基于GPS/GSM短消息车载终端的设计与实现

0  引  言

近年来，基于GPS系统和GSM无线通信网络的移动车辆实时定位技术发展很快，并广泛应用于公安、消防、银行、物流管理等行业，这些特殊行业希望能对移动车辆进行实时定位和远程监控调度。另外，民用车辆特别是出租车行业也越来越重视车辆安全问题，车载系统可以实现对车辆的防盗防劫报警、自动控制等功能。GPS／GSM车辆监控管理系统可以利用GSM短信息业务(SMS)或GPRS方式传输数据，前者具有方便、快捷、廉价等特点，在车载系统中得到普遍的重视。文中选取XT55 GPS／GSM集成模块和单片机系统构建了车载设备，并采用SMS与监控中心实现信息的双向传输。

1 GPS／GSM车载设备的组成

如图1所示，基于GPS／GSM的车辆监控管理系统主要由三大部分组成：车载终端部分(GPS接收机、GSM通信机、微处理器及人机交互控制单元等)、传输媒质(GPS卫星星座和GSM无线通信网络等)和监控中心部分(GIS管理系统、GPS接收机、GSM通信机及中央处理器设备等)。车载终端利用GPS获取用户当前位置和时间信息，以SMS形式通过GSM网络发往监控中心，同时监控中心通过GSM网络给车辆发送控制指令。


车载终端设备的硬件构成如图2所示，文中设计的系统采用SIMENS公司的低功耗无线模块XT55，该模块采用超紧凑设计，集成有三频GSM／GPRS通信模块和GPS-OEM模块。GPS-OEM板接收来自GPS天线单元的卫星信号，通过处理得到用户的位置和时间等信息，通过串口0送入微处理器进行处理，得到的数据经串口1送入GSM模块，再由GSM天线发射经GSM无线通信网络传送到监控中心。此外系统中还包括GPS天线及低噪声放大器(LAN)、GSM天线、SIM卡插槽、话柄、LCD显示器、按键等单元。  


2系统信号流程设计

2.1 GPS信号流程设计

GPS-OEM板采用NMEA0183格式，输出ASCII数据信息。NMEA0183语句有多种数据句型，每条语句包含多种信息。我们关心的是用户的位置、速度和时间等信息，这可以对读取的数据进行格式识别，进而提取得到。以GPRMC为例，其格式如下：

其中：GP为信息来源，RMC为句型识别符，其后依次为UTC时间、状态(A=定位，V=导航)、纬度、纬度方向(N或S)、经度、经度方向(E或W)、速率、方位(二维方向指向)、UTC日期、磁差、磁航向等。

系统工作时，可以将接收到的GPS定位信息保存在一个结构体中，按监控中心发出的命令以一定的时间间隔将定位信息通过GSM送回监控中心。GPS定位信息的中断接收程序流程图如图3所示。


2.2 GSM信号流程设计

GSM信号处理包括信息发送和信息接收两种。其中接收的GSM信号即控制信号，由用户或监控中心向车载系统发送，以取得运载体导航参数或实现系统扩展功能。图4所示是接收信号流程。发送的GSM信号包含有导航参数，反映运载体的状态，另外还包含有一些有实际意义的文字，如报警信息等。图5所示是发送信号流程。

3 GSM通信服务

车载系统的关键技术之一是对短消息进行编码和解码。与短消息收发有关的规范主要包括GSM03.38，GSM03.40和GSM07.05。前二者中描述的是SMS的技术实现，后者则规定了SMS的接口标准。共有3种方式来发送和接收SMS信息：Block Mode，Text Mode和PDU Mode。PDU Mode是手机默认的编码方式，可使用任何字符集，所需传输的数据编码后得到PDU串(ASCII码)，PDU串包含可显示的消息以及SMS服务中心号码、目标号码、回复号码、编码方式和服务时间等其他信息。

3.1“点对点”短信服务模式

所谓“点对点”短信服务模式，即车载单元和监控中心都采用类似手机的短信收发通信模块，车载单元短信收发通信模块将包括GPS信息在内的短信和要发往的目的站一同发给短信服务中心(SMSC)，再由SMSC转发给监控中心短信收发通信模块；而监控中心短信收发通信模块也将包括中央处理机送出的命令和GPS差分修正数据在内的短信和要发往的目的站一同发给SMSC，再由SMSC转发给车载单元短信收发通信模块。

3.2 GSM短消息的编码及其程序实现

短消息使用基于AT指令的Text模式或者PDU模式。常用AT命令如表1所示。


短消息的发送有文本Text模式和PDU模式。采用PDU模式时可以使用任何编码方式。文中使用16 b的Unicode编码显示文本信息，可以用于大多数手机。发送或接收中文短消息时，需将GB2312的中文编码转换为代码页为CP936的Unicode编码。对英文字符编码时，每个字符用7 b表示，若要传送此短消息，需将这些7 b转换成8 b，将源串每8个字符分为一组进行编码，在组内字符间压缩。SMS编码(解码)程序的信号流程如图6所示。


4结语

车载移动终端是智能交通系统(ITS)的重要组成部分。本文利用GPS-OEM，GSM通信模块、单片机及其他外围器件构建基于短消息模式的终端系统，实现了监控中心对目标车辆的合理调度，同时使用户对车辆进行有效控制，进而达到对车辆进行实时定位、远程监控、安全报警及自动控制等目的。同时研制的设备具有成本低、体积小、使用维护简便、可靠性高等优点。