1 引言 車輛在我國越來越普及，車輛的安全管理問題也因此越來越受到關注。目前，我國很多部門和系統中的車輛都缺乏有序的管理，甚至呈現比較混亂的局面。比如在郵政系統中，利用郵政車輛私運貨物的現象較為普遍地存在。在公交、出租、客運等行業，同樣存在著對車輛進行協調、管理、調度、監控等要求。GPS車載定位系統利用GPS的全球定位能力和現有移動通信網絡（GSM或GPRS）的雙向數據傳輸能力，從而能夠實現調度中心對車輛的跟蹤定位、管理調度以及安全監控。典型的車載定位系統主要由定位終端和監控中心兩部分組成。其中車載終端是整個系統設計的關鍵。本文介紹作者參與的GPS車載定位系統中車載定位終端的設計。該終端已經得到了一定的應用。本終端在設計上采用新穎的雙CPU設計，有效地解決了終端難以長時連續運行的問題。 2 系統硬件結構 車載終端的主要功能包括兩個方面，一是通信功能：能夠利用終端獲取來自監控中心的各種信息，這些信息絕大部分是中心對終斷發出的指令，而終端也必須能夠迅速地對中心做出回應并給出報告；二是監控：獲取中心的命令后，終端要能夠根據指令的要求對車輛的狀況作出檢測，并在需要時對車輛加以控制。對于通信功能，終端主要通過一個OEM的工業手機模塊來實現，利用該模塊不僅能夠滿足這一功能需求，配合一個車載手柄，能夠完全實現一個車載手機的功能，用戶可以利用該手柄任意收發短訊或撥打、接聽電話，而并不僅僅局限于終端同中心之間的通信。對于監測功能，中心所需的絕大部分信息來自終端帶有的一個全球定位系統（GPS）模塊，該模塊能夠提供終端（也即車輛）所在的時間、所處的地理位置、行駛的速度和方向等信息。另一部分中心所需的信息，部分利用專用傳感器，如油箱內油量狀態和使用情況的探測，部分則簡單的通過一個模擬信號接入端口來實現，如車門的開閉、發動機是否啟動等。終端對車輛控制的則利用一組繼電器，通過輸出不同電平進行控制，作者設計的車載終端還可以與市場上現有的各種車載防盜器相連，進一步加強對車輛的監測和控制功能。當系統所實現的功能稍微復雜時，終端還會集成一個存儲器模塊（一般使用FLASH模塊），用于實現固定信息的存儲和行駛軌跡的記錄，并能夠通過一個RS232接口實現對該存儲器的讀寫，此舉也能夠節省一筆通信費用。 以上所提到的GSM模塊、GPS模塊、車載手柄以及防盜報警器以及FLASH，通過一片高性能的單片機作為控制器，即可實現對它們的全面控制。控制器通過UART口分別編程控制GSM、GPS和手柄，利用通IO口實現狀態輸入和控制輸出，并實現和防盜報警器的互聯，利用AD通道接入傳感器。需要說明的是，多數單片機只有一個或二個串口，本系統控制三個模塊需要三個串口，同時還須為FLASH擴展一個232接口，因此有必要對串口進行擴展，或者通過復用的方式編程實現，后者難度稍大一些，本系統采用的后一個方案。方案中還采用了一個小型CPU來對系統控制器進行管理，在文中稍后予以詳細說明。 圖1所示為作者設計的車載定位終端硬件設計框圖。 [b]3 硬件的選擇 [/b] 3.1 控制器的選取 MSP430F149是TI公司生產的一種Flash型超低功耗16位單片機，具有處理能力強、運行速度快、可靠性高等特點，能適應工業運行環境，特別適合于電池應用的場合或手持設備。在控制器的資源方面，MSP430F149帶有兩個UART口。其中UART0供GPS和手柄進行復用，同時擴展的232接口也用這個串口，UART1用于GSM模塊；MSP430F149還帶有12位AD通道，方便模擬信號接口的設計。綜上，我們選擇MSP430F149作為系統的主控制器。 3.2 GPS模塊 本車載終端采用的GPS模塊是Holux GR-85，支持NMEA0813 V2.2版本數據協議即輸出數據為ASCII碼。具體含義可參考其應用手冊。數據輸出格式采用推薦定位語句：RMC語句。該定位語句數據包涵時間、經緯度、速度、方向以及定位數據是否有效等參數，定位數據的刷新頻率是1Hz。 3.3 GSM模塊 終端采用Siemens公司的TC35I工業GSM模塊，該模塊的接口為40芯的ZIF連接器。其接口電路主要包括電源和啟動電路、RS232接口、SIM卡連接口、語音接口等幾個部分。另外模塊帶有一個50Ω的天線連接器。 [b]4 設計的要點 [/b] 4.1 SIM卡的連接 系統中，TC35I模塊工作在4.5V電壓下，系統上電后必須在ZIF連接器的15腳（/IGT）加時長100ms以上的低電平，且信號的下降時間應小于1ms，否則模塊不能正常啟動。啟動后15腳應保持高電平。啟動后終端便可向模塊串口發送AT指令對模塊進行控制實現初始化、短消息發送、語音通話等功能。模塊提供了ISO 7816-3 IC Card標準兼容的SIM接口，額外的CCIN引腳用于指示SIM卡是否連接上，由于目前移動運營商所提供的SIM卡均不提供該信號，所以在設計電路時將CCIN與CCVCC相連，考慮到對語音質量的影響，SIM卡的CCGND端通過電容和電感耦合到GSM地，為SIM卡提供一個隔離地，以屏蔽其它信號線對SIM卡的影響。圖2給出了SIM卡的連接電路。 4.2 雙CPU設計 GPS終端工作在車載條件下，電源取自車輛蓄電池，在點火、熄火等情況時常常受到較大的沖擊，為了隱蔽防盜還常常將終端塞進車輛前控制臺內部，或放入后備箱深處，受到車輛電路的電磁干擾非常嚴重，且環境溫度也較高。在如此惡劣的環境下，要想保證系統不會死機，必須采取一定的措施。本系統采用了雙CPU設計，由一塊從CPU芯片對MSP430F149進行管理，其作用是：1充當硬件看門狗，在一個設定的時長之內不能同主CPU握上手，則重啟系統；2管理整個系統的電源，該從CPU可以切斷或接通系統其它部分的電源；3系統長時間運行時，在檢測到系統空閑條件下定時給系統斷電重啟，以保持系統長期運行的穩定性。 [b]5 系統軟件設計 [/b] 5.1 模塊的軟件控制 單片機對GSM模塊TC35I的控制，是通過向其串口發送AT命令來實現的。每款模塊都有對應的AT命令集。通過單片機UART口發送具體AT命令的ASCII碼。例如設置短信中心號碼AT+CSCA=“+8613800731500”，要發送一條內容為“ABCD”的短信息，首先設置短信發送為TEXT模式AT+CMGF=1，然后發送對方號碼AT+CMGS=“XXXX（目的號碼）”，等模塊返回正確信息后，再發送短信內容ABCD。本系統中除了使用車載手柄發送中文短信時必須采用PDU模式，絕大部分情況下的命令和數據的收發都不涉及中文字符，因而采用TEXT模式。 單片機對GPS的控制并不復雜，只需定時或在需要時向模塊串口讀取定位數據即可，定位數據采用默認的推薦定位信息$GPRMC格式語句，具體形式為$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>＊hh，其中<1>至<12>為信息內容，包括經度、緯度、速度、方向等，并以逗號隔開，hh為整個語句的校驗和。如果系統需要GPS信息，便會在檢測到RMC語句出現時，讀取其有效信息部分。 5.2 終端系統軟件設計 終端軟件設計與終端所實現的功能密切相關。本系統設計的功能較為復雜，系統軟件所遵循的流程大致為：初始化——〉語音功能處理——〉短信命令讀取——〉手柄命令獲取——〉命令執行——〉車輛狀態監控——〉短信報告發送。也就是說，系統在初始化后，循環對語音通道的使用狀態、短信命令和手柄命令的送達進行檢測，一旦監測到由語音請求（或中斷請求）、短信命令或手柄命令到達，系統將執行該命令，并向中心返回報告。有些命令的執行可能需要循環執行，如定時每分鐘向中心報告位置信息500次、定時向FLASH中記錄行駛軌跡等命令。因此在沒有命令送達時系統仍然根據狀態標志的判斷來繼續執行或終止終端之前接受的命令。系統同時要負責對車輛的安全狀況和行駛狀況進行監測，如在開啟圍欄功能時，車輛在進出入某一圍欄區域是都要對中心進行報告，開啟路線功能時，車輛一旦偏離路線也要向中心匯報，等等。此外，終端還須實現一系列功能，這些功能并不容易用一個簡單的流程表達清楚，例如，外部命令要求讀取FLASH中的歷史軌跡數據，或外部計算機向終端FLASH寫入圍欄和路線數據，實現這些功能時，終端可能暫停其它功能的執行，直至操作完畢時再繼續執行這些功能。系統的總流程篇幅過于龐大，這里給出其中一個模塊:初始化模塊的功能流程，如圖3所示。 6 結束語 GPS車載定位系統已經得到了一定程度的應用，該項技術與地理信息技術（GIS）以及數據庫技術等相結合，能夠實現監控中心對車輛的可視監控。在中心的電子地圖上可以清晰地顯示每一輛車的位置及各種狀態。未來的“可視”概念還在進一步深化，安裝了攝像頭的終端利用GPRS數據傳輸技術可以實現真正的可視監控。另外，終端的防盜功能越來越完善，在私車的應用市場也有進一步擴大的趨勢。本設計經過廣泛的驗證室可行的。以GPS-GSM的構架為基礎，本文給出了車載終端設計的一個有效、可靠、低成本的解決反案。 [b]參考文獻： [/b]1． 胡大可. MSP430系列FLASH型超低功耗16位單片機. 北京航空航天大學出版社. 2001 2． 劉濤, 張春業, 韓旭東等. 基于手機模塊TC35的單片機短消息手法系統. 電子技術. 2003 3． Elliott D Kaplan. GPS原理與應用 .電子工業出版社. 2001 4． 馮悅, 李小民, 馮振聲. GSM技術在GPS車輛監控系統中的應用. 微計算機信息. 1999 作者簡介： 房鶴，男，1984年5月出生，長沙國防科技大學機電工程與自動化學院在讀碩士，主要研究方向為現代傳感器技術及系統。 編輯:何世平