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1、一种工程车载定位设备的设计与实现 摘 要：设计并实现了一种应用于工程车辆的车载定位设备(VPEM）以实现对工程车辆的远程监控和管理。该设备采纳了GPS进行全球定位以对工程车辆进行跟踪,并通过GSM短信息方式或GPRS数据通信业务将信息发送到管理中心,管理中心通过电子地图定位工程车辆的位置,并可对其进行状态检测以及任务调度。同时,也供应了车载电话和音/视频监控功能。该设备的主要特点是软硬件均采纳模块化设计,可以依据用户的需求对定位方式、定位信息的传送以及调度过程等进行定制。 关键词：GPS;车载设备;GSM;GPRS Design and Realization of Engineering V
2、ehicles Positioning Equipment TAN Jiafan,LI Jianhui (Hunan Insititute of Humanities and Science and Technology,Loudi,417300,China) Abstract：An Engineering Vehicles Positioning Equipment(EVPE) to complete the remote monitoring and management for vehicles is designed and realized.The equipment using G
3、PS to realize gobal position and track vehicles.Through GSM short message or GPRS data communication business,the equipment sents the information to the management center.The management center uses electronic maps to get the location of vehicles,to implement the state testing and task scheduling for
4、 vehicles.Meanwhile,it can also provide mobile phone and audio/video monitoring function.The main feature of equipment is that the hardware and software all use modular design to customize business,such as positioning ways,the transmission of positioning information and scheduling process,according
5、to different users need. Keywords：GPS;vehicles equipment;GSM;GPRS 1 引 言 目前车辆定位设备正处于高速发展时期,市场上已经有很多车辆定位设备。但是对于不同的车辆,由于其不同的运营模式,对定位功能的需求是不一样的。高档小轿车的定位功能主要为车载电脑供应位置信息,并以电子地图的方式呈现给车主,进而实现自动导航功能；一些物流型车辆,如出租车、物流公司的货车以及汽车运输公司的车辆等,它们定位的目的是为管理中心(由出租车公司、物流公司和汽车运输公司进行组织）供应车辆的位置以达到管理、调度以及防盗等功能；而以工程机械(如吊车、叉车等）为代
6、表的租赁型车辆则是车载定位设备的一个新兴市场,它和物流型车辆类似,但是由于其运营模式不同,所以在设计中必需充分考虑安装、管理等方面的众多问题。同时,由于租赁型车辆通常为运营性质,对设备产生的费用比较敏感,同时用户群体分散而困难,所以对于计费方式以及调度过程等的需求比较困难,因此设计过程中还须要尽量降低费用并供应对各种需求的定制接口。 本文设计的evpe就是这样一种应用于工程车车载定位的设备。 2 工程车载定位设备的特点 车载定位设备主要包含定位模组、无线通信模组和电子地图三个主要部分,对于不同的车载定位设备它们不肯定是必需的。 车载定位设备一般有两种运行方式：独立终端模式和管理中心加定位终端模
7、式。 目前有些带GPS功能的手机事实上就是一种独立终端模式的车载定位设备,在车上安装这种设备,然后通过软件实现车辆定位和导航的目的,这种设备只有一个独立的设备,它一般不会将定位等信息与其他车辆或者管理中心共享,在目前私家车中得到越来越多的应用1。独立终端模式的车载定位设备一般包含定位模组和电子地图,但是不肯定具有无线通信模组。 管理中心加定位终端模式的车载定位则是比较普遍运用的一种模式,图1所示是该模式一种典型的运行方式。图中管理中心一般由主机加一台管理终端设备组成,管理终端设备实现无线通信模组；定位终端设备则分散安装在移动车辆中,必需实现定位模组和无线通信模组,困难的可能还须要配备电子地图。
8、定位终端设备将从GPS模组接收到的定位信息以及其他车辆状态信息通过无线通信方式发送出去,并由管理中心的管理终端设备接收,定位信息被传送到管理中心的主机,并在电子地图中进行定位,其他信息由主机上相应的软件进行处理,必要的话也可由主机软件发送限制吩咐到定位终端设备限制设备的相关动作。 EVPE就是一种典型的管理中心加定位终端模式的车载定位设备。目前很多大型工程车辆均采纳租赁模式运营,而供应租赁服务的车主由于设备投资巨大多采纳按揭的方式或者向车辆卖方赊欠的方式购买车辆,车辆投入运营后以运营收入按月或定期支付。由于车主多为个体经营,个别车主购买后不能定期、定量支付所欠银行或卖方的费用,而又无法确定车辆
9、行踪,导致银行或卖方车、财两空。因此必需有一种有效的手段定位车辆位置,只要车主不能定期、定量支付所欠银行或卖方的费用,银行或卖方可以依据车辆位置进行相应的处理,如向其告警或干脆将车拖回。另外一个方面,对于特地供应工程机械租赁服务的公司也可通过该设备对其车辆进行监控和调度,以避开车辆丢失,同时还能进行有效的调度。 因此工程车载定位设备具有如下特点2： (1) 安装位置必需隐藏,而且对车主必需保密,因为车主一旦知道有该设备存在,它就会想方设法拆除它,因此,在设计时必需充分考虑安装位置,且在安装时必需保证安装过程的保密。 (2) 必需保证在车辆熄火或蓄电池被取出状态下仍旧能够正常工作。必需供应电瓶爱
10、护功能,电瓶电压过低、过高时脱离电瓶,干脆运用后备电池供电。后备电池须供应充电接口,当电压过低时从电瓶充电。 (3) 对于主要用于调度的车辆必需供应车载电话可以使车辆和管理中心通话,另外管理中心可以通过安装在车辆上的摄像头对车辆状态进行视频监控。 (4) 定位终端设备须要监测的状态至少包括：GPS天线开路、GPS天线短路、主机由后备电池供电、后备电池电量、电瓶被拆除、车门、发动机、ACC、断油电等。这些状态将定时发送到管理中心或者由管理中心发送恳求时发出。 (5) 须要实现的报警功能：盗警、劫警、电瓶拆除报警、GPS天线开路报警、GPS天线短路报警、GPS模组故障报警。报警方式主要采纳短信报警
11、、无GSM信号时供应声光报警。 3 工程车载定位设备的实现方案 工程车载定位设备的实现方案如图2所示,它由主处理器、GPS定位模组、GPRS无线通信模组、音/视频采集模组和以太网通信模组等部分组成。 主处理器是设备的限制中心,基于图2中的需求,它采纳Intel XSCALE系列的PXA273处理器。该处理器在目前PDA手机中得到广泛应用,它可以稳定工作在520 MHz,并可跳频到624 MHz。其功耗低,接口丰富,内置多个串口以及USB HOST接口,可以外接USB摄像头等设备,完全适合本设备的需求,且其功能为后续产品的升级留下了很大的扩展空间3。 定位模组用于实现对车辆的定位,是车载定位设备
12、的关键技术之一。定位多采纳 GPS(Global Positioning System,全球定位系统）,它是美国的国防导航卫星系统,是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。24颗卫星位于6个倾角为55的轨道平面内,高度为20 182 km,周期近12 h。卫星用两个 L波段频率放射单向测距信号,区分不同卫星采纳码分多址。它是一个军民两用系统,供应两个等级的服务。GPS系统是为全球范围内的飞机、舰船、坦克、地面车辆、步卒、导弹以及航天飞机等供应全天候、连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和精确时间,因此,具有极高的军用价值和民用前景。目前市场上有很多成熟的GPS模组,GP
13、S模组接收GPS卫星信号,经信号处理而获得用户位置、速度等信息,然后通过串口发送出去。 车辆的移动性确定了系统的通讯必需采纳无线通讯方式。现在常用的通讯方式为GSM的短信息业务、GPRS(中国移动网络）/CDMA(中国联通网络）数据传输两种方式。我国GSM公用数字移动通信是覆盖面最大、系统牢靠性最高、保有量最多的数字移动通信系统,利用GSM的短信息业务传输GPS信息及其他信息是一种经济、有效的通信方式。但是该方式具有肯定的时延,而且传输数据量特别有限。假如须要传输大量数据或者要求较小的时延可以采纳GPRS/CDMA数据业务进行传输。目前市场上也有很多成熟的GPRS模组,它们通过串口接收AT吩咐
14、集以接收处理器的限制。 图3为本设备中定位终端设备的GPRS/GPS模组硬件原理框图。管理终端设备只有GPRS模组,没有GPS模组。系统采纳BENQ的M22 GPRS通信模组和GPS-1010 GPS模组。它们都是通用的GPRS/GPS模组,在各种系统中应用特别广泛。 定位终端设备的GPRS/GPS模组通过串口连接到PXA273处理器的串口,管理终端设备的GPRS模组则干脆通过一个DB9插座通过串口延长线连接到管理中心主机的串口。图3中GPS模块须要连接一根GPS天线(ANTENNA）,而GPRS模块须要连接一个SIM卡卡座(SIMCARD）、一根GPRS天线(ANTENNA）、一个耳机插座(
15、SPK）和一个麦克风插座(MIC）。假如不须要进行GSM语音服务(打电话和接电话）则耳机和麦克风插座不须要引出,否则它们将连接到车载耳机和麦克风。 图4为该设备的语音部分硬件原理框图,它采纳AC101接口的UCB1400芯片,SPEAK和MIC分别连接到车载耳机和麦克风。 视频采集干脆通过一般USB摄像头插入到USB接口中实现,图5为该设备的USB接口硬件原理框图。 以太网通信模组仅在管理终端设备中须要,用于将管理终端设备接收到的音/视频数据传送到管理中心的主机。图6为本设备的以太网卡硬件原理框图。它采纳101 Mb/s以太网接口芯片LAN91C111,由网络接口芯片LAN91C111、传送变
16、压器、RJ45以太网插座和处理器PXA273组成,以实现通过以太网传送数据的功能。 本设备软件采纳嵌入式Linux,它是目前在手持设备、工业限制等领域都广泛应用的操作系统。对于PXA273以及本文运用的各种外接芯片接口都支持的特别好4。图7为本设备软件系统框图。 4 VPEM的关键技术问题及其解决方法 4.1 无线传输方式的选择 VPEM实现了定位功能、车载电话以及音/视频监控功能的模块化设计,可以依据用户需求自由选择,同时支持采纳短消息和GPRS数据通信两种方式将用户信息发送到管理中心。系统依据不同的模块组合方式对其通信方式进行定制,这个过程是由系统自动完成,不用用户干预,同时全部的通信方式
17、都可以由用户进行手动设置5。下面是系统采纳的默认通信方式： (1) 对于不须要车载电话以及音/视频监控功能的用户,无线传输的内容包括：定位信息、状态信息。这些信息量很小,干脆运用GSM短信息业务完成。 (2) 对于须要车载电话而不须要音/视频监控功能的用户,GPS定位等信息采纳GSM短信息业务,而车载电话干脆采纳GPRS模组的GSM电话功能实现。 (3) 对于须要车载电话以及音/视频监控功能的用户,车载电话运用音/视频采集模组采集音频和视频数据并通过GPRS模组的GPRS数据通信业务实现,GPS定位等信息可选择的采纳GSM短信息业务和GPRS模组的GPRS数据通信业务,假如音频和视频数据采集较
18、频繁则采纳GPRS数据通信业务,否则就运用GSM短信息业务。 4.2 隐藏安装的问题 前面已经提到定位终端设备必需隐藏安装,因此在设计过程也必需充分考虑该问题。对于GPRS/GPS模组由于它们都必需运用天线才能正常工作,GPRS模组天线较小,信号接收也很强因此选择较短的天线干脆安 CM(21*2装在设备机盒内,而GPS天线必需采纳室内天线并安 装在设备机盒中,由于室内天线会增加设备的成本而且信号也没有室外天线强,因此,在设计时供应室外天线的接口供不须要隐藏安装的用户运用。 5 结 语 本文设计并实现了一种应用于工程车辆的车载定位设备以实现对工程车辆的远程监控和管理。该设备采纳高档ARM处理器并
19、嵌入Linux操作系统,为设备供应了良好的扩展实力,有利于产品的进一步升级；该设备硬件采纳模块化设计,充分考虑不同用户的需求,可以对硬件进行定制；同时不同的用户可以依据须要选择不同的无线通信方式,以节约开支。 参 考 文 献 1Elliott D,Kap lan.GPS原理与应用M.邱致和,王万义,译.北京:电子工业出版社,2002. 2刘大杰,施一民.全球定位系统(GPS)的原理与数据处理M.上海:同济高校出版社,11016. 3李丽,题原.GPS在车辆定位系统中的应用J.高师理科学刊,2022,26(3):46-49. 4李国连,刘万军.基于嵌入式技术的GPS车辆导航系统J.东北高校学报:
20、自然科学版,2004,25(Z1):162-164. 5BENQ Corporation.M22 GSM/GPRS Wireless Module DatasheetS. 6李庭贵，余春暄.基于嵌入式车载定位导航系统的设计J.现代电子技术,2022,28(6):51-52,57. 作者简介 谭甲凡 男,1962年诞生,湖南涟源人,高级讲师。主要探讨方向为ARM嵌入式技术。 第11页 共11页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页第 11 页 共 11 页