基于GR47模塊的車輛定位監控系統移動終端設計

　引言

　　本次設計的車輛定位監控系統，是采用世界領先的GPS全球衛星定位技術、GSM/GPRS全球移動通信技術、GIS地理信息處理技術以及數據處理技術，開發出的一套遠程監控管理系統。利用該系統可以遠程無線監控、調度所有在GPRS+GSM網覆蓋范圍內的警用車輛、急救車輛、消防車輛、出租車輛、租賃車輛、民用車輛等移動目標。移動目標的GPS數據、其他指令及各類報警數據均由GPRS信道傳送到遠程數據處理中心，并可根據需要進行語音通話。

　　GR47的功能特點

　　GR47是可以配置的，使得外部輸入、輸出接口提供的外部控制應用更有效。嵌入式的控制器對于在報警、儀表采集和應用公布等群組應用領域是可以訪問的，并且支持C語言編程。GR47獨特的優勢是:傳輸大量數據并始終保持連接，根據我們在不同地區的測試，掉線幾率是同類模塊最小的; 本身具有TCP/IP協議棧功能，還可以開放內部CPU資源，同時擁有所有M2M通信必需的功能。

　　圖1所示為GR47的內部實時操作系統(RTOS)及外部硬件接口框圖。控制器位于GR47的內部，運行實時操作系統。RTOS給用戶提供了GSM 處理程序，AT 指令通道函數，TCP/IP協議，UART、I/O 口、I2C、SPI總線等外部接口的驅動函數及一些其它的應用函數。微控制器在后臺運行，所以并不影響模塊的GSM 功能。用戶將應用程序以腳本的形式下載到模塊的FLASH中，模塊使用了一個解釋器，解釋器從FLASH中讀入腳本，并且逐行解釋，使之執行所需功能。GR47的外部有3個串口，其中串口1 作AT指令通道或程序下載用，串口2主要用于調試程序，串口3為通用232口，可以連接其它外部設備，另外還有I2C、SPI總線和8 根I/O線。

圖1 　GR47 模塊框圖

　　GR47模塊有兩種工作方式，一種是內部控制器方式，即直接利用模塊內嵌的CPU和開放的系統資源，將應用程序下載到模塊中使用，腳本在模塊本身的內部控制器中運行，腳本運行的時候模塊可以發送和接收數據并對其進行處理；另一種方式是外部控制器方式，即將模塊嵌入到用戶的系統中使用，外掛處理器對其進行操作控制，腳本在外部微控制器中運行。它的一個典型的應用是：將一個微控制器和GR47模塊結合起來，從微處理器通過UART1向GR47發送AT指令。

　　圖2和圖3描述了GR47分別工作于內部控制器方式和外部控制器方式的兩個無線通信系統的原理框圖。從圖中可以看出，不論是外部控制器還是內部的嵌入式應用程序都是通過串口與GSM/GPRS移動站進行通信的。此外，利用GR47的I2C總線和I/O線可以與其它許多外部設備進行通信，總之，GR47模塊以其獨特的優勢將在各行各業發揮重要的作用。

圖2 　內部控制器方式

圖3 　外部控制器方式

　　系統設計

　　整個系統如圖4所示，由GPS全球定位系統、移動終端、GSM/GPRS網絡和遠程監控中心幾部分組成：GPS全球定位系統主要用來接收衛星的定位信號，并解算出車載機當前的地理位置；無線通信系統采用GPRS 移動通信系統，主要用于實時將經移動終端通信控制設備編碼后的移動車輛的經度、緯度、速度、運動方向、時間、車輛狀態以及報警等信息上傳至監控中心，并將監控中心對移動端的控制命令下發至移動端；監控工作站將接收到的車輛位置和狀態信息進行適當的數據處理后將車輛的位置及其軌跡在電子地圖上顯示出來。從而達到對移動車輛的實時監控的目的。同時監控中心也可向移動終端發送指令實現對車輛的調度管理。

　　
圖4 　車輛定位監控系統原理圖

　　本設計中的移動終端是車輛定位監控系統的核心，主要由GPS接收單元，GPRS通信單元，主控制器單元，中文液晶顯示屏與鍵盤組成的人機交互單元及電話手柄組成。其結構框圖如圖5所示：

　　
圖5 　車載終端硬件結構框圖

　　GPRS通信單元和主控制單元

　　GR47帶有GSM/GPRS全套語音和數據功能，集成有功能強大的CPU并向用戶開放其系統資源，同時模塊內嵌有TCP/IP協議棧和實時操作系統，可以集車載機的GPRS通信和主控制器功能于一體。本設計中，GR47模塊工作于內部控制器方式，控制器用于協調移動終端中各模塊的工作，進行必要的數據處理。同時，GR47具有GPRS和SMS兩種無線數據傳輸通道。在GPRS網絡狀態良好的情況下，優先通過GPRS通信方式將車輛所在位置、速度、車號等信息傳輸到監控中心并接收來自監控中心的指令。與此同時，GR47不斷輪回檢查GPRS網絡狀態，當出現網絡擁塞、GPRS未覆蓋或者中心工作人員誤操作導致TCP/IP連接斷開時，會立刻切換到SMS方式直至TCP/IP重新建立連接。

　GPS接收單元

　　GPS-OEM板是GPS接收單元的主要組成部分，通過天線接收來自GPS衛星的定位信號，經過變頻、放大、濾波等一系列處理過程，實現對GPS衛星信號的跟蹤、鎖定、測量，產生計算位置的數據信息(包括緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向、衛星狀況等) 通過標準RS232串口與GR47進行通信，GR47循環接收GPS —OEM板發來的定位信息，經過解算后提取出用戶感興趣的數據信息(如緯度、經度、高度、速度、日期、時間等) ，并加上包頭形成一個數據包通過無線信道發送至監控中心。

　　人機交互單元

　　GR47模塊本身提供4根行線和4 根列線，只需要很少的外圍電路即可實現的4 ×5鍵盤，并且開發包中提供鍵盤掃描函數，軟件實現也相當方便。聯合嵌入式應用腳本語言后，直接利用模塊上的鍵盤接口和I2C接口，不需要外掛控制器即可提供簡單的人機界面。

　　顯示屏主要是將監控中心下發的控制信息以及文本信息顯示在液晶屏幕上。本設計中利用GR47模塊的I2C接口，通過I2C轉并口芯片PCF837GA來控制并口控制的LCD模塊，如圖6所示。當腳本運行時，通過寫入I2C數據以設置GPIO芯片的輸出。GPIO的輸出與LCD模塊的數據和控制線連接。高速的I2C數據輸出使得我們可以建立一組高達8位的離散波形，以符合LCD接口的要求。

圖6　顯示屏接口原理圖

　　電話手柄單元

　　本設計中的電話單元既可以通過軟件設置與監控中心進行通話，也可以通過手柄任意撥打和接聽電話。GR47模塊提供語音信號線，設計者只需經過放大、濾波即可獲得音質良好的語音信號。

　　軟件工作流程

　　本系統的軟件工作流程如圖7所示。

圖7　軟件流程

　　結論

　　由于該系統充分利用了GR47的A/D轉換、UART、I2C等各種功能，因此，其結構緊湊，不論是軟件還是硬件的開發都非常方便，提高了開發效率，降低了成本，并且產品功能大大增強。該車載移動終端經過嚴格的工程測試和長時間的試運行，工作穩定、性能可靠，目前已批量生產。