文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2013)12-0034-03
城市的快速發(fā)展使得私家車的保有量不斷提高，在給人們帶來交通便捷的同時(shí)也造成了停車難和尋車難的問題[1]。駕駛員需要停車時(shí)盲目地在目的地附近尋找空車位，尤其在車位緊張的街區(qū)，即使花費(fèi)大量時(shí)間也找不到空車位。現(xiàn)有的解決辦法通常是在主要交通干道上用電子顯示屏顯示停車場空泊位的情況，這種方法雖然起到一定的輔助作用，但是仍需要駕駛員在目的地附近盲目尋找，所以并沒有從根本上解決車主難以快捷地找到車位的問題。當(dāng)車主返回取車時(shí)，由于地下車庫非常大，而且地形復(fù)雜，尋車也十分困難。隨著嵌入式、GPS以及GPRS和GSM技術(shù)的發(fā)展，為快速找到空車位并獲知車位信息提供了有效的解決方法。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及功能
結(jié)合GPS定位技術(shù)、GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和GSM無線通信技術(shù)搭建了基于ARM11平臺(tái)的停車場實(shí)時(shí)車位查詢系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。其中車載嵌入式設(shè)備主要由S3C6410微處理器及外圍電路（RS-232接口、USB接口、LCD顯示、A/D轉(zhuǎn)換等）、GPS模塊和GSM/GPRS收發(fā)模塊組成。信息處理中心主要由服務(wù)器和GPRS模塊組成。而分布在各個(gè)停車場的無線發(fā)射模塊則主要由MCU控制器和GPRS無線模塊組成。
系統(tǒng)的主要功能如下：
(1)各個(gè)停車場將實(shí)時(shí)空泊位信息通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行姆?wù)器，信息中心將空車位信息顯示并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。
(2)車載系統(tǒng)向信息中心發(fā)出停車請求，同時(shí)將GPS定位信息發(fā)送過去，信息中心根據(jù)位置信息將附近幾個(gè)停車場的泊位情況發(fā)送到車載終端供駕駛員擇優(yōu)選取。
(3)駕駛員將車停好后，車載終端將車位信息通過GSM無線通信模塊發(fā)送短消息到駕駛員手機(jī)，以便回來時(shí)尋車。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 S3C6410微處理器模塊
S3C6410微處理器是三星公司推出的微處理器芯片，它基于ARM11架構(gòu)，采用ARM1176JZF-S內(nèi)核，包含16 KB的指令數(shù)據(jù)Cache和16 KB的指令數(shù)據(jù)TCM。ARM Core電壓為1.1 V時(shí)，可以運(yùn)行到553 MHz，在1.2 V時(shí)，最高可以達(dá)到667 MHz。通過AXI、AHB和APB組成的64/32 bit內(nèi)部總線與外部模塊相連，并且支持多種外部接口，是一個(gè)低成本、低功耗、高性能的應(yīng)用處理器。
2.2 RS232接口模塊
系統(tǒng)中嵌入式終端與GPS定位模塊、GSM/GPRS模塊之間采用RS-232串行通信接口連接，停車場的計(jì)算機(jī)也通過RS-232接口與GPRS模塊連接[3]。所以采用MAX232芯片來實(shí)現(xiàn)TTL與RS-232電平的轉(zhuǎn)換。MAX232典型工作電路如圖2所示。
當(dāng)PC或者嵌入式終端需要與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)，將RS-232接口與無線設(shè)備直接相連，從而使用RS-232標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送和接收端口交叉相連，其余的信號(hào)均未使用。最后通過軟件實(shí)現(xiàn)握手功能，具體的硬件電路連接圖如圖3所示。
2.3 GPS定位模塊
本系統(tǒng)使用的GPS模塊是瑞士u-blox公司的NEO-5Q芯片，芯片的外圍接口電路如圖4所示，此芯片為多功能獨(dú)立型 GPS 模組，以ROM 為基礎(chǔ)架構(gòu)，成本低，體積小，而且它采用最新的KickStart微弱信號(hào)攫取技術(shù)，能確保采用此模組的設(shè)備在任何可接收到信號(hào)的位置及任何天線尺寸都能夠有最佳的初始定位性能并且能進(jìn)行快速定位。
GPS模塊用于接收GPS定位信息,它遵循NMEA-0183協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，這是一個(gè)常用的GPS 通信協(xié)議。該GPS模塊接收機(jī)的硬件接口能夠兼容開發(fā)板的RS-232C協(xié)議串口,通過串口與ARM芯片串口通信引腳相連接。最后通過程序解析GPS數(shù)據(jù)包中的GPRMC數(shù)據(jù)項(xiàng)，以獲取GPS 的經(jīng)度、緯度、方向和速度等方面的信息，然后將定位信息通過無線通信設(shè)備發(fā)送到信息處理中心的服務(wù)器。
2.4 MG323無線傳輸模塊
MG323 模塊是華為公司推出的工業(yè)GSM/GPRS模塊[4]，它在內(nèi)部嵌入了TCP/IP協(xié)議，具有豐富的AT指令集，它可工作在 GSM950、 EGSM900、 GSM1800、 GSM1900 4個(gè)頻段，實(shí)現(xiàn)與 Internent 的無縫連接。MG323硬件上有電源接口、RS-232接口、SIM 卡接口等，通過串口與ARM芯片串口相連，其典型接口電路如圖5所示。
MG323模塊的工作電壓范圍為直流 3.3 V～4.8 V。在實(shí)際供電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)MG323處于最大發(fā)射功率時(shí)會(huì)引起工作電壓的跌落。一旦低于3.3 V則會(huì)使得MG323模塊重啟，所以不建議使用邊緣值電壓。外部供電電壓推薦使用電流輸出大于1.5 A的LDO或者是開關(guān)電源，并在電源的端口處并聯(lián)一個(gè)大于470 μF的旁路電容和一個(gè)0.1 μF 的去耦電容，以保證電壓的穩(wěn)定提供。具體電路圖如圖6所示。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要是解決車載終端與信息處理中心以及車載終端與駕駛員手機(jī)的遠(yuǎn)程無線通信問題，分別采用GPRS無線模塊和GSM通信模塊實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)通信，且均通過AT命令來控制。
系統(tǒng)硬件采用S3C6410 主控芯片，操作系統(tǒng)則采用Linux2.6.38內(nèi)核。先將制作好的uboot燒寫到Nor Flash 中，然后再通過移植配置，燒錄內(nèi)核和文件系統(tǒng)，使之適合該硬件平臺(tái)。應(yīng)用軟件使用C語言編寫，在經(jīng)過arm-linux-gcc交叉編譯之后再移植到ARM平臺(tái)運(yùn)行。
3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)
當(dāng)駕駛員需要查詢附近停車位時(shí)，GPRS模塊把GPS測算出的地理位置坐標(biāo)和相關(guān)的定位數(shù)據(jù)發(fā)送給GPRS網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)提供通信鏈路，接入Internet后，把這些定位信息傳送給信息處理中心[5]。信息中心的服務(wù)器具有Internet靜態(tài)IP地址，它通過Socket接收機(jī)與GPRS網(wǎng)絡(luò)建立連接，實(shí)時(shí)接收來自各個(gè)車載終端的信息，然后根據(jù)各個(gè)車載終端發(fā)送過來的車位信息將附近停車場空車位信息再發(fā)送到駕駛員的車載終端。
啟動(dòng)Linux系統(tǒng)后，通過GPRS來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸，其應(yīng)用程序流程圖如圖7所示。它主要包括以下幾個(gè)步驟：(1)初始化串口，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等初始化工作。(2)配置參數(shù)，GPRS通信過程中要設(shè)置的配置項(xiàng)和AT指令有：AT#CGD CONT=１，“IP”，“CMNET”為接入網(wǎng)關(guān)；AT#APNSERV=“CMNET” 為設(shè)置網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)名稱；AT # TCPSERV =“* ”為上位機(jī)IP 地址設(shè)置；A T # TCPPORT =“6800”為上位機(jī)偵聽端口設(shè)置。設(shè)置好這些命令參數(shù)后，系統(tǒng)上電時(shí)即可自動(dòng)從Flash中讀取相應(yīng)參數(shù)。(3)建立連接，AT指令“AT#CONNECTIONSTART”請求網(wǎng)絡(luò)連接，然后再用連接命令“AT#OTCP”即可登錄遠(yuǎn)程Internet。(4)數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，GPRS模塊將接到的發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過封裝后直接發(fā)送到GPRS網(wǎng)絡(luò)；接收數(shù)據(jù)時(shí)，將接收到的數(shù)據(jù)幀經(jīng)過協(xié)議處理模塊拆封后，提取數(shù)據(jù)，然后再傳輸給ARM終端的串口。(5)斷開連接，使用“AT # CONNECTIONSTOP”來斷開GPRS連接。
3.2 短消息發(fā)送程序設(shè)計(jì)
駕駛員按信息處理中心發(fā)送過來的停車位停好車之后，系統(tǒng)會(huì)將具體的車位信息通過GSM模塊以短信
的方式發(fā)送到駕駛員的手機(jī)中[6]，短信內(nèi)容為：“客戶您好，您所在車位為A區(qū)域09號(hào)，在A通道處左轉(zhuǎn)10米即可到達(dá)”，從而方便駕駛員回來時(shí)快速找到車位。
短信的發(fā)送也是通過AT命令來控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)的。首先向GSM模塊發(fā)送AT#CONNECTIONSTART命令請求網(wǎng)絡(luò)連接，再發(fā)送AT+CMGS=手機(jī)號(hào)碼+回車鍵，然后等待GSM模塊返回ASCII字符“>”后，將系統(tǒng)接收到的車位信息輸入，PUD數(shù)據(jù)以<Z>作為結(jié)束符，短信發(fā)送到號(hào)碼為“1585073XXXX”的手機(jī)后返回OK。
4 系統(tǒng)調(diào)試
整個(gè)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行調(diào)試，將具有上網(wǎng)功能的SIM卡插入卡槽，將GPS 定位天線放到室外，然后將GPS和GPRS/GSM 2個(gè)模塊通過串口線與開發(fā)板相連。將硬件開機(jī)，接著打開運(yùn)用程序。首先將車載終端的GPRS模塊與信息處理中心通信調(diào)試，在信息處理中心接收到車位信息之后，再通過GSM模塊將車位信息發(fā)送到用戶的手機(jī)上。
由于GPRS技術(shù)成熟，而且具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)糾錯(cuò)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離的準(zhǔn)確傳輸，所以這里主要測試GPS的定位信息是否準(zhǔn)確，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)才是快速找到停車場車位的關(guān)鍵[7]。取3個(gè)不同的點(diǎn)(D1、D2、D3)對定位精度進(jìn)行測量，測量計(jì)算后的精度如表1所示。
由上述結(jié)果可以看出，定位時(shí)間越長，定位的精度越高，至少也能保持在15 m以內(nèi)，這樣的距離對于車載終端定位，實(shí)現(xiàn)附近停車場查找是足夠的。而且GPS是全天候工作，極少有工作盲區(qū)，因此，該GPS模塊用在車載定位上具有較高的可靠性。
提出一種基于ARM/GPS/GPRS/GSM的智能停車位查詢系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案[8]，結(jié)合ARM低功耗、高效率的處理技術(shù)以及GPS精確定位的優(yōu)點(diǎn)，為駕駛員提供了一個(gè)快速找到停車位的方法，還從很大程度上提高了停車場的利用率，具有較高的市場推廣價(jià)值。
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