GPS与GPRS在车辆行驶记录仪中的应用研究

赵荣阳王晓丽刘志先

(1．钦州学院数学与计算机科学学院，广西 钦州 535000；2．钦州学院化学化工学院，广西 钦州 535000)

GPS与GPRS在车辆行驶记录仪中的应用研究

赵荣阳1王晓丽2刘志先1

(1．钦州学院数学与计算机科学学院，广西 钦州 535000；2．钦州学院化学化工学院，广西 钦州 535000)

本文综合嵌入式技术、GPRS无线通讯技术、GPS定位技术，采用32位处理器S3C2410，实现汽车行驶轨迹的记录。采用了GARMIN公司的GPS15作为接收信息的定位模块,并通过西门子的GPRS模块MC35i，完成了车辆行驶记录仪的双向通信。

嵌入式技术；无线通信技术；MC35i模块

1．引言

随着社会与经济的快速发展，交通运输发展迅速，各种机动车辆的数目急剧增加，从而导致超速、疲劳驾驶、无证驾驶、酒后驾驶等不文明的违法行为大量出现，严重威胁了道路的交通安全。因此，车载系统的智能化、集成化，日渐成为当今的研究与应用热点。汽车行驶记录仪是一种不仅能够记录汽车的行驶速度、轨迹等状态信息，还能够实现数据信息的存储、输出、通信等多种功能的电子装置。大量的事实证明，行车记录仪对规范交通安全文明，遏制超速、无证、疲劳驾驶等交通违章行为，防范碰瓷、交通肇事逃逸等不良风气，交通事故鉴中的责任认定等方面都具有极为重要的作用。

2．系统总体结构

汽车行驶记录仪总体结构包括：32位的三星S3C2410 ARM9微处理器，模拟、数字、开关等基本的数据采集模块，GPS定位模块、GPRS通信模块，USB/RS-232数据输出接口模块，电源、时钟模块等多个部分。系统方框图如图1所示。

图1 系统总体结构方框图

3．GPS模块接口设计

全球卫星定位系统GPS以卫星作为通信媒体，具有全球性、实时性、连续性等多功能的定位与导航能力，并可以为用户提供精确的三维坐标速度和时间[1]。

具有GPS、GPRS功能模块的记录仪，不仅具有根据车辆的准确位置调用电子地图实现汽车导航的功能，还能够保证监控中心可以实时定位跟踪车辆位置，从而达到车辆的智能调度、行车管理的目的。此外，监控中心还可以在车辆发生交通事故、意外遇险等突发情况时，及时获得车辆的位置信息，为遇险车辆的紧急援助提供基础服务平台，并为交通事故处理过程中的事故鉴定、分析提供准确的数据支撑。因此，本系统采用了GPS模块，通过RS-232接口传输给S3C2410处理器进行处理，实时获得车辆行驶经度、纬度和方向[2]。

经过对多种GPS接收板的性能分析与比较后，在本系统中GPS接收模块采用了GARMIN公司的GPS OEM产品，型号为GPS15。其采用RS232电平输出，输出速率达到4800bps，数据输出遵从NMEA018的协议规定；并且具备内置FLASH闪存，无需初始化，上电之后自动实现导航信息的数据传送。此外，GPS15还具有启动（热启、冷启）、定位时间短、定位精度高速度快、抗干扰能力强、结构紧凑体积小等诸多优点。GPS模块接口定义如下表1所示[3]：

表1 GPS模块接口定义

GPS15采用RS-232电平通过串行口输出定位信息，波特率固定为4800bps，而微处理器的UART接口采用的是CMOS电平。因此，为获取GPS定位模块输出的定位信息，系统应用了MAX232芯片在GPS模块与CPU的UART2接口之间实现电平的转换，GPS模块同CPU之间的连线较为简单，由于GPS模块不需要初始化，上电之后自动实现导航信息的数据传送，GPS模块用一根串行接收线与CPU相连即可[4]。

4．GPRS模块接口设计

4．1 GPRS技术简介

通用分组无线业务(General Packet Radio Service，GPRS)是一种以GSM为载体的分组型的数据业务，以目前拥有的BSS，即能够较为完善地支持GPRS全面覆盖。使用GPRS无线分组业务，用户无需以占用大量网络资源的电路交换方式，就可以完成端到端的数据双向传输。所以，GPRS是一种成本较为低廉、功能较为高效的移动数据分组业务，较为适用于不连续的、偶发性、数据量少、发生频度高数据通信状态，也可以用于特定的大量数据通信状态[5]。本文的记录仪使用了性价比较高的ARM9处理器作为核心单元，它能够实现GPRS通信模块与监控中心的信息传输，支持车辆行驶记录仪数据的实时发送和接收，进而完成了车辆行驶过程中的实时监控与导航。

4．2 GPRS通信模块电路设计

GPRS通信电路是可以完成数据传输、语音、短信消息及传真传送等多种功能的GSM关键部分，它是联系监控中心与汽车行驶记录仪，实现数据通信的必备模块。通过GPRS模块记录仪连接到Internet，从而通过无线网络将行驶车辆的位置、行驶状态等各类实时信息，发回监控中心，管理人员也能够通过GPRS模块向记录仪发出提示、警告及相关指令。

根据系统的功能要求及性能与价格比，在本系统中的GPRS模块选用了西门子公司推出的GSM/GPRS双模模块MC35i，它工作在900MHZ和1800MHZ两个频段，模块电压为3．3～4．8V；通过零阻力插座连接器（ZIF）引出其40个引脚，40个引脚可按电源引脚，数据的输入/输出引脚，音频接口引脚，SIM卡和控制引脚分为五类；并且MC35iM模块具有AT命令集接口，支持文本和规程数据单元（PDU）模式的短信息[6，7]。为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接。

MC35i模块与S3C2410微处理器的串口1相连接。并在连接中需要S3C2410使用通用的I/O口来替代其并未提供的DCD（载波检测）、RI（振铃指示）、DSR（数据准备好）、DTR（数据终端准备好）等专用的I/O口[6，7]。此外，由于RS-232接口并不被自动流的控制所支持，所以自动流的控制位在UMCONn控制寄存器中被禁止，并通过软件来完成这些信号的控制。GPRS模块接口电路如图2所示。

当电源被接通之后，IGT引脚需要一个低电平，并保持低电平持续时间不少于100ms，从而将完成MC35i模块的启动过程。当系统完全启动之后，系统需要完成一系列关于初始化的工作，其中包括了控制器串口的初始化，MC35i模块的初始化等。

图2 GPRS模块接口电路

5．系统软件设计

本文中记录仪系统上电后首先进行复位自检，然后进行驾驶员身份确认，车辆启动后，执行相关的数据采集，车辆的行驶速度、停驶状态的判断等。本文仅以数据采集与GPRS模块为例，介绍记录仪软件部分设计过程。

5．1 数据采集和处理子程序

根据汽车行驶记录仪的相关国标规定，记录仪应该能够以小于等于0.2秒时间间隔持续地记录并且存储车辆制动停车之前20秒内的制动瞬时状态信号、车辆的实时行驶速度值等车辆制动过程中持续的瞬时状态，并且记录的次数不应低于10次。此外，录仪应能以小于60秒的时间间隔连续记录、存储车辆行驶过程中最近360小时之内的状态信息。因此，状态信息数据的采集需要在时间间隔0.2秒内完成，车辆的行驶速度要在每隔一分钟的时间间隔机算一次平均值，且每360小时更新一次，故数据采集和处理程序实际上是一个定时器中断程序，每0.2秒发生一次中断，进行一次数据采集和处理。其流程如图3所示。

5．2 GPRS模块软件设计

GPRS通信网络是在GSM基础之上增加了GPRS网关支持节点GGSN和业务支持节点SGSN来实现的，从而实现用户端到端分组数据的发送与接收。通过MC35i模块同Internet之间进行通信，二者应该工作在同一网络层次，并且都需要遵循相同的网络协议。首先控制器发送TCP数据包经过GPRS通道传送给MC35i模块，MC35i模块负责完成数据包的解析，经过解析后的数据按照固定波特率串行地传送出去。基于GPRS上网的网络机构层次结构如图4所示。

图3 数据采集和处理子程序流程图

图4 GPRS上网网络机构层次结构图

由于本系统选用的Linux操作系统本身自带了TCP/IP协议，从而省去了TCP/IP协议的移植工作。当系统上电之后，首先启动Linux操作系统，建立主任务，对串口与GPRS模块进行初始化，之后通过串口的信号线驱动MC35i串口，并通过AT指令集实现串口参数的一系列设置工作，附着到GPRS网络，通过拨号登陆GGSN，建立PPP任务，发起数据链路层、网络层的协商，获得IP地址，实现系统的Internet连接。

6．结束语

本系统把先进的嵌入式技术、GPS全球定位技术、GPRS无线通讯技术有机地结合在一起，实现汽车行驶记录仪不仅能够对车辆的行驶速度、里程等状态进行记录与存储，还能够实现对车辆的精确定位、远程监控和数据信息的双向通信。

[1]邹益惠，耿相铭．GPS/GPRS在汽车行驶记录仪中的应用[J]．自动化仪表，2007，(6)：17～19．

[2]陈斌．全球卫星定位系统GPS及其在现代汽车中的应用[J]．沿海企业与科技，2007，(9)：20～21．

[3]北京合众思壮科技责任有限公司．GARMIN OEM产品数据手册[Z]．

[4]张庆峰．车载GPS导航系统的设计与实现[D]．苏州：苏州大学，2006．

[5]吴峰．基于ARM系统的汽车行驶记录仪的研究与设计[D]．武汉：武汉理工大学，2007．

[6]MC35I AT Command Set Siemens Cellular Engines[Z]，2003．

[7]Siemens．MC35I Hardware Interface Description[Z]，2003．

[8]国家质量监督检验检疫总局．汽车行驶记录仪GB/T19056-2003[Z]，2003．

[9]Ralf-Roland Schmidt-Cotta；Accident and event data recording：a European perspective[J]．Journal of Transportation Law，Logistics，and Policy，2004．

[10]Siemens公司．SLE4442技术手册(英文文献)[Z]，2004．

Application of GPS and GPRS in Vehicle Traveling Data Recorder

Zhao Yongyang1Wang Xiaoli2Liu Zhixian1
（1.College of Mathematics and Computer Science,Qinzhou University,Qinzhou 535000,Guangxi；2.College of Chemistry and Chemical Eengineering,Qinzhou University,Qinzhou 535000,Guangxi）

tract】 This paper uses the embedded technology,GPRS wire less communication technology and GPS positioning technology to realize the vehicle travelling track record with processor S3C2410.It takes GARMIN company's GPS15 as the positioning module to receive information.And it also realizes two-way communicates with Siemens’s GPRS module MC35i.

words】 embedded technology;wireless communication technology;MC35i

赵荣阳，男，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，讲师，研究方向：嵌入式系统。

2013年钦州学院一般科研项目：物联网车辆行驶记录仪在交通事故鉴定中的应用研究，项目编号：2013XJKY-16B。