基于ARM的GPS/GSM车辆监控系统的车载端设计

只看该作者 · 2018-4-27 22:36

二十世纪末到本世纪初，我国的公路交通运输业得到了巨大的发展，各种车辆尤
其是民用车辆的数量以惊人的速度增加，同时给交通管理带来了许多的问题，如城市道
路的拥挤不堪，交通事故频频不断，针对车辆的盗窃、抢劫案件也时有发生等等，这些
问题加大了车辆的管理和控制的难度。因此，如何利用现有技术对车辆实施行之有效的
监管具有重要的现实意义。

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GPS／GSM车辆监控系统为解决这一问题提供了一个很好的解决方案，它利用车载端
的GPS设备对车辆进行定位，将位置信息经过控制模块的处理后通过GSM模块使用GSM
通信网络传回监控中心，监控中心结合GIS系统对位置信息进行分析以制订相应措施并
可对车载端发出相应的控制命令。本文通过在ARM的嵌入式硬件平台上采用uClinux操
作系统作为车载端应用程序的运行环境，利用GSM通信网络的短消息服务向监控中心传
递移动车辆的位置信息及状态信息，设计并实现了基于ARM的GPS／GSM车辆监控系统的
车载端。

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本文提出了一种基于uClinu匿操作系统环境的车载端软件设计方案，采用结构化程
序设计方法，使用c语言编程，通过对数据传输模型的分层设计(GSM物理层、GSM传
输层及GSM应用层)，增强了系统的可扩展性及可靠性，扩大了系统的应用领域。最后
在WIN2000环境下实现了监控中心的模拟程序，对车载端的功能进行了测试。

只看该作者 · 2018-4-27 22:37

截J止2004年，我国交通运输业保持繁荣态势，国内运输生产快速增长。未来几年内，
交通运输将继续保持较快增长，尤其是公路运输。到目前为止，中国私有汽车保有量早
已于2004年突破1000万辆，标志着中国已经进入私家车时代，运输网络四通八达，大大
方便了旅客的出行和商品货物的流通，为国民经济的发展奠定了良好的基础。
但同时，也带来了一系列相关的问题，例如：私人汽车迅猛的发展造成了道路的拥挤；
车祸的频频发生对人民的生命及财产造成了的巨大损失：车辆盗窃、抢劫等犯罪行为难于
监管等等。由此可见，对车辆实施行之有效的监管和控制已成为了即待解决的问题。而
GPS(全球定位系统)在民用领域的逐步普及为解决这一问题开辟了新的思路，基于A砌讧
的GPS／GSM的车辆监控系统是目前解决相关问题的有效的手段．它是集GPS技术、GIs技
术、嵌入式系统、GSM移动通信技术、信号处理技术等于一体的高技术产品，具有对车
辆进行监控、即时定位、失窃跟踪、遇险报警、车辆事故分析等多项功能，即实现了车
辆实时动态信息的管理，又加强了对车辆的控制，节约了大量人力、物力，对减少车辆
拥挤，协助事故处理，提高运输的安全性和有效性起着非常重要的作用。

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GPS／GSM车辆监控系统的发展及现状
从九十年代开始，已有十几年的时间GPS／GSH车辆监控系统应用走过了一条曲折而
缓慢发展的道路。1995年开始是萌芽阶段，当时有上百家公司都来竞争GPS车辆监控系
统的市场，但成功者不多。究其原因不外乎两个，一是市场尚未形成，用户还没有迫切
需求；--是所用技术尚不完善，做成的大多数的产品达不到商品化程度。鉴于上述原因，
致使从事车辆监控系统的公司绝大多数造成亏损，不少公司只好退出这个行业。随后几
年间是GPS车辆监控系统市场的整顿、巩固、改善、提高的阶段，在对原有不良系统进
行改造的同时，兴建了一些新的系统。从而在三、四十个城市建成了金融车辆和公安车
辆监控系统，装车总量为三千辆左右，耗资近一亿元*币。2000年后GPS车辆监控系
统市场又出现了新的发展，出现了快速增长的势头，这时的市场趋于逐步成熟，我国的
．GPS车辆监控系统的技术有了较大的提高和发展，作为系统的瓶颈问题的通信网络通过
采用GSM移动通信系统公众网的短消息服务(SMS)找到了新的方法，这对扩大规模
无疑是大有益处的。
传统的车辆监控系统通常采用8位单片机作为车载端的主控芯片，对于简单的监控
应用能够满足。例如：导航数据的处理和传输、外围设备的控制等等。但是，由于目前
GPS／GSM应用的复杂程度的增加，例如要求显示复杂的电子地图、数据需要进行复杂计
算、高端产品甚至要求有网络互联和Web浏览功能等等。由此可见，传统的8位单片机
系统因为其功能简单、无操作系统、程序移植性差已经难以胜任。而且，大部分半导体
和电子公司也纷纷从8位转向32位，使32位系统的开发成本大大降低，加速推动了32位
基于ARM的GPS／GSM的车辆监控系统的车载端设计
嵌入式系统的应用和发展。其中的翘楚当属目前占有32位ⅪsC CPU市场75％的A脚处
理器，此类嵌入式系统具有功耗低、成本低、可运行多种操作系统、开发程序方便、功
能强大、具有良好的可扩展性，作为GPS／GSM开发平台，拥有极佳的性价比。

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GPS／GSM车辆监控系统
车辆监控系统由三部分组成：车载端、监控中心和两者之间的通信网络。车载端除了
必须能随时提供移动车辆的位置信息外，还必须具备体积小、功耗低和成本低。通信网
络要求具有容量大、覆盖范围广和可靠性高等特点，随着覆盖全国的移动通信网络的建
成和短消息业务的开通，特别是体积小、功耗低的GsM模块的推出使这一状况得到根本
的改善，开发出许多面向民用的监控导航系统。基于ARM的GPS／GSM车辆监控系统就
是其中的一种。

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基于ARM的GPS／GSIIj庭程监控系统组成

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6PS定位技术及原理
全球定位系统(Global Positioning System．GPS)是基于卫星的无线导航系统，它能
够全天候、不问断地在全球范围内为空中、陆地、海洋的用户提供高精度的位置、速度、
和时间等信息并且有良好的抗干扰和保密性能，GPS由美国国防部设计和收费，之后美
国国防部与美国交通部达成协议，交付民用。

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GPs系统的组成
GPS包括三部分：空间部分(卫星)、用户部分(接收机)和控制部分(管理和控制)。

只看该作者 · 2018-4-27 22:42

1)空间部分
GPS星座包括24颗卫星，它们分布在互成60度角的6个轨道面上，每两个轨道之间
倾角为55度，每个轨道面上有4颗卫星，如图2．1所示。卫星位于距地面约20138千米的高
空，周期约2d,时，每颗卫星绕地球运行两圈时，地球恰好自转一周。这样每颗卫星每
个恒星日有1．2次通过同一地点的上空。GPS卫星有多种编号方式，顺序编号、PRN编号、
IRON编号、NASA编号、国际识别号等，其中PRN编号最为普及，它是根据GPS卫星所
采用的伪随机噪声码PRN码对卫星进行编号。

只看该作者 · 2018-4-27 22:45

控制部分
控制部分测量和计算每颗卫星的星历，编辑成电文发送给卫星然后由卫星实时地播
送给用户，这就是卫星提供的广播星历。
控制部分包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。监测站对每颗卫星进行观测，
并向主控站提供观测数据。监测站是一种无人值守的数据采集中心，受主控站的控制定
基于ARId的GPS／GSM的车辆监控系统的车载端设计
时将观测数据送往主控站。主控站作为主体设备，具有数据采集，编辑导航电文、诊断和调整
卫星等功能。

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用户部分
即GPS接收机。GPS接收机种类很多，但基本结构一致，分为天线单元和接收单
元两部分。如图2．2所示。左上角的虚线框为天线单元，右边的虚线框为接收单元。

只看该作者 · 2018-4-27 22:47

天线单元由接收天线和前置放大器组成GPS接收机一般采用场效应FEW放大器。接收
单元由四部分组成：信号通道单元、存储单元、计算和显示控制单元、电源。

只看该作者 · 2018-4-27 22:47

GPS信号和编码
GPS卫星信号包含三种信号分量，载波、测距码和数据码。
GPS使用L波段，配有两种载频，所以选择两个载频，目的在于测量出或消除掉由
于电离层效应而引起的延迟误差。
GPS信号中使用伪随机码编码技术识别和分离各颗卫星信号，并提供无模糊度的测
距数据。伪随机码(PRN)，简称伪码，是一组人工生成的噪声码。它不仅具有高斯噪声
所有的良好的自相关特征，而且具有某种确定的编码规则。

只看该作者 · 2018-4-27 22:47

GPS扩频码，即由伪随机码构成的测距码，分为C／A码和P码。C／A(Coarse／Acquisition
是用于粗A9和捕获的伪随机码。P码∞∞ise)是GPS卫星的精测码，码率为10．23MI-Iz．
美国国防部规定P码专为军用，目前只有极少数高档次测地型接收机才能接收P码，
而且价格昂贵。这两种伪随机码作为扩频信号具有很强的多址工作能力。GPS利用不同码序列的扩频信号实现X寸24颗卫星的识别和跟踪．尽管24颗卫星发射着同一种载频信号，
但可以按照不同的伪随机码加以识别。
导航电文是卫星提供给用户的信息，它包括卫星状态、卫星星历、卫星钟偏差校正
参数以及时间等内容。

只看该作者 · 2018-4-28 15:14

支持下。现在北斗的精度也是不错的，和GPS都差不多了。