基于單片機的GPS車載終端設計與實現(xiàn)

警用車輛的指揮調度、運鈔車的監(jiān)控與安全調度、出租車的經(jīng)營管理和合理調度，已成為公安、銀行以及公交運輸系統(tǒng)中越來越重要的問題。GPS全球定位技術的出現(xiàn)給車輛、輪船等移動目標的導航定位提供了精確、實時的定位能力。集成定位，通信、汽車行駛記錄儀等多項功能；具有強大的業(yè)務調度功能和數(shù)據(jù)處理能力；支持電話本呼叫、文字信息語音播報；具有安防報警、剪線報警及遠程安全斷油、斷電安全保護功能；預留多個RS-232接口和RS485接口，可外接計價器、攝像頭、麥克風、耳機、TTS語音合成盒子。分體式設計主機可隱蔽安裝，自備高量備用電池可供車載終端的無電情況下工作報警。

　　1 車載移動終端

　　GPS車載移動終端采用世界領先的GPS全球衛(wèi)星定位技術、無線通信技術及計算機數(shù)據(jù)處理技術，可為用戶提供全方位、全時域空間位置信息。GPS車載移動終端在GPS移動信息服務系統(tǒng)中的應用結構如圖1所示。

　　通過GPS移動信息服務系統(tǒng)，車載移動終端可以實現(xiàn)如下基本功能：

　　（1）實時定位功能：運用GPS實現(xiàn)定位獲得車輛高精度的位置及狀態(tài)信息，通過電子地圖系統(tǒng)查出車輛地理位置，實現(xiàn)定位和跟蹤，并根據(jù)需要通知車主或控制中心。

　　（2）報警功能：為確保人、車安全，設計了多種條件下觸發(fā)報警功能。

　　①緊急報警：當車主在遇到緊急情況、車輛故障、交通事故、醫(yī)療等情況下，只要按動緊急情況按鍵，即可通知車主家人、控制中心、汽車俱樂部。通過數(shù)據(jù)分析可得知車輛位置并設法盡快提供幫助。

　　②狀態(tài)報警：可遠程遙控設置超速、超加速、越界、停車時間過長、振動、車門動作、GPS無信號、蓄電池電壓低等多種報警功能。報警后車主或控制中心會收到報警信息和車輛位置信息。狀態(tài)報警可以由用戶設定來選擇各種報警有效與否。

　　（3）車載電話功能：可以實現(xiàn)完全的GSM車載電話功能。配接免提裝置可實現(xiàn)免提通話功能，保證行車安全。

　　（4）汽車黑匣子功能：可記錄汽車最近一段時間的運行狀態(tài)和軌跡。可根據(jù)設置記錄一定時間或距離的汽車狀態(tài)和軌跡，為運營和交通事故處理提供依據(jù)。

　　（5）汽車防盜器：具有近程和遠程控制及報警功能。近程可通過RF來實現(xiàn)遙控解除和設置警界狀態(tài)功能；遠程可通過GSM網(wǎng)絡將汽車狀態(tài)通知車主或控制中心，且車主和控制中心可遙控解除和設置警界狀態(tài)。

　　（6）具有嚴格的密碼認證功能，車主具有隱私權。

　　2 GPS車載移動終端設計

　　GPS車載移動終端主要由GPS模塊及天線、GSM通信模塊、微處理器、LCD液晶顯示模塊、鍵盤等單元組成。

　　2.1 主要硬件模塊選型

　　2.1.1 微處理器

　　GPS 是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡稱，而其中文簡稱為球位系.GPS是20世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) .其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成。經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。

　　GPS車載移動終端中控制器的選擇至關重要，它不僅影響整個系統(tǒng)的性能，而且關系到車載移動終端的成本。本車載移動終端選擇美國CYGNAL公司的C8051F020單片機做處理器。C8051F020與一般的8051相比，其優(yōu)點在于：（1）運行速度快。芯片采用流水線指令結構，70%的指令其執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期，當工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25MHz時，執(zhí)行速度可達25MIPS.（2）ADC采樣速率高，可達到500Kbps,不必外加ADC芯片就能滿足需要。（3）片內存儲空間大。（4）調試方便。（5）安全機制可靠。（6）外部資源豐富，有8個8位的I/O端口，硬件有SMBus（I2C兼容）、SPI及2個增強型UART串口等。

　　2.1.2 GPS模塊

　　GPS模塊選用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器。瑞士U-BLOX公司專門從事GPS集成電路開發(fā)，其突出特點是可以將高性能GPS定位接收機做得非常小。TIM GPS接收器自身包含低功耗GPS接收器，尺寸僅為25.4mm×25.4mm×3mm,相當于一個普通芯片的大小，非常適合于對尺寸要求嚴格的高端應用，如手機、PDA、車載導航等GPS的應用。

　　2.1.3 通信模塊

　　TC35是SIEMENS公司推出的新一代無線通信GSM模塊，可以快速、安全、可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)和語音傳輸、短消息服務（Short Message Service）及傳真。模塊的工作電壓為3.3~5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz 2個頻段，所在頻段功耗分別為2W（900MHz）和1W（1800MHz）。模塊有AT命令集接口，支持數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真服務等。此外，該模塊還具有電話簿功能、多方通話及漫游檢測功能。常用工作模式有省電、IDLE和TALK等模式。通過獨特的40引腳的ZIF連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50Ω天線連接器，可分別連接SIM卡支架和天線。

　　2.2 GPS車載移動終端的工作原理

　　TIM GPS接收機通過GPS天線接收衛(wèi)星信號，解算出車載移動終端的位置信息，一方面存儲于緩沖區(qū)中，作為日后路徑回放用，另一方面直接由單片機通過串口發(fā)送到GSM模塊。GSM模塊再通過GSM短消息方式把位置信息發(fā)送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心通過GIS軟件平臺就可以直觀、清晰地在電子地圖上發(fā)現(xiàn)車輛的軌跡，實現(xiàn)車輛的實時監(jiān)控。另外，車載終端也可以發(fā)送報警信息和語音信息到監(jiān)控中心；監(jiān)控中心也可以通過文字或語音的方式對車輛實施調度。