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ARM9 S3C2410控制GPRS模块实现的车辆监控系统

·2018-09-21 10:16·电子发烧友
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针对传统基于 单片机 、GSM 技术、ArcGIS ( Ma pI nfo 或 Google Map ) 的车辆监控系统功能单一、通信费用高、可移植性差、定位精度不高等缺点,提出一种新的车辆监控系统解决方案:以 ARM 9 S3C2410 控制 GP RS 模块接入 In te rnet,实现车载端和监控中心的无线数据传输,同时在监控中心引入 51ditu、Web Service 和数据库,完成车辆定位和用户接入访问,可广泛应用在国内城市公共交通、出租车、旅游车、危险品运输和物流等车辆管理方面。

1 系统需求及应用分析

随着我国城镇化进程加快,地铁、轻轨、快速公交等现代化公共交通快速发展,轨道和公共交通成为城市交通的骨干。目前,我国现代化轨道交通和公共交通的建设仍存在资金需求量大、融资难,以及投产后车辆管理调用、维护效率低等问题。传统车辆监控系统一般采用单片机作为数据采集终端、短消息服务 ( Short Messaging Service,SMS ) 作为通信手段、MapInfo作为地理信息系统( Geographic Informa ti on System,GIS ) 平台。由于单片机无操作系统,程序移植性差,已难以胜任车辆监控系统功能快速发展的要求;同时,受带宽的影响,SMS 通信链路已无法扩展图像、语音数据传输业务;并且系统开发周期长,价格昂贵,缺少在不同交通领域的推广价值。因此,开发一种性能可靠、功能完善、组网方便、经济适用且易于推广的车辆监控系统是当务之急。

为了解决上述问题,本文提出一种基于国产卫星北斗导航系统平台的车辆监控管理系统。系统采用 ARM9 S3C2410 为主控芯片,融合 Internet 和通用无线分组业务 ( General Packet R adi o Service,GPRS ) 网络,以原有 SMS 为备份链路,在保证北斗导航监控系统数据传输的实时性与可靠性的同时,车载端还可以提供图片、语音等数据传输功能;以国内知名地图产品供应商灵图的 51ditu 作为GIS 平台,其丰富的 API 全部免费开放,且没有人为添加误差因素,不需要经过地图匹配 就能够完全满足系统的应用要求。

该系统可广泛应用在国内城市公共交通、出租车、大客车、旅游车、危险品运输和物流等车辆管理方面。在车辆上安装的车载移动终端,结构小巧,可以根据需要裁减相应监控管理功能模块。城市交通管理监控中心应用该系统可实时显示监控车辆状况,以及发出调度指挥命令和接受车辆反馈信息。研究归纳总结传统系统在推广、应用方面的诸多局限性,抓住北斗卫星导航系统平台正式民用的契机,提出以国产卫星北斗导航系统为平台的车辆监控管理系统,从而大大降低系统的建设及运营成本,提高监控网络的安全性能,实现车辆的定位、监控和调度。这对于掌握车辆位置,提高车辆调度水平,以及物流企业的服务水平都具有重要的意义。

2 系统工作原理

监控车辆由车载北斗导航终端接收卫星数据,通过 GPRS 无线通信和 Internet 网络将数据传输到中心服务器,服务器端软件对数据进行解析后存储到服务器数据库中,监控中心通过 Web Service 访问数据库,再由 GIS 平台显示数据,同时将相应的报警信息、调控指令发送到与之对应的移动车载端,最终实现相应的监控管理功能。系统设计原理如图 1 所示。

3 系统结构设计

车辆监控管理系统由车载单元 ( 车载北斗导航终端 )、监控中心 ( 客户端 ) 和中心服务器 ( 服务器端软件和数据服务库 ) 组成。

3.1 车载单元

车载移动终端由基于 ARM9 的嵌入式系统、GPRS 模块 ( 华为 GTM900C )、北斗导航模块 ( SiRFStarⅢ )、液晶显示屏和键盘形成的人机交互单元组成。车载终端可外接摄像头和车载电话手柄实现图像与语音的传输,专用的 GPIO 接口可连接车辆的各检测控制线路,以获取车辆的各种状态数据。其结构如图 2 所示。

由 ARM 处理器控制 GPRS 模块,接入移动公司的GPRS网络,再连接到计算机监控中心,从而实现远程数据无线传输功能。北斗导航模块将接收的数据通过串口传送到主控芯片进行预处理。

Flash 存储器用于存放已调试好的应用程序和嵌入式 Linux 操作系统;LCD 液晶显示屏用于显示系统信息和相关指令代码。检测控制线路获取外接 传感器 采集的不同状态数据,经 GPIO 接口传送至 CPU 进行回送等处理。

3.2 监控中心

监控中心从功能结构上可以分为 GIS 模块、数据库信息管理模块和客户端通信模块。其结构设计如图 3 所示。

GIS 模块为调度指挥人员提供一系列操作电子地图的功能,同时负责车辆信息的实时显示、跟踪和电子围栏区域显示;数据库信息管理模块完成数据库的信息管理功能,同时为调度人员提供系统运行环境设置、系统登录、数据备份、数据恢复、权限分配、日志查询等功能;客户端通信模块完成车辆的远程控制、实时调度,以及报警提示、确认、取消、越界处理等功能。

3.3 中心服务器

系统设计基于 Microsoft SQL Server 2008,表( Table ) 是其主要存储单位,用户可以通过表来访问数据。系统中常用数据表如表 1 所示。

中心服务器是整个系统的中枢,是车辆和监控中心进行互联的桥梁。一方面,中心服务器负责接收车辆通过网络传送的实时信息,并存储在服务器数据库中,然后由监控中心进行访问;另一方面,中心服务器负责从数据库中提取监控中心发出的命令信息,传送到相应的车辆。

中心服务器由服务器软件和服务器数据库构成,其中软件负责接收、解析、存储和发送信息。

经过解析后的车辆信息或中心命令分别存储在数据库中,由监控中心进行访问或由服务器发送给相应的车载单元。

4 系统关键技术

4.1 远程数据库访问的实现

车辆监控管理系统采用 Web Service 技术实现客户端对数据库的访问功能。当监控中心访问中心服务器数据库时,首先通过 Web Service 向服务器发出申请,通过 SQL 语句读取数据库中的数据,然后利用 ADO.NET 的组件 DataSet 生成 XML 文件存放在本地磁盘中。监控中心软件通过读取 XML 文件,取得相应的字段值,从而完成对中心服务器数据库的访问。

4.2 中心服务器通信功能的实现

在车辆监控管理系统中,监控中心需要与车载终端进行双向数据传输。系统采用 GPRS 通信,这是一种基于 I P 地址的网络通信方式, 由SOCKET ( 套接字 ) 实现。当车载单元与监控中心之间有通讯请求时,主控制器就通过相应 AT 指令来完成指定的通信过程。

5 结束语

基于 ARM 的北斗导航 / GPRS / GIS 车辆监控系统采用 GPRS 和 Internet 网络作为数据通信平台,解决了传统基于单片机和 GSM 技术的车辆监控系统传输速度慢、易产生阻塞、功能单一、不便扩展等问题;而且以数据库、51ditu 和 Web Service 技术为依托,实现了对车辆的动态监控功能,降低了运营成本,缩短了项目开发周期,提高了监控系统的整体性能。经过严格测试,该系统运行稳定,在网络情况良好的条件下系统响应时间小于 3 s.实验结果表明,系统性能稳定可靠,结构合理,软硬件设计可行,并且具有良好的实用性、可扩展性和可操作性,可以根据具体需求对系统的硬件和软件进行灵活配置。该系统可广泛应用于地铁、轻轨、公交、出租车等公共交通领域,在车辆的调度和管理、保证行车安全等方面具有广泛的应用前景。

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