ARM9 S3C2410控制GPRS模塊實現(xiàn)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)

針對傳統(tǒng)基于單片機、GSM 技術(shù)、ArcGIS （ MapInfo 或 Google Map ） 的車輛監(jiān)控系統(tǒng)功能單一、通信費用高、可移植性差、定位精度不高等缺點，提出一種新的車輛監(jiān)控系統(tǒng)解決方案：以 ARM9 S3C2410 控制 GPRS 模塊接入 Internet,實現(xiàn)車載端和監(jiān)控中心的無線數(shù)據(jù)傳輸，同時在監(jiān)控中心引入 51ditu、Web Service 和數(shù)據(jù)庫，完成車輛定位和用戶接入訪問，可廣泛應用在國內(nèi)城市公共交通、出租車、旅游車、危險品運輸和物流等車輛管理方面。

1 系統(tǒng)需求及應用分析

隨著我國城鎮(zhèn)化進程加快，地鐵、輕軌、快速公交等現(xiàn)代化公共交通快速發(fā)展，軌道和公共交通成為城市交通的骨干。目前，我國現(xiàn)代化軌道交通和公共交通的建設仍存在資金需求量大、融資難，以及投產(chǎn)后車輛管理調(diào)用、維護效率低等問題。傳統(tǒng)車輛監(jiān)控系統(tǒng)一般采用單片機作為數(shù)據(jù)采集終端、短消息服務 （ Short Messaging Service,SMS ） 作為通信手段、MapInfo作為地理信息系統(tǒng)（ Geographic Information System,GIS ） 平臺。由于單片機無操作系統(tǒng)，程序移植性差，已難以勝任車輛監(jiān)控系統(tǒng)功能快速發(fā)展的要求；同時，受帶寬的影響，SMS 通信鏈路已無法擴展圖像、語音數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務；并且系統(tǒng)開發(fā)周期長，價格昂貴，缺少在不同交通領域的推廣價值。因此，開發(fā)一種性能可靠、功能完善、組網(wǎng)方便、經(jīng)濟適用且易于推廣的車輛監(jiān)控系統(tǒng)是當務之急。

為了解決上述問題，本文提出一種基于國產(chǎn)衛(wèi)星北斗導航系統(tǒng)平臺的車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用 ARM9 S3C2410 為主控芯片，融合 Internet 和通用無線分組業(yè)務 （ General Packet Radio Service,GPRS ） 網(wǎng)絡，以原有 SMS 為備份鏈路，在保證北斗導航監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性與可靠性的同時，車載端還可以提供圖片、語音等數(shù)據(jù)傳輸功能；以國內(nèi)知名地圖產(chǎn)品供應商靈圖的 51ditu 作為GIS 平臺，其豐富的 API 全部免費開放，且沒有人為添加誤差因素，不需要經(jīng)過地圖匹配 就能夠完全滿足系統(tǒng)的應用要求。

該系統(tǒng)可廣泛應用在國內(nèi)城市公共交通、出租車、大客車、旅游車、危險品運輸和物流等車輛管理方面。在車輛上安裝的車載移動終端，結(jié)構(gòu)小巧，可以根據(jù)需要裁減相應監(jiān)控管理功能模塊。城市交通管理監(jiān)控中心應用該系統(tǒng)可實時顯示監(jiān)控車輛狀況，以及發(fā)出調(diào)度指揮命令和接受車輛反饋信息。研究歸納總結(jié)傳統(tǒng)系統(tǒng)在推廣、應用方面的諸多局限性，抓住北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)平臺正式民用的契機，提出以國產(chǎn)衛(wèi)星北斗導航系統(tǒng)為平臺的車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)，從而大大降低系統(tǒng)的建設及運營成本，提高監(jiān)控網(wǎng)絡的安全性能，實現(xiàn)車輛的定位、監(jiān)控和調(diào)度。這對于掌握車輛位置，提高車輛調(diào)度水平，以及物流企業(yè)的服務水平都具有重要的意義。

2 系統(tǒng)工作原理

監(jiān)控車輛由車載北斗導航終端接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過 GPRS 無線通信和 Internet 網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行姆掌?，服務器端軟件對?shù)據(jù)進行解析后存儲到服務器數(shù)據(jù)庫中，監(jiān)控中心通過 Web Service 訪問數(shù)據(jù)庫，再由 GIS 平臺顯示數(shù)據(jù)，同時將相應的報警信息、調(diào)控指令發(fā)送到與之對應的移動車載端，最終實現(xiàn)相應的監(jiān)控管理功能。系統(tǒng)設計原理如圖 1 所示。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)由車載單元 （ 車載北斗導航終端 ）、監(jiān)控中心 （ 客戶端 ） 和中心服務器 （ 服務器端軟件和數(shù)據(jù)服務庫 ） 組成。

3.1 車載單元

車載移動終端由基于 ARM9 的嵌入式系統(tǒng)、GPRS 模塊 （ 華為 GTM900C ）、北斗導航模塊 （ SiRFStarⅢ ）、液晶顯示屏和鍵盤形成的人機交互單元組成。車載終端可外接攝像頭和車載電話手柄實現(xiàn)圖像與語音的傳輸，專用的 GPIO 接口可連接車輛的各檢測控制線路，以獲取車輛的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

由 ARM 處理器控制 GPRS 模塊，接入移動公司的GPRS網(wǎng)絡，再連接到計算機監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)無線傳輸功能。北斗導航模塊將接收的數(shù)據(jù)通過串口傳送到主控芯片進行預處理。

Flash 存儲器用于存放已調(diào)試好的應用程序和嵌入式 Linux 操作系統(tǒng)；LCD 液晶顯示屏用于顯示系統(tǒng)信息和相關(guān)指令代碼。檢測控制線路獲取外接傳感器采集的不同狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng) GPIO 接口傳送至 CPU進行回送等處理。

3.2 監(jiān)控中心

監(jiān)控中心從功能結(jié)構(gòu)上可以分為 GIS 模塊、數(shù)據(jù)庫信息管理模塊和客戶端通信模塊。其結(jié)構(gòu)設計如圖 3 所示。

GIS 模塊為調(diào)度指揮人員提供一系列操作電子地圖的功能，同時負責車輛信息的實時顯示、跟蹤和電子圍欄區(qū)域顯示；數(shù)據(jù)庫信息管理模塊完成數(shù)據(jù)庫的信息管理功能，同時為調(diào)度人員提供系統(tǒng)運行環(huán)境設置、系統(tǒng)登錄、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)恢復、權(quán)限分配、日志查詢等功能；客戶端通信模塊完成車輛的遠程控制、實時調(diào)度，以及報警提示、確認、取消、越界處理等功能。

3.3 中心服務器

系統(tǒng)設計基于 Microsoft SQL Server 2008,表（ Table ） 是其主要存儲單位，用戶可以通過表來訪問數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中常用數(shù)據(jù)表如表 1 所示。

中心服務器是整個系統(tǒng)的中樞，是車輛和監(jiān)控中心進行互聯(lián)的橋梁。一方面，中心服務器負責接收車輛通過網(wǎng)絡傳送的實時信息，并存儲在服務器數(shù)據(jù)庫中，然后由監(jiān)控中心進行訪問；另一方面，中心服務器負責從數(shù)據(jù)庫中提取監(jiān)控中心發(fā)出的命令信息，傳送到相應的車輛。

中心服務器由服務器軟件和服務器數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，其中軟件負責接收、解析、存儲和發(fā)送信息。

經(jīng)過解析后的車輛信息或中心命令分別存儲在數(shù)據(jù)庫中，由監(jiān)控中心進行訪問或由服務器發(fā)送給相應的車載單元。

4 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 遠程數(shù)據(jù)庫訪問的實現(xiàn)

車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)采用 Web Service 技術(shù)實現(xiàn)客戶端對數(shù)據(jù)庫的訪問功能。當監(jiān)控中心訪問中心服務器數(shù)據(jù)庫時，首先通過 Web Service 向服務器發(fā)出申請，通過 SQL 語句讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，然后利用 ADO.NET 的組件 DataSet 生成 XML 文件存放在本地磁盤中。監(jiān)控中心軟件通過讀取 XML 文件，取得相應的字段值，從而完成對中心服務器數(shù)據(jù)庫的訪問。

4.2 中心服務器通信功能的實現(xiàn)

在車輛監(jiān)控管理系統(tǒng)中，監(jiān)控中心需要與車載終端進行雙向數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)采用 GPRS 通信，這是一種基于 I P 地址的網(wǎng)絡通信方式， 由SOCKET （ 套接字 ） 實現(xiàn)。當車載單元與監(jiān)控中心之間有通訊請求時，主控制器就通過相應 AT 指令來完成指定的通信過程。

5 結(jié)束語

基于 ARM 的北斗導航 / GPRS / GIS 車輛監(jiān)控系統(tǒng)采用 GPRS 和 Internet 網(wǎng)絡作為數(shù)據(jù)通信平臺，解決了傳統(tǒng)基于單片機和 GSM 技術(shù)的車輛監(jiān)控系統(tǒng)傳輸速度慢、易產(chǎn)生阻塞、功能單一、不便擴展等問題；而且以數(shù)據(jù)庫、51ditu 和 Web Service 技術(shù)為依托，實現(xiàn)了對車輛的動態(tài)監(jiān)控功能，降低了運營成本，縮短了項目開發(fā)周期，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的整體性能。經(jīng)過嚴格測試，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在網(wǎng)絡情況良好的條件下系統(tǒng)響應時間小于 3 s.實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)合理，軟硬件設計可行，并且具有良好的實用性、可擴展性和可操作性，可以根據(jù)具體需求對系統(tǒng)的硬件和軟件進行靈活配置。該系統(tǒng)可廣泛應用于地鐵、輕軌、公交、出租車等公共交通領域，在車輛的調(diào)度和管理、保證行車安全等方面具有廣泛的應用前景。