运动车辆GPS定位系统中通信方案的设计

运动车辆GPS定位系统中通信方案的设计
    摘要介绍了运动车辆GPS定位系统的基本组成，重点讨论了基站和车载台之间的通信方
式，并给出了基于单片机和MODEM应用的具体实现方案。
    关键词  GPS  通信  单片机
    近年来导航卫星全球定位系统（GPS）在国内外得到了十分广泛的应用，在各个领域发
挥了极大的作用，已成为信息时代不可缺少的部分，被誉为本世纪以来继计算机之后，又
一项对人类进步有重大影响的成果和发明，它为解决人类在地球上的定位问题提供了重要
技术手段。
    国内许多行业和部门投入了大量的人力、物力开展对GPS技术的应用研究，在军事、公
安、金融、地震、防洪、测绘导航等领域的应用中收到了很好的效果。国内邮电部门对邮
运车辆运行状况长期以来缺乏科学有效的管理手段，采用GPS技术可以有效地解决这个难题。
1系统简介
    该系统的研制目标就是采用先进的GPS技术，并结合GPS地理信息处理技术、计算机网
络技术、多媒体技术等多项高新技术，建立一个功能完善、操作方便、实用性强的邮运车
辆集中监控调度系统。整个GPS定位系统主要由四个部分组成，即计算机局域网、中心通信
接口、车载GPS处理器、地面通信网等。
    车载GPS处理器采集GPS卫星定位信息、车门关开信息、人工警报器、烟雾警报器等多
种车辆运行状态信息，通过无线数据通信链路将采集到的信息发回监控中心；监控中心向
各车载台下达各种车辆监控指令，将通信工作站采集到的车辆运行状态信息标识于电子地
图上，并受理车载台发回的报警信息，同时建立各种数据库，完成日常数据库的维护和管
理以及相关信息的查询、创览和打印。在监控中心与车载台的通信中，可以实现数据通信
和语音通信的相互切换。
2系统通信方案
    通信部分是整个邮运车辆GPS定位系统中很重要的部分，是基站与各移动目标进行信息
交换的总枢纽，其性能的好坏是决定系统成败的关键。根据GPS定位系统的数据特性对通信
接口的功能要求如下：
    ①能够自动呼叫各车辆或其他移动目标并建立双向通信链路。
    ②传输速率可选1200bit／s等几种速率。
    ③数据通信与语音通信相互切换。
    ④应能方便与普通电话线接口。
    ⑤应能及时响应移动目标报警呼叫。
    ⑥便于容量扩充，不但能满足邮车定位，还可方便扩充以适应其他移动目标定位需求。
    根据上述功能要求，我们对通信工作站采用邮电公网方案，并以MODEM方式进行数据
通信。邮电公网方案是采用邮电的有线网和无线网相结合来实现的，很明显邮电公网是一
个功能齐全、性能十分稳定可靠的现成网络。一般利用公网话路进行数据通信方式有两种：
一是双音多频方式；二是MODEM方式。双音多频方式虽然技术实现比较容易，但是由于传
输速率很低，在传输数据量大时，电路站用时间长，通信费用比较高。MODEM方式具有传
输速率快、系统运行时数据通信费用低的特点，是规范的数据通信方式，但是在快速运行
的车辆与监控中心之间通过900M模拟蜂窝网，进行长时间的可靠的数据通信有很大的技术
难度。根据GPS数据信息的特点，我们最终选择了MODEM通信方式。而单片机体积小、集成
度高、功能全且易于扩展，这些特点非常适合邮运车辆定位系统的应用需要。因此本设计
的通信接口就采用单片机作为控制中心，由其协调各模块之间的工作。
2.1所选单片机和MODEM介绍
    我们选用了价格便宜的8031单片机。它的PO口输出作为低位地址（A0－A7）和数据公
用合用总线，为了将地址和数据分离，加了片外地址锁存器74LS373。 P2口用作高位地址
总线。这里EPROM采用27C64，RAM采用62256。整个接口的工作软件都存放在EPROM中，用
它来实现数据暂存和转发、外部中断等功能。
    MODEM是连接单片机和邮电公网的桥梁，通过它完成数据转换，使监控中心和车载台
之间构成可靠的通信链路。因为监控中心和车载台之间是通过邮电公网进行信息传输的，
而单片机输出的是数字信号，无法进入模拟通信网，必须先经MODEM调制成模拟信号后方
可发送；在接收端，接收到的信号必须通过MODEM进行解调，在此将模拟信号转换成数字
信号并输入到单片机。这里我们选用MOTOLORA公司的1200b/s数据调制解调器MC145450。
该MODEM芯片广泛用于在模拟电话信道上完成低、中速数据通信功能，内含参考振荡器、
数字滤波器、定时器、发送波形和接受波形数据存储器及正弦波D／A变换器等电路，具
有符合CCITT V.23模式2及BELL202标准的0～1200b／S主信道和0～75b／s反向信道，并
且具有接口信号与TTL电平兼容、请求发送到允许发送间延迟时间分8级可选等特点。系
统中由单片机负责对MODEM进行初始化（设参数）、控制MODEM同步并定义一组通信协议
进行检测和纠错，提高数据通信的准确率。
2.2工作过程描述
    在车载台部分，单片机通过8251扩展串口对GPS OEM板进行初始化，并接收来自GPS 
OEM板的定位信息。同时接收邮车设备的运行状态信息和告警信息，作出相应的判断并对
邮车设备进行控制。单片机的串口与MODEM相连，把各种信息发送给监控中心。监控中心
单片机接收到信息后与工作站进行通信，将数据传送到工作站进行处理。一个MODEM和一
个单片机构成一个中继，每八对中继为一个单元，同一单元的八个单片机通过我们自己
设计的MACH芯片直接插在通信工作站的总线上。这样，一个通信接口单元可以在软件操
作下完成人对中继线的通信任务。
    根据通信接口的功能要求，八对中继线工作方式安排如下：
    ①用一对作固定呼入方式，以保车辆报警时能及时呼叫监控中心（也可用人对自适
应的方式）。
    ②固定连接方式：对特殊监控目标实时定位要求高时，采用这种方式可1～10秒采
集一决定位信息并能及时报警。
    ③间断轮呼方式：对实时要求不高的车辆可以采取这种方式，例如一对中继线可以
负责监控4辆车。
    ④随机呼叫方式：在任何时候，基站可以通过空闲中继线呼叫任意车辆，进入监控
状态。
    一个通信工作站可连接多个接口单元，通信工作站对任一单元中任意中继线采用查
询通信方式，查询周期可定为一秒；并行总线通信方式速度很快，一个工作站可以管理
4个单元（32对中继线）。
3其他技术在系统中的应用
    系统中用到了大量的门电路，包括构成复位信号的计数器和形成控制信号和各种逻
辑门、译码器和锁存器。为了提高系统的可靠性，缩小硬件电路板的体积，我们采用MA
CH大规模集成电路来实现各种功能。
    MACH器件是AMD公司生产的电可擦可编程逻辑器件（EPLD）。
    可编程逻辑器件包括所有可由用户配置的数字逻辑电路，有简单、低密度的可编程
阵列逻辑／通用阵列逻辑（PAL／GAL）器件、现场可编程门阵列（FPGA）和复杂的PLD
（CPLD）。MACH可编程逻辑器件属于CPLD，具有CPLD的普遍特点。
    和FPGA相比，CPLD有着不同的内部连线结构，FPGA的分段式互连结构是利用不同长
度的几种金属线经“传输管”将各个逻辑单元连接起来的，而CPLD的连续式互连结构则
是利用同样长度的一些金属线实现连接单元之间的互连。连续式的互连结构消除了分段
式互连结构在定时上的差异，并在逻辑单元之间提供快速、具有固定延时的通路，从而
可以预计内部逻辑的定时关系，容易消除竞争现象，比较容易实现各种设计，以缩短开
发周期。
    由于MACH器件采用CMOS电可擦除工艺制造，因此它是EPLD。按擦除工艺的不同，可
分为两种：一种需要在编程器上对器件编程，另一种可在系统上编程，即可实现ISP（I
n System Programmability）。MACH5系列器件，引脚数大于84的MACH3、4系列器件，
以及MACH1、2系列中的MACH211SP和MACH231SP等均采用了ISP技术。
    在单片机与工作站的通信中，我们用MACH芯片代替了原本计划的并行通信接口芯片
8255，而且，硬件电路的许多门电路和逻辑电路都用MACH器件作了替代，起到了提高可
靠性和减小体积的作用。
4总结
    整个通信接口就是在单片机和MODEM的基础上构成的。通过单片机扩展电路的设计、
单片机对MODEM进行控制的软件以及中心与车载之间通信协议软件的编制，从总体上实
现了监控中心和车载台之间的通信。