摘 要：介紹了一種基于GPS" title="GPS">GPS和GPRS" title="GPRS">GPRS的車載定位" title="車載定位">車載定位終端系統設計。利用GPS衛星數據接收器接收車輛所處的位置信息，通過單片機對車輛位置的有效信息進行存儲和控制，當車載終端接收到控制中心的指令后，通過GPRS網絡傳輸車輛的位置信息。詳細討論了車載終端的硬件電路設計，包括控制模塊、GPS衛星定位模塊和GPRS無線傳輸模塊等。實驗證明，該系統性能穩定，通信效率高，功耗低，適用于車載定位監控領域。
關鍵詞：ATmega128L" title="ATmega128L">ATmega128L；GPS；GPRS；車載定位
隨著經濟的發展，人們生活水平的提高，汽車已經越來越普及，成為人們生活中不可缺少的一部分。隨之而來的是交通的擁擠、堵塞，交通運輸的合理調度和管制顯得越來越重要，成為促進社會生產和人類生活的一個關鍵環節。公共汽車的合理調度，特種車輛的指揮和監控，現代物流所要求的貨物安全與準時調運，大型企事業單位日常車輛管理等，都需要實時向總部報告自己所在的位置，或者總部能夠實時地詢問車輛的位置，以便隨時指揮調度和處理突發事件。同時，在交通運輸方面還存在著汽車的偷、盜等安全問題，交通工具的安全服務也越來越受到重視，因此車載定位監控系統越來越多地受到業界的關注[1-2]。
GPS車輛定位跟蹤服務系統在這一形勢下應運而生。它采用美國的GPS全球衛星定位系統，結合現代通信技術，準確測定車輛經度、緯度、格林威治時間以及車輛運行的方向和速度，并可對車輛進行遠程控制。
1 總體設計
車載定位系統主要實現在車載終端利用GPS衛星定位模塊接收GPS衛星數據，通過單片機對得到的有效數據進行存儲和控制，當控制中心需要車輛的位置數據時，能通過GPRS網絡及時傳送有效數據。系統總體框圖如圖1所示。
2 車載終端電路設計
電路主要包括ATmega128L單片機控制模塊、GPS衛星數據接收模塊、GPRS網絡傳輸模塊。電路結構如圖2所示。
2.1 核心控制模塊
處理核心選用8位低功耗微控制器ATmega128L，具有片內128 KB的程序存儲器，4KB的數據存儲器和4KB的E2PROM。它具有53個通用I/O口線、32個通用工作寄存器、實時時鐘RTC、2個USART、8通道10位ADC、具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、與IEEE 1149.1 規范兼容的JTAG 測試接口，此接口同時還可以用于片上調試，以及6種可以通過軟件選擇的省電模式[3]。其中使用了RXD0引腳接收HOLUX GR-85傳送的GPS數據，并對數據是否有效進行判斷。通過TXD1口把有效數據發送給GPRS模塊。考慮到單片機內部的Flash存儲空間較小，可利用ATmega128L的SPI口進行存儲擴展，對有效的數據進行保存。這里使用的是華邦W25X40A串口數據存儲芯片。ATmega128L模塊控制電路如圖3所示。
2.2 GPS衛星定位模塊
GPS衛星定位模塊采用HOLUX GR-85。該模塊核心采用美國瑟孚(SiRF）公司所設計的第2代低耗電量衛星定位接收芯片，有20個通道，能夠確保最高的接收靈敏度；內部有可充電電池，可以保存星歷數據，便于快速定位；標準的MMCX天線接口，便于連接GPS天線；標準NMEA0183信號輸出；工作電壓低(3.5 V～5.5 V直流），工作電流小(70 mA），接收靈敏度為-159 dBm；TTL電平數據輸出，每秒一次GPS全數據；4800b/s串口通信波特率。使用時，只需把1端口VCC接電源，5端口GND接地，2端口TXA接ATmega128L的RXD0管腳即可實現GPS模塊與核心控制單片機的串口通信硬件電路連接。HOLUX GR-85模塊電路連接圖如圖4所示。
2.3 GPRS無線傳輸模塊[4-5]
GPRS無線傳輸部分核心采用MC35I模塊，該模塊是Siemens 公司推出的新一代無線通信GPRS 模塊,模塊的工作電壓為3.3 V～4.8 V ,可以工作在900 MHz 和1 800 MHz 兩個頻段,具有始終在線的功能且理論上傳輸速率最高可達171.2 kb/s ,通信傳輸時延較小,最長不超過3 s。MC35I 模塊主要由GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。MC35I 模塊的正常運行需要相應的外圍電路與其配合。
啟動電路由開漏極三極管和上電復位電路組成。模塊上電10 ms 后(電池電壓須大于3 V) ,為使之正常工作,必須在15 腳加時長至少為100 ms 的低電平信號,且該信號下降沿時間小于1 ms。啟動后,15 腳的信號應保持高電平。
數據通信電路主要完成GPRS 數據流傳輸、短消息收發、與PC 機通信、軟件流控制等功能。MC35I的數據接口采用串行異步收發，符合ITU2T RS232 接口電路標準，數據通信電路以MAXIM 公司的MAX3238 芯片為核心, 實現電平轉換及串口通信功能。
基帶處理器集成了一個與ISO781623 IC Card 標準兼容的SIM 接口。在GSM11.11為SIM 卡預留5 個引腳的基礎上,MC35I為SIM 卡接口預留了6 個引腳，所添加的CCIN 引腳用來檢測SIM 卡支架中是否插有SIM 卡。
ATmega128L的RXD1、TXD1分別連接MAX3238的RXD1、TXD1即可實現MC35I與核心控制電路的硬件連接。MC35I模塊電路如圖5所示。
2.4 外部接口 5 測試結果 
增加了用于編程和調試的JTAG接口。JTAG接口電路主要實現程序下載和仿真調試功能，包括5個引腳：TMS、TCK、TDI、TDO及一個可選配的引腳RESET，這些引腳用于驅動電路模塊和控制模塊執行規定的操作。
3 控制中心
控制中心通過與車載終端相同的GPRS模塊與車載終端進行網絡連接，并通過RS232接口向PC機傳送數據，同時能夠接收PC機的指令，通過GPRS網絡傳輸到車載終端[6]。控制中心的控制軟件用C++編程。
4 軟件流程圖
車載終端軟件用C++進行編程，主要實現單片機對GPS衛星數據的存儲、傳輸控制等功能[7]。程序流程圖如圖6所示。
把完成的系統放在汽車上進行測試，圖7為控制中心發出“ceshi”指令后得到的一組有效數據，分析第4行以“＄GPRMC”開頭的數據得知車輛信息，時間為格林威治時間2009年2月26日09時36分27秒261毫秒；位置為東經112.547 454°，北緯37.950 141°；方向為正東；車速為30.24海里。導入電子地圖得知車輛運行在山西省太原市新城路口附近。
結合當今車載定位技術的發展，本文采用ATmega128L、HOLUX GR-85、MC35I設計了車載終端定位系統。經實驗表明，該系統性能穩定、通信效率高、功耗低，適合應用于車載定位監控領域。
參考文獻
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