车辆定位控制系统的设计

　　引言

　　随着现代社会的快速发展，私家车普及程度不断提高。目前，私家车已经成为广大市民出行必不可少的交通工具。但是随之而来的车辆安全问题却时时困扰着广大车主，例如车辆失窃等。如何实现对车辆的实时监测以及控制是目前车主普遍急于解决的问题，针对这一问题我们开发了车辆定位控制系统，此系统大大方便了车主对车辆的状态进行监测与控制。

　　1.车辆定位控制系统的功能

　　车辆定位控制系统可以向车主实时提供车辆的位置信息，安全状况以及车辆目前的状态，车辆定位控制系统的功能如下：

　　1)信息采集功能

　　车辆定位控制系统可以准确无误的采集车辆的实时信息(如经度、维度、速度、方向等)。

　　2)数据存储功能

　　可以存储车辆ID号、停车前5分钟的速度信息以及连续行车时间等信息。

　　3)数据传输功能

　　可以将采集到的车辆实时信息通过GPRS发送指定的目标PC机上以及特定手机上，便于车主实时监控车辆的位置以及状况。另外车主还可以通过PC机或者手机对车辆定位控制系统下达控制命令。例如，停车、断油等操作，以保证车辆在失窃后还能对车辆进行有效控制。

　　2.系统硬件设计

　　系统以单片机MSP430F147为核心控制器，集成GPS模块、GPRS模块、串行存储器模块和电源管理模块。系统框图见图1。

　　图1系统框图

　　2.1单片机单元

　　系统采用TI公司的MSP430F147单片机作为核心控制器[1]，此款单片机具有16位的CPU集成寄存器和常数发生器，可使单片机实现最大化的代码效率;集成JTAG，支持在线编程;两个通用全双工串行同步/异步通信接口;6个8位I/O口;外部中断输入接口。单片机串口0负责接收GPS模块输出的数据信息，分析并且提取接收到的有效信息数据，一方面对数据进行存储，另一方面将信息通过GPRS模块发送到指定的目标地址。

　　2.2GPS模块

　　2.2.1GPS概述

　　GPS(GlobalPositioningSystem)是美国研制的新一代卫星导航定位系统，可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。它是目前世界上精度高的一种导航系统，已被广泛用于军事、经济、地理信息测控及其他领域。GPS定位系统由三个部分组成：GPS卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面控制部分)以及GPS信号接收机(用户设备部分)。

　　2.2.2GPS模块介绍

　　GPS采用GS-87模块[2]，它是一个高效能、低功耗的智能型卫星接收模块或称作卫星接收引擎，它采用美国瑟孚SiRFstarIII公司所设计的第三代卫星定位接收芯片，是一个完整的卫星定位接收器具备全方位功能。其系统结构如图2，GPSAntenna(GPS天线)接收卫星信号，将微弱的电磁波能转化为相应电流。电流经过LNA(低噪音放大器)被放大，在通过filter滤波器将其变频处理，送入SIRFStarIII(由GRF3W和GSP3组成)进行处理，将处理后的信号通过串口与单片机进行连接。用户通过对单片机的软件编程控制，将GPS接收到的信息进行处理，提取出对用户有用的信息。

　　图2系统结构图

　　2.3GPRS模块

　　2.3.1GPRS概述

　　GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用无线分组业务的简称，是一种基于GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接;是GSMPhase2.1规范实现的内容之一，能提供比现有GSM网9.6kbit/s更高的数据率。GPRS采用与GSM相同的频段、频带宽度、突发结构、无线调制标准、调频规则以及相同的TDMA帧结构。因此，在GSM系统的基础上构建GPRS系统时只需要增加部分硬件设备和软件升级即可。构建GPRS系统的方法：1)GPRS是在现有的GSM网络基础上实现的，在GSM网络中引入了3个主要组件：GPRS服务支持结点(SGSN，ServingGPRSSupportingNode)、GPRS网关支持结点(GGSN，GatewayGPRSSupportingNode)以及分组控制单元(PCU，PackageControlUnit)。2)对GSM的相关部件进行软件升级。

　　GPRS的数据传输具有以下几个特点：

　　(1)采用的时分组交换技术的通信方式。(2)按数据流量计费，而不是按在线时长计费。(3)传输速率高。(4)永远在线。(5)GPRS网络接入速度快，提供了与现有数据网的无缝连接。(6)GPRS支持基于标准数据通信协议的应用，可以和IP网、X.25网互联互通。(7)GPRS的设计使得它既能支持间歇的爆发式数据传输，又能支持偶尔的大量数据的传输。

　　2.3.2GPRS模块介绍

　　GPRS模块采用西门子公司的MC52i模块[3]，它是车辆定位控制系统与PC机以及手机建立通信的重要部分。通过GPRS模块一方面可以将GPS模块采集到的车辆位置信息(如时间、经度、纬度、速度、方向等)实时发送到PC机上;另一方面还可以接收来自PC机的控制命令。实现车辆定位控制系统与PC机以及手机的双向通信。

　　2.3.3GPRS接口电路设计

　　MC52i模块与MSP430F147通过串口以及信号控制引脚相连，电路连接图如图3所示。MC52i的26-30引脚为电源电压的输入端，输入电压范围为3.3V～4.8V，峰值负载电流为2A。MC52i模块的TXD0与RXD0分别为MC52i模块的数据接收端口与数据输出端口，分别连接到单片机串口(UART1)的TXD1与RXD1。MC52i的1-6引脚为外接SIM卡提供了标准的接口，其中CCGND和CCVCC为SIM卡提供工作电压;CCCLK信号为SIM卡提供时钟脉冲信号;CCIO为串行数据输入输出接口;CCRST信号为SIM卡复位信号;CCIN引脚主要用来检测SIM卡是否插入SIM卡卡座中。