毕业设计(基于gps和gprs的车辆定位系统应用设计与实现

毕业设计(基于gps和gprs的车辆定位系统应用设计与实现内容摘要：

1 / 21 1 1 1 0 1[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (1) 1 / 22 2 2 2 0 2[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (2) 1 / 23 3 3 3 0 3[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (3) 上海 理工大学毕业设计 7 1 / 24 4 4 4 0 4[ ( X ) + ( Y ) + ( Z Z ) ] + C ( V V ) = dttXY (4) 待 测 位 置 ( x , y , z )卫 星 1 ( x 1 , y 1 , z 1 )卫 星 2 ( x 2 , y 2 , z 2 )卫 星 3 ( x 3 , y 3 , z 3 )卫 星 3 ( x 4 , y 4 , z 4 ) 图 GPS定位原理 上述四个方程式中待测点坐标 X， Y， Z 和 0tV 为未知参数，其 中： =C ( =1,2,3,4)iid t i ( =1,2,3,4)idi 分别为卫星 l、卫星 卫星 卫星 4 到接收机之间的距离。 ( =1,2,3,4)iti 分别为卫星 l、卫星 卫星 卫星 4 的信号到达接收机所经历的时间。 C 为 GPS 信号的传播速度 (即光速 )。 四个方程式中各个参数意义如下： X， Y， Z 为待测点坐标的空间直角坐标。 iX 、 iY 、 ( =1,2,3,4)iZi 分别为卫星 l、卫星 卫星 卫星 4 在 t 时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。 ( =1,2,3,4)tiVi 分别为卫星l、卫星 卫星 卫星 4 的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。 0tV 为接收机的钟差。 由以上四个 方程即可解算出待测点的坐标 X， Y， Z 和接收机的钟差 0tV。 GPS 的应用 全球定位系统 GPS 拥有全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速等优点。 在诸多领域中得到越来越广泛的应用，最早应用于军用定位和导航。 随着技术的发展和完善，目前全球卫星定位系统 GPS 已逐步从军用扩展到民用，主要涉及海、陆、空的导航和定位，使世界交通运输业发生了深刻变革，推动了航天事业的发展。 同时在工业、农业、测绘、气象等领域均已得到广泛应用。 下面就 GPS 在 车辆定位 中的应用做一下介绍。 上海 理工大学毕业设计 8 GPS 在 ITS 中主要应用于车辆定位、导航和交通管理，是 ITS 的重要组成部分。 在任一时刻 、 任一目标能通过 GPS 系统得知汽车的经纬度、速度和准确时 间 ，然 后把这些信息通过无线通信网络提供给监控中心，监控中心负责在电子地图上显示出车辆运行轨迹；同时，监控中心可根据路况信息，发出调度指令，来完成对车辆的集中监控。 GPS 短信方案 优点及 缺点 与其他无线电台等传统方式比较，采用 GSM 短信息网络系统具有以下优点： （ 1）速度快，实时性好，不掉线。 （ 2）可以双向通信，及时返回终 端信息。 （ 3）设备体积小，操作简单。 （ 4）由于控制中心无须专门设置大功率发射电台，将大大降低安装费用。 （ 5）覆盖面广受地理环境的影 响小。 与此同时，现有 GPS 短信方案又存在着如下所示的缺点： （ 1）传送时间不确定：因为短信采用信道命令时隙来传送，没有专门的数据通道，所以在命令时隙出现繁忙时候就容易出现数据传送延迟或丢失的情况。 （ 2）信道容量有限：一条短信最多能传送 140 个有效字节，不能全面及时地反映车辆的实时信息。 (3) 通信费用昂贵：基本按照收发的总条数来计算。 (4) 可扩展性差：以 SMS 为主 要通信链路，受链路带宽的影响，无法进一步扩展将来的其它数据传输业务。 如车辆运行中的图像监控等。 (5) 尽管车载 GPS 监 控系统有利于交通部门实现交通管理智能化，但目前短信方式的综合性能较差从而阻碍了该系统的全面推广。 上海 理工大学毕业设计 9 第 3 章 GPRS 移动通信系统 GPRS 的定义 GPRS 是通用分组无线服务技术（ General Packet Radio Service)的简称，它是 GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。 GPRS 可说是 GSM 的延续。 GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封 包（ Packet） 形 式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。 GPRS 的传输速率可提升至 56 甚至 114Kbps。 GPRS 经常被描述成 “ ” ，也就是说这项技术位于第二代（ 2G）和第三代（ 3G）移动通 讯技术之间。 它通过利用 GSM 网络中未使用的 TDMA 信道，提供中速的数据传递。 GPRS 突破了 GSM 网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。 而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。 GPRS 分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。 数据传送之前并不需要预先分配信 道，建立连接。 而是在每一个数据包到达时，根据数据包头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。 在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用。 由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。 GPRS 发展现状及技术分析 GPRS 是在现有 GSM 网络上发展出来的一种新的分组交换数据应用业务，与传统的 GSM 电路拨号交换相比， GPRS 在资源利用效率、交换容量和性能上都有一个质的飞跃。 GPRS 抛弃了传统的独占电路交换模式，采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，有效地利用了信道资源，带宽最高可达。 目前中国移动的 GPRS 覆盖范围在中心城市几乎达到了 100%，在边远地区也达到了 80%以上，实际应用带宽大约在 2040Kb/s。 GPRS 采用 TCP/IP 协议，非常容易和现有 Inter 技术及应用平台整合，使各种 IP 技术与服务同移动通信技术相结合，为客户提供各种高速高质的移车载动 数据通信业务。 GPRS 系统工作原理 GPRS 是采用分组交换技术的无线数据传输系统，能兼容 GSM 网络，并且在网络上能更加有效的传输数据和信令，它是在现有的 GSM 网络中增加了 GPRS 支持节点和服务支持节点来实上海 理工大学毕业设计 10 现的。 系统的原理如图 31 所示。 SGSN—— 服务 GPRS 支持节点； GGSN—— 网关 GPRS 支持节点； PCU —— 分组控制单元； PDN —— 公用数据网； 图 GPRS系统原理图 GPRS 数据传输的优点 利用 GPRS 进 行数据传输具有下面列出的几项优点： (1) 移动通信： GPRS 无线通信打破了过去有线通信的固定位置限制，可根据业务需要随时增减数据传输点，极大地拓展了通信的领域。 (2) 费用低廉： GPRS 网络按照客户收发数据包的数据流量来收费。 以 GPS 监控系统为例，同样的一笔业务，其通信费用约为过去的 1/5～ 1/8，具有较强的成本竞争能力和市场推广性。 (3) 永远在线：客户随时都与网络保持联系，即使没有数据传送时，客户仍然在网上与网络之间还保持一种连接。 (4) 快速登录：连接时间很快。 GPRS 无线终端一开机，就可与 GPRS 网络建立连接，每次登录网络，一般仅需 1 到 3 秒。 (5) 高速传输：由于 GPRS 网络采取了先进的分组交换技术，数据传输最高理论值可达。 实际使用中一般能达到 20～ 40kb/s。 (6) 组网灵活：中国移动的 GPRS 网络覆盖面广，可在全国漫游而不增加额外费用，特别适合中小用户以低成本方式在短时间内组建自己的跨区域性数据网络。 (7) 信道保障： GPRS 通信链路由中国移动这样的专业运营商维护，在出现通信链路中断的情况下能得到及时抢修，免除通信链路维护的后顾之忧。 (8) 防雷击： GPRS 采 用小功率短天线，不需要室外架设大天线，克服了有线传输设备和无线电台容易被雷击而损坏和中断通信的情况。 车载定位系统 GPRS 方案 深入分析现有车载 GPS 短信系统，我们认为一套组网方便、性价比高、随时在线、稳定上海 理工大学毕业设计 11 的通信方式，可有效解决车载 GPS 监控系统在通讯传输中庞大费用等问题，也是车载 GPS 监控系统在运输行业中普遍推广的必要手段。 而现在中国移动的 GPRS 网络正是满足这一需求的新兴通信方式，同时以原有 GSM 为备份链路，完全可以保证 GPS 监控系统数据传输的实时性与可靠性，同时在性能和价格方面均有质的飞跃。 其 组网方式如图 32 所示。 图 车载 GPS系统 GPRS方案示意图 车载 GPS 系统 GPRS 方案的主要特点，如下所示： (1) 通讯费用低：车载 GPS 监控系统的通信特点是：具有突发性，但数据量小，对采用按流量计费的 GPRS 非常有优势。 (2) 数据传输效率高： GPRS 是一种新型移动数据通信业务，给移动用户提供高速无线 IP服务。 GPS 设备采集的位置信息经过分析处理后，封装在 IP 报文中进行传输，其最大数据传输效率 90%。 (3) 强有利的安全措施： GPRS 网络采用 GSM 的多种物理信道加密方式，同时在应用层 还提供中心专线接入、专用 APN 等安全措施，可完全满足运输管理系统对安全的扩展性要求。 (4) 可扩展性强：可根据将来业务的需要在 GPRS 上增加新的监控内容，如增加图像传送等。 (5) 可选短信备份：在 GPRS 不通的情况下，可以通过传统的短信备份方式来保证关键信息的传送。 上海 理工大学毕业设计 12 第 4 章 车载终端的工作原理 车载终端系统总体的整体流程 车载终端系统是集成于汽车行驶记录仪和车载卫星定位系统（ GPS）以及 GPRS 技术的智能汽车电子装置。 该终端具有车辆行驶状态监测、车辆定位、信息传输、紧急报警、车载电话、救援通 话等多项功能。 其中，车辆行驶状态监测主要是指汽车行驶记录仪在汽车行驶的过程中，不断对汽车行驶速度、行驶里程、疲劳驾驶时间和各种状态量进行检测和存储，为事故分析及处理提供原始和可靠的资料； 车辆定位主要指可将车辆位置信息，包括经度、纬度、方向、速度、时间等，及时传送回监控中心； 信息传输主要指用 GPRS 将车辆定位等信息向监控中心传送以及将监控中心发回的调度命令回送； 紧急报警是指若车辆一旦出现紧急情况，可通过报警按钮向监控中心发送报警信息，比如车辆行驶在高速公路上，当发生交通事故等异常情况时，可以通过这个功 能向监控中心求助，这样有利于对事故即时处理，将损失降至最小。 车载智能终端主要适合于安装在长途物流运输，城市出租车辆以及公交车辆中。 例如在城市出租车辆中大面积安装和使用车载智能终端可以全面提高出租车辆管理水平和管理效益。 监控中心可以完成系统的运行监测、调度控制、信息管理及外部数据接口。 实现对车辆的自动漫游跟踪，显示有关的各种信息，并且可以实时发布文字及图像信息。 图 41 所示为车载终端的工作示意图。 该图所示的汽车中均装了配备有汽车行驶记录仪，车载卫星定位系统的车载智能终端。 汽车在行驶的过程中不断与卫星通过 信道 1 进行数据通信，得到准确的定位信息，然后将定位数据及其它相关信息通过图中 3 所示的通信链路发送至监控中心。 监控中心根据实际路况和具体工况通过通信链路向汽车回送数据命令。 通过这样一个过程，监控中心可以实现对汽车调度。 图 示 仅仅描述了城市出租车辆和监控中心的通信过程。 上海 理工大学毕业设计 13 L o a d B a t t e r yL i n eO n O n B a t t e r y S m a r tB o o s t R e p l a c eB a t t e r yT e s t运 营 商卫 星321监 控 中 心 图 车载终端工作示意图 图 车载智能终端的结构示意图 由图 42 可以看出，车载智 能终端包含车载卫星定位系统终端和汽车行驶记录仪终端。 两个终端 进行无缝连接，协调工作。 汽车行驶记录仪介绍 汽车行驶记录仪 (以下简称记录仪 )是一种用于记录、存储、显示、打印输出车辆有关行驶状态信息的装置。 记录仪的使用，对遏止疲劳驾驶、车辆超速等交通违章、约束驾驶人员的不良驾驶行为、保障车辆行驶安全以及道路交通事故的分析鉴定具有重要的作用。 如图示为行驶记录仪的硬件结构图： 上海 理工大学毕业设计 14 图 记录仪的硬件结构图 在图 43 中，可以看到，记录仪由中央处理器 S3C44B0X0串口，报警部分 、键盘、数据检测、显示器等部 分组成。 处理器统一对各个模块进行任务调度和分配，协调完成相应功能。 处理器 S3C44B0 用 于处理各个模块回送过来的数据以及向各个模块发出操作命令。 串口用于上下位机之间的通信，这些通信包括上位机向下位机发送配置数据以及下位机向上位机回送各类信息数据。 报警部分用于对驾驶员违规操作做出提醒。 如，当车速过快时，报警部分会发出“超速行驶”的警告音，汽车连续行驶时间超过 4 个小时时，会发出警告音等。 键盘部分用于完成人机交互功能，在汽车行驶记录仪中，有很多操作需要驾驶员的手动命令来完成。 例如 ，汽车启动后，记录仪要求驾驶员选择驾驶序列号，记录仪维护人员在初次安装记录仪时，需要通过键盘来配置一些参数等。 数据检测部分包括汽车行驶速度检测、汽车连续行驶时间检测、汽车行驶里程检测、 8路开关量检测， 4 路门 信号量检测等。 这些检测到的数据回送至处理器后，处理器将这些数据保存到存储器中。 而显示器则用于显示菜单，汽车行驶速度，实时时间等信息。 汽车行驶记录仪 处理器S3C44B0 打印机 串口 显示器 键盘 电源 报警部分 打印机 数据检测 上海 理工大学毕业设计 15 图 S3C44B0内部资源结构图 汽车行驶记录仪能否正常、可靠、稳定工作在很大程度上取决于处理器的性能的好 坏。 在选择记录仪处理器的方面，我们基于以下几点考虑：。