，如下所示：</p><p>　　(1) 通訊費(fèi)用低：車載GPS監(jiān)控系統(tǒng)的通信特點(diǎn)是：具有突發(fā)

64、性，但數(shù)據(jù)量小，對采用按流量計費(fèi)的GPRS非常有優(yōu)勢。</p><p>　　(2) 數(shù)據(jù)傳輸效率高：GPRS是一種新型移動數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，給移動用戶提供高速無線IP服務(wù)。GPS設(shè)備采集的位置信息經(jīng)過分析處理后，封裝在IP報文中進(jìn)行傳輸，其最大數(shù)據(jù)傳輸效率>90%。</p><p>　　(3) 強(qiáng)有利的安全措施：GPRS網(wǎng)絡(luò)采用GSM的多種物理信道加密方式，同時在應(yīng)用層還提供中心專線接入

65、、專用APN等安全措施，可完全滿足運(yùn)輸管理系統(tǒng)對安全的擴(kuò)展性要求。</p><p>　　(4) 可擴(kuò)展性強(qiáng)：可根據(jù)將來業(yè)務(wù)的需要在GPRS上增加新的監(jiān)控內(nèi)容，如增加圖像傳送等。</p><p>　　(5) 可選短信備份：在GPRS不通的情況下，可以通過傳統(tǒng)的短信備份方式來保證關(guān)鍵信息的傳送。</p><p>　　第4章 車載終端的工作原理</p>&l

66、t;p>　　4.1 車載終端系統(tǒng)總體的整體流程</p><p>　　車載終端系統(tǒng)是集成于汽車行駛記錄儀和車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）以及GPRS技術(shù)的智能汽車電子裝置。該終端具有車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測、車輛定位、信息傳輸、緊急報警、車載電話、救援通話等多項(xiàng)功能。</p><p>　　其中，車輛行駛狀態(tài)監(jiān)測主要是指汽車行駛記錄儀在汽車行駛的過程中，不斷對汽車行駛速度、行駛里程、疲勞駕駛時間和各

67、種狀態(tài)量進(jìn)行檢測和存儲，為事故分析及處理提供原始和可靠的資料；</p><p>　　車輛定位主要指可將車輛位置信息，包括經(jīng)度、緯度、方向、速度、時間等，及時傳送回監(jiān)控中心；</p><p>　　信息傳輸主要指用GPRS將車輛定位等信息向監(jiān)控中心傳送以及將監(jiān)控中心發(fā)回的調(diào)度命令回送；</p><p>　　緊急報警是指若車輛一旦出現(xiàn)緊急情況，可通過報警按鈕向監(jiān)控中心發(fā)送

68、報警信息，比如車輛行駛在高速公路上，當(dāng)發(fā)生交通事故等異常情況時，可以通過這個功能向監(jiān)控中心求助，這樣有利于對事故即時處理，將損失降至最小。</p><p>　　車載智能終端主要適合于安裝在長途物流運(yùn)輸，城市出租車輛以及公交車輛中。例如在城市出租車輛中大面積安裝和使用車載智能終端可以全面提高出租車輛管理水平和管理效益。</p><p>　　監(jiān)控中心可以完成系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)測、調(diào)度控制、信息管理及

69、外部數(shù)據(jù)接口。實(shí)現(xiàn)對車輛的自動漫游跟蹤，顯示有關(guān)的各種信息，并且可以實(shí)時發(fā)布文字及圖像信息。</p><p>　　圖4-1所示為車載終端的工作示意圖。該圖所示的汽車中均裝了配備有汽車行駛記錄儀，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的車載智能終端。汽車在行駛的過程中不斷與衛(wèi)星通過信道1進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，得到準(zhǔn)確的定位信息，然后將定位數(shù)據(jù)及其它相關(guān)信息通過圖中2、3所示的通信鏈路發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心根據(jù)實(shí)際路況和具體工況通過通信鏈路向汽

70、車回送數(shù)據(jù)命令。通過這樣一個過程，監(jiān)控中心可以實(shí)現(xiàn)對汽車調(diào)度。圖示僅僅描述了城市出租車輛和監(jiān)控中心的通信過程。</p><p>　　圖4.1 車載終端工作示意圖</p><p>　　圖4.2 車載智能終端的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　由圖4-2可以看出，車載智能終端包含車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)終端和汽車行駛記錄儀終端。兩個終端進(jìn)行無縫連接，協(xié)調(diào)工作。</p>

71、<p>　　4.2 汽車行駛記錄儀介紹</p><p>　　汽車行駛記錄儀(以下簡稱記錄儀)是一種用于記錄、存儲、顯示、打印輸出車輛有關(guān)行駛狀態(tài)信息的裝置。記錄儀的使用，對遏止疲勞駕駛、車輛超速等交通違章、約束駕駛?cè)藛T的不良駕駛行為、保障車輛行駛安全以及道路交通事故的分析鑒定具有重要的作用。</p><p>　　如圖示為行駛記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖：</p><

72、p>　　圖4.3 記錄儀的硬件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在圖4-3中，可以看到，記錄儀由中央處理器S3C44B0X01、串口，報警部分、鍵盤、數(shù)據(jù)檢測、顯示器等部分組成。處理器統(tǒng)一對各個模塊進(jìn)行任務(wù)調(diào)度和分配，協(xié)調(diào)完成相應(yīng)功能。</p><p>　　處理器S3C44B0用于處理各個模塊回送過來的數(shù)據(jù)以及向各個模塊發(fā)出操作命令。串口用于上下位機(jī)之間的通信，這些通信包括上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)

73、送配置數(shù)據(jù)以及下位機(jī)向上位機(jī)回送各類信息數(shù)據(jù)。</p><p>　　報警部分用于對駕駛員違規(guī)操作做出提醒。如，當(dāng)車速過快時，報警部分會發(fā)出“超速行駛”的警告音，汽車連續(xù)行駛時間超過4個小時時，會發(fā)出警告音等。</p><p>　　鍵盤部分用于完成人機(jī)交互功能，在汽車行駛記錄儀中，有很多操作需要駕駛員的手動命令來完成。例如，汽車啟動后，記錄儀要求駕駛員選擇駕駛序列號，記錄儀維護(hù)人員在初次安裝

74、記錄儀時，需要通過鍵盤來配置一些參數(shù)等。</p><p>　　數(shù)據(jù)檢測部分包括汽車行駛速度檢測、汽車連續(xù)行駛時間檢測、汽車行駛里程檢測、8路開關(guān)量檢測，4路門信號量檢測等。這些檢測到的數(shù)據(jù)回送至處理器后，處理器將這些數(shù)據(jù)保存到存儲器中。</p><p>　　而顯示器則用于顯示菜單，汽車行駛速度，實(shí)時時間等信息。</p><p>　　圖4.4 S3C44B0內(nèi)部資源結(jié)

75、構(gòu)圖</p><p>　　汽車行駛記錄儀能否正常、可靠、穩(wěn)定工作在很大程度上取決于處理器的性能的好壞。在選擇記錄儀處理器的方面，我們基于以下幾點(diǎn)考慮：</p><p>　　（1）按照國標(biāo)要求，汽車行駛記錄儀應(yīng)能夠以高于0.2秒的時間分辨率記錄并存儲車輛停車前20s實(shí)時時間對應(yīng)的車輛行駛速度值及車輛制動狀態(tài)信號，且記錄次數(shù)至少為10次；記錄儀還應(yīng)能夠以不大于1min的時間間隔持續(xù)記錄并存儲車

76、輛在最近360h內(nèi)的行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)。這就要求記錄儀中所選用的處理器不但能夠有較快的數(shù)據(jù)處理能力，而且能夠應(yīng)付頻繁的任務(wù)切換所帶來的任務(wù)壓棧、出棧所帶來的額外負(fù)荷。</p><p>　?。?）由于記錄儀在工作的過程中，同時需要運(yùn)行若干個任務(wù)。比如，正常工作時，記錄儀需要在液晶上顯示當(dāng)前時間，汽車當(dāng)前行駛速度，汽車當(dāng)前行駛里程等信息，這就要求在軟件設(shè)計時能有一個很好的任務(wù)切換機(jī)制，我們選擇μC/OS-Ⅱ來進(jìn)行任務(wù)管理以

77、解決上述問題。</p><p>　?。?）另外行車記錄儀所處的環(huán)境十分惡劣,除天氣變化、潮濕、機(jī)械振動等干擾因素外,汽車電氣設(shè)備中有很多導(dǎo)線、線圈和元件,它們有不同的電容和電感,而任何一個具有電感和電容的閉合回路都會形成振蕩回路。當(dāng)汽車上的電氣設(shè)備工作產(chǎn)生火花時就會產(chǎn)生高頻振蕩,并以電磁波的形式發(fā)射到空氣中,其中點(diǎn)火系統(tǒng)產(chǎn)生的電磁波頻率高、強(qiáng)度大,影響尤為嚴(yán)重。火花塞的中心電極對其殼體有一定的電容,中心電極本身又

78、有一定的電感,這樣,火花塞的電容和電感就形成了一個振蕩回路,在火花塞放電時就會產(chǎn)生高頻振蕩,連接火花塞的導(dǎo)線起著天線的作用,將振蕩以電波的形式向空間發(fā)射。汽車上類似這樣的電路還有很多,像放電機(jī)的電刷、喇叭、調(diào)節(jié)器觸點(diǎn)等等,這些電器工作時會產(chǎn)生電磁干擾,而且由于回路中的電容、電感的大小不同,產(chǎn)生的振蕩頻率也不相同,其頻率范圍很寬,對其他電器的干擾就很多。因此，抗干擾能力是選擇處理器時必須要考慮的一個重要方面。</p><

79、;p>　　（4）由于受汽車空間因素的制約，記錄儀的體積不能設(shè)計得太大。而降低記錄儀體積的一個很好的措施是減小外圍設(shè)備所占主板的面積。選擇一種可以集成諸如UART、RTC等外圍設(shè)備在芯片內(nèi)部的處理器，是一個很好的解決方法。</p><p>　　綜合以上的因素，我們選擇了三星公司生產(chǎn)的ARM7芯片S3C44B0X。如圖4-4示為</p><p>　　S3C44B0內(nèi)部資源結(jié)構(gòu)圖。<

80、/p><p>　　4.3車載定位終端的硬件結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?）定位終端硬件體系結(jié)構(gòu)</p><p>　　汽車定位系統(tǒng)由五部分組成：控制電源模塊、LCD顯示模塊、單元MCU、GPS定位模塊和GSRS模塊。加電啟動，再完成初始化之后，用戶如果向該定位終端發(fā)送定位請求，并且是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)建立無線通信鏈路的形式，終端將同時通過GPS定位和GSRS兩個模塊獲取位置

81、信息，并且將定位信息傳到Internet網(wǎng)上的服務(wù)器。如圖4-5示。</p><p>　　圖4.5 硬件構(gòu)成圖</p><p><b>　?。?）主要接口原理</b></p><p>　　MCU有UART1和UART0兩個串口。MCU分別通過串口1和串口0與GPS模塊和GPRS模塊通信。因?yàn)镸CU的兩個串口、GPS模塊通信串口、GSPS模塊通信

82、串口均為TTL電平，所以不需要電平轉(zhuǎn)換芯片，直接將MCU的TXD和RXD與另外兩個模塊的RXD和TXD互聯(lián)即可。</p><p>　　（3）各部分采用的模塊介紹</p><p>　　單片機(jī)：控制數(shù)據(jù)端的核心，處理器選用的是C8051F023。3.3V供電，最高工作頻率可達(dá)25MHz，在1～2個MIPS內(nèi)有很多指令可以完成，速度很快，有兩個UART1口；編寫和運(yùn)行簡單的TCP/IP/PPP協(xié)

83、議程序要有片載4KRAM和64KFLASH提供必要的空間；還有充足的I/O口。</p><p>　　GPS接收模塊和液晶顯示模塊：系統(tǒng)采用11.0592MHz晶振，串口1接收GPS信息，P1口和P3口用于12864 LED液晶顯示接口，可以顯示實(shí)時時間、緯度、經(jīng)度及其它GPS數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　GPRS模塊：選用MC35。GPRS模塊提供了9針的標(biāo)準(zhǔn)RS232接口，進(jìn)行全雙工的

84、數(shù)據(jù)通信需要通過MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片和C8051F023的UART0口相連。MC35需12V供電，在上電后還需要DTR的低電平向高電平跳變觸發(fā)啟動。在實(shí)際設(shè)計中，采用的是C8051F023的P2.0口經(jīng)MAX3232電平轉(zhuǎn)換后作為MC35的DTR。</p><p>　　(4) 硬件系統(tǒng)設(shè)計電路圖</p><p>　　圖4.6 基于單片機(jī)的GPS系統(tǒng)</p><p&

85、gt;　　GPS模塊可以接收GPS衛(wèi)星的信號，并對收集得到的信號進(jìn)行計算，得出模塊測試點(diǎn)所在位置的衛(wèi)星信息。采用的GPS模塊由五部分組成：變頻器、信號通道、微處理器、存儲單元和接收天線。單片機(jī)主控制器的串行接收口連接GPS模塊數(shù)據(jù)發(fā)送端接收衛(wèi)星信息。液晶顯示模塊的作用是顯示接收到的數(shù)據(jù)信息。12864數(shù)據(jù)連接單片機(jī)P1口，雙電源供電。如圖4-6示。</p><p>　　圖4.7 GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊</p&

86、gt;<p>　　GPRS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中數(shù)據(jù)端的數(shù)據(jù)來源可以有兩種：一種是由C8051F023自身運(yùn)算或處理產(chǎn)生，另一種是由其它終端數(shù)據(jù)設(shè)備通過UART0口向C8051F023發(fā)送的數(shù)據(jù)。如圖4-7所示。</p><p>　　4.4車載終端的軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　車載終端的軟件設(shè)計主要集中在汽車行駛記錄儀的軟件設(shè)計上面。</p><p>　　在

87、軟件設(shè)計上，我們?yōu)槠囆旭傆涗泝x從上電復(fù)位到進(jìn)入休眠狀態(tài)，設(shè)計了如圖所示的若干過程。</p><p>　　記錄儀初次安裝到汽車上時，會通過上位機(jī)給每個司機(jī)分配一個駕駛序列號，該序列號與其駕駛證號相對應(yīng)。我們這樣設(shè)計的目的是為了簡化用插卡方式來識別駕駛員身份帶來的麻煩。</p><p>　　給記錄儀上電后，記錄儀會要求駕駛員選擇駕駛序列號，如果駕駛員在超過20分鐘的時間還沒有選擇序列號的話，

88、記錄儀會進(jìn)入汽車是否啟動檢測程序，若發(fā)現(xiàn)汽車已經(jīng)啟動，則記錄儀認(rèn)為該次汽車行駛過程屬于匿名駕駛，進(jìn)入匿名駕駛處理程序，如若發(fā)現(xiàn)汽車已經(jīng)停止，或汽車沒有啟動，則記錄儀自動進(jìn)入休眠狀態(tài)。</p><p>　　如果駕駛員選擇了駕駛序列號，則記錄儀會從數(shù)據(jù)庫中將其駕駛證號查詢出來，并在顯示器上顯示。</p><p>　　下面，記錄儀開始進(jìn)入汽車是否啟動檢測程序。記錄儀如果檢測到汽車沒有啟動，則進(jìn)入

89、20分鐘延時程序，如果在20分鐘后，汽車還處于停止?fàn)顟B(tài)，則記錄儀自動進(jìn)入休眠狀態(tài)。如圖虛線部分所示。</p><p>　　如果汽車已經(jīng)啟動，則記錄儀開始進(jìn)入數(shù)據(jù)采集及處理程序，這里數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的計算和存儲等操作。并在顯示器上顯示當(dāng)前汽車運(yùn)行時間和當(dāng)前汽車行駛速度已經(jīng)行駛里程。</p><p>　　記錄儀在執(zhí)行這部分操作的同時，還在執(zhí)行一個程序：汽車是否停止檢測程序。如果汽車沒有停止，則

90、記錄儀繼續(xù)進(jìn)行上述操作，但如果汽車停止運(yùn)行了，則記錄儀馬上進(jìn)入20分鐘延時程序，在20分鐘后，還會進(jìn)行一次汽車是否啟動操作，如果確認(rèn)汽車停止，則記錄儀進(jìn)入休眠狀態(tài)。</p><p>　　由上面的關(guān)于記錄儀工作過程的分析中，我們可以看出，記錄儀在反復(fù)執(zhí)行如下的操作：汽車是否啟動檢測程序，汽車是否停止檢測程序，20分鐘延時，另外還有液晶顯示控制程序，數(shù)據(jù)采集程序等。</p><p>　　為了能

91、較清晰地講述記錄儀軟件設(shè)計過程，我們將要講述的部分作如下的分組：液晶顯示控制程序的設(shè)計、數(shù)據(jù)采集控制程序的設(shè)計、汽車是否啟動檢測程序的設(shè)計以及汽車是否停止檢測程序的設(shè)計。</p><p>　　圖4.8 汽車行駛記錄儀工作流程圖</p><p>　　4.4.1 液晶顯示</p><p>　　液晶顯示部分涉及到一個駕駛員序列號選擇的控制程序，要求駕駛員用鍵盤的按鈕選擇其

92、序列號。為了使程序設(shè)計能夠簡單，我們設(shè)計了3個鍵用于選擇，如圖4-9所示。鍵盤分為UP鍵，用于向上進(jìn)行菜單選擇；DOWN鍵，用于向下反向選擇；而OK鍵用于確認(rèn)。圖中虛框內(nèi)同時給出了液晶顯示駕駛員序列號選擇菜單的示意圖。當(dāng)選中起中一個序列號時，會在后面打上符號√作為提示和標(biāo)志。</p><p>　　圖4.9 鍵盤控制液晶電路示意圖</p><p>　　另外記錄儀還要求液晶顯示器能顯示菜單供人

93、機(jī)交互的界面，所顯示的菜單為圖4-10示。</p><p>　　當(dāng)記錄儀運(yùn)行汽車是否啟動檢測程序檢測到汽車已經(jīng)啟動后，處理器對鍵盤操作不予響應(yīng)，而當(dāng)檢測到汽車已經(jīng)停止時，開始根據(jù)鍵盤上的動作執(zhí)行相應(yīng)的操作。</p><p>　　圖4.10人機(jī)交互菜單分層結(jié)構(gòu)</p><p>　　4.4.2 數(shù)據(jù)采集控制程序</p><p>　　數(shù)據(jù)采集控制程

94、序主要用于記錄儀采集和存儲汽車行駛速度，計算和存儲汽車行駛里程以及各路開關(guān)量信號。</p><p>　　汽車行駛速度檢測主要是對車速傳感器傳過來的脈沖信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理包括單位換算，變量值的計算轉(zhuǎn)換等。</p><p>　　這部分程序的設(shè)計思路主要是在某一時間段如1ms內(nèi)，計算速度傳感器傳過來的脈沖個數(shù)，假使為n，如果汽車車輪的半徑設(shè)為R,而且車輛行駛每公里里程時驅(qū)動速度傳感器的轉(zhuǎn)

95、數(shù)為r，則可以得到汽車行駛速度的公式：</p><p>　　V=1000n/r；</p><p>　　計算行駛速度的關(guān)鍵部分在于檢測脈沖個數(shù)。在硬件電路設(shè)計時，將脈沖信號輸出線接到了處理器的外部中斷2上面。因此，我們在外部中斷2服務(wù)程序中設(shè)置一個計數(shù)器SpeedCount，用于對輸入的脈沖個數(shù)進(jìn)行計數(shù)。同時，我們將處理器自帶的內(nèi)部定時器5打開，用于1ms定時，當(dāng)定時時間到后，將SpeedC

96、ount里面的值提取出來，進(jìn)行分析和計算。</p><p>　　圖4.11 汽車行駛速度檢測程序工作流程圖</p><p>　　檢測程序工作流程圖如圖4-11所示。定時器5的中斷優(yōu)先級高于外部中斷2。當(dāng)檢測程序啟動時，同時啟動定時器5個外部中斷2，此后二者同時并行工作，定時器5專門用于1ms定時，而外部中斷2用于計數(shù)。而當(dāng)定時器5定時時間到后，會將外部中斷2關(guān)閉，調(diào)用顯示速度函數(shù)，在顯示器

97、上將速度顯示出來，然后將SpeedCount清零，從新開始計數(shù)。</p><p>　　4.4.3 汽車是否啟動檢測程序的設(shè)計</p><p>　　國標(biāo)規(guī)定當(dāng)車速傳感器輸出的脈沖信號超過1脈沖/S，并且持續(xù)5S以上時，可認(rèn)為車輛是在行駛狀態(tài)，否則認(rèn)為車輛處于停止?fàn)顟B(tài)。</p><p>　　汽車是否啟動檢測程序以此作為檢測汽車是否啟動的主要判別依據(jù)。</p>

98、<p>　　4.4.4 基于μC/OS-Ⅱ的任務(wù)調(diào)度</p><p>　　車載智能終端是一個集車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)和汽車行駛記錄儀在一起的復(fù)雜的系統(tǒng)，車載終端正常工作時，要執(zhí)行下面的操作：</p><p>　　(1) 需要不斷地接收衛(wèi)星定位信息</p><p>　　(2) 通過GPRS網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心發(fā)送數(shù)據(jù)和接收命令信息</p><p

99、>　　(3) 記錄儀不斷監(jiān)測汽車行駛時的各種狀態(tài)</p><p>　　其中，記錄儀不斷監(jiān)測汽車行駛時的各種狀態(tài)又包括監(jiān)測汽車行駛速度，汽車行駛里程等若干操作，如圖所示。</p><p>　　可以看出，車載智能終端能否正常工作與各部分控制程序是否協(xié)調(diào)工作有跟大的關(guān)系。因此，需要設(shè)計一個很好的控制程序調(diào)度機(jī)制來協(xié)調(diào)這些程序間的正常工作。在進(jìn)行了充分考慮后，我們決定選用嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)來

100、進(jìn)行任務(wù)管理。</p><p>　　嵌入式操作系統(tǒng)EOS（Embedded Operating System）是一種用途廣泛的系統(tǒng)軟件，過去它主要應(yīng)用于工業(yè)控制和國防系統(tǒng)領(lǐng)域。EOS負(fù)責(zé)嵌入系統(tǒng)的全部軟、硬件資源的分配、調(diào)度作，控制和協(xié)調(diào)。它必須體現(xiàn)其所在系統(tǒng)的特征，能夠通過裝卸某些模塊來達(dá)到系統(tǒng)所要求的功能。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。EO

101、S是相對于一般操作系統(tǒng)而言的，它除具備了一般操作系統(tǒng)最基本的功能，如任務(wù)調(diào)度、同步機(jī)制、中斷處理、文件處理等外，還有以下特點(diǎn)：</p><p>　　①可裝卸性。開放性、可伸縮性的體系結(jié)構(gòu)。</p><p>　?、趶?qiáng)實(shí)時性。EOS實(shí)時性一般較強(qiáng)，可用于各種設(shè)備控制當(dāng)中。</p><p>　?、劢y(tǒng)一的接口。提供各種設(shè)備驅(qū)動接口。</p><p>

102、　?、懿僮鞣奖?、簡單、提供友好的圖形GUI，圖形界面，追求易學(xué)易用。</p><p>　　⑤提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP協(xié)議及其它協(xié)議，提供TCP/UDP/IP/PPP協(xié)議支持及統(tǒng)一的MAC訪問層接口，為各種移動計算設(shè)備預(yù)留接口。</p><p>　　⑥強(qiáng)穩(wěn)定性，弱交互性。嵌入式系統(tǒng)一旦開始運(yùn)行就不需要用戶過多的干預(yù)，這就要負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理的EOS具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。嵌入式操作系統(tǒng)的用戶

103、接口一般不提供操作命令，它通過系統(tǒng)的調(diào)用命令向用戶程序提供服務(wù)。</p><p>　?、吖袒a。在嵌入式系統(tǒng)中，嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件被固化在嵌入式系統(tǒng)計算機(jī)的ROM中。輔助存儲器在嵌入式系統(tǒng)中很少使用，因此，嵌入式操作系統(tǒng)的文件管理功能應(yīng)該能夠很容易地拆卸，而用各種內(nèi)存文件系統(tǒng)。</p><p>　　⑧更好的硬件適應(yīng)性，也就是良好的移植性。</p><p>　

104、　國際上用于信息電器的嵌入式操作系統(tǒng)有40種左右。與其他商業(yè)內(nèi)核相比較，μC/OS-II的內(nèi)核結(jié)構(gòu)較簡單，但算法簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)時性較好。μC/OS-II的內(nèi)核結(jié)構(gòu)包括任務(wù)控制塊的結(jié)構(gòu)，就緒表的結(jié)構(gòu)，任務(wù)調(diào)度以及任務(wù)切換機(jī)理等，它們根據(jù)時鐘節(jié)拍相互協(xié)調(diào)工作。</p><p>　　(1) μC/OS-Ⅱ簡介</p><p>　　μC/OS-II是專門為計算機(jī)的嵌入式應(yīng)用而設(shè)計的實(shí)時操作系統(tǒng)

105、，是基于靜態(tài)優(yōu)先級的搶占式（preemptive）多任務(wù)實(shí)時內(nèi)核。該內(nèi)核不大，但具有一般多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核所具有的如可移植，可固化，可裁剪，可剝奪之類的全部特性。比較適合嵌入式系統(tǒng)的程序員、策劃人員以及對實(shí)時操作系統(tǒng)有興趣的學(xué)生。而且因?yàn)槠浣?jīng)過了嚴(yán)格的測試，目前已被應(yīng)用到了各個領(lǐng)域，如照相機(jī)業(yè)、發(fā)動機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備、高速公路電話系統(tǒng)、ATM機(jī)和工業(yè)機(jī)器人等。</p><p>　　(2) 基于μC/OS-Ⅱ

106、的任務(wù)調(diào)度</p><p>　　μC/OS-II是基于靜態(tài)優(yōu)先級的多任務(wù)實(shí)時操作系統(tǒng)內(nèi)核。靜態(tài)優(yōu)先級決定了它進(jìn)行任務(wù)管理等操作時，是以任務(wù)的優(yōu)先級為基準(zhǔn)的。每個任務(wù)都有其優(yōu)先級。任務(wù)越重要，賦予的優(yōu)先級越高。</p><p>　　因此，我們必須要做的一步工作是為每個任務(wù)分配一個優(yōu)先級。并且這個優(yōu)先級從始至終都不會改變。結(jié)合汽車行駛記錄儀實(shí)際情況，考慮到上文所述的任務(wù)間不存在優(yōu)先級變動問題，

107、為它們每個分配了一個靜態(tài)的優(yōu)先級。表4-1所示為任務(wù)優(yōu)先級分配表。</p><p>　　表4.1 任務(wù)優(yōu)先級分配表</p><p>　　圖4.12 任務(wù)切換流程圖</p><p>　　圖4-12所示為任務(wù)切換流程圖。汽車是否啟動檢測任務(wù)VTDRCStTest的優(yōu)先級最高。因?yàn)橛涗泝x上電后首先要執(zhí)行的是這一步操作。汽車是否停止檢測任務(wù)的優(yōu)先級次之，因?yàn)?，如果汽車停止?/p>

108、，諸如行駛速度檢測之類的任務(wù)就可以被掛起了。其它的任務(wù)優(yōu)先級僅僅按照先后順序依次隨機(jī)分配，其實(shí)它們之間的優(yōu)先級應(yīng)該是相同的。</p><p>　　當(dāng)任務(wù)VTDRCStTest執(zhí)行，且檢測到汽車已經(jīng)啟動后，調(diào)用函數(shù)OSTaskSupend將自身掛起。在汽車停止之前，不再讓此任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)。因?yàn)榧热黄噯訖z測工作已經(jīng)完成，而且檢測到汽車已經(jīng)啟動后，在汽車停止前這一步就沒有必要再執(zhí)行了。</p><

109、;p>　　當(dāng)汽車是否停止檢測任務(wù)VTDRCSpTest檢測到汽車停止后，OSTaskResume將汽車是否啟動檢測任務(wù)恢復(fù)。</p><p>　　其它任務(wù)每次執(zhí)行完都會調(diào)用函數(shù)OSTimeDly將自身延時，暫時退出就緒態(tài)。延時時間不等。</p><p><b>　　第5章 應(yīng)用實(shí)例</b></p><p>　　此次的畢業(yè)設(shè)計是我通過我所在