基于GPRS的船载远程监控终端设计

近年来，我国水运事业取得了很快地发展，为国民经济的增长提供了重要的支持和保障；然而，我国的水上安全基础设施仍然很薄弱，管理尚不规范，水上交通安全面临的形势仍然不容乐观。

违规违纪的现象也还非常严重，由于超载、抢道、冒雾航行等导致的翻船、沉船、撞船等交通事故频频发生，给国家造成了巨大的经济损失，同时给人民生命财产安全带来了严重危害。因此，相关部门正加大对水运船只的监管力度，各种轮船定位和导航服务随之兴起，各种船舶GPS监控系统逐渐被开发并应用于水路运输的监控管理中。   

。本文利用GPRS无线数据传输技术，在μC／OS-II嵌入式实时操作系统环境下，实现了船载远程监控系统中船载监控终端的设计，为实现对水路运输船舶的远程监控和管理提供了方便。该系统以GPS作为船舶定位手段，以GPRS作为数据传输方式，通过船载终端和监控中心的信息交互，实现对远程作业船舶的有效监控，由此将大大提高水上作业船舶的安全性，减少水上交通事故的发生，保障人民生命财产安全。

1 系统实现原理与总体结构  

通常，基于GPRS的船载终端远程监控系统主要是用来对远程作业的船舶进行实时监控。具体操作时，用户可以通过GPRS模块上网，将数据发送到Internet；服务器连接到Internet，通过Socket套接字编程接收船载终端发送到Internet的数据信息。系统主要由三部分组成：监控中心、数据传输网络和船载终端。监控中心服务器必须可以连接到Internet，并具有固定的IP地址；数据传输网络由GPRS网络和Internet组成，是终端与监控中心之间的数据传输媒介；船载终端集成了GPRS通信模块，具有接收和发送数据的功能，可以接收来自监控中心的数据信息，也可以向监控中心发送数据信息。系统总体架构如图1所示。  

在本系统的没计中，采用GPRS和Internet作为数据传输中介，实现船载终端与监控中心之间的数据传输。GPRS的基础是以IP包的形式进行数据传输的，GPRS终端通过PPP(Point-to-Point Protocol)协议获得动态分配的IP地址。建立连接后，在PPP协议的基础上通过数据传输协议(TCP、UDP)实现与Internet上计算机的数据通信。  

2 船载终端硬件系统设计  

从图1可以看出，基于GPRS进行船舶的远程监控，其能够实现的关键是要能够设计出可以实现数据通信、定位、显示以及报警等功能的船舶监控终端，因此，在整个系统的设计中，船载终端的设计是基础。根据船载终端所要实现的功能，设计图2所示的硬件系统。整个硬件系统由中央处理器、存储器、GPRS通信模块、GPS定位模块、JTAG接口、A／D、LCD、按键、电源管理等单元组成。其中核心的部分主要有中央处理器、GPS模块和GPRS模块三部分。  

从图2可以看出，中央控制器在船载终端中起着重要的作用，它对整个硬件系统进行控制，包括对下端传感器的控制、传感器信号的处理、接收GPS定位信息、数据打包以及与GPRS模块通信等。考虑到系统对处理器性能的需求，选择三星公司的S3C4480X作为船载终端的中央处理器。该芯片采用0.25 μm COMS工艺制造，主频最高可达66 MHz，在ARM7TDMI内核基础上扩展了一系列完整的通用逻辑单元，可以减少外围器件，降低系统成本；同时它还提供了丰富的片上功能。本系统的GPRS模块选择了Motorola公司的G20作为船载终端的无线通信模块；而GPS定位模块则选用Motorola公司的M12作为GPS的接收模块，它提供了串行接口与外部控制器通信，主要是将接收的GPS信息发送给外部处理器。  

整个硬件平台的设计以S3C44B0X为核心，选用闪速存储器(Flash memory)SST39VF160作为处理器外扩ROM存储器，用来保存掉电后仍需要保存的程序代码和数据信息；同时选用Hynix Semiconductor SDRAM芯片HY57V281620HCT作为存储器来扩展外部RAM，大大提高了系统的运行速度。电源管理模块根据各单元模块的电源需求，采用不同的电压转换芯片将9 V输入电压转换为所需要的各种电压值。船载终端采样G20的串行口与处理器S3C44B0X的串行口UART0连接实现数据通信；同时，将M12的串行口与S3C44B0X的串行口UART1连接，M12将接收到的GPS信号通过串口发送到S3C44B0X进行解析得出经纬度数据。  

3 船载终端软件设计与实现  

由于系统中应用程序较多、实时性要求较高，所以在软件设计时选用了多任务嵌入式实时操作系统μC／OS-II。μC／OS-II是完全占先式的实时内核，支持多任务操作，可管理多达64个任务，并且每个任务都有自己单独的堆栈空间；可以进行任务管理、时间管理、任务之间的通信与同步、中断管理等，因此可以很好地满足本系统的要求。  

在进行终端系统所有程序的设计之前，必须先在S3C4480X上进行μC／OS-II移植。对μC／OS-II进行移植，主要是要对内核中与处理器和应用有关的文件进行改写，其中与处理器有关的文件有3个，分别是OS_CPU.H、OS_CPU_A.S和OS_CPU_C.C；与应用有关的文件主要是OS_CFG.H和INCLUDES.H，前者主要是对μC／OS-II所提供的内核服务进行选择性设置，后者主要对所需头文件的包含。μC／OS-II在S3C44B0X上移植完成以后，终端应用程序的设计就可以方便地在该操作系统下完成了。  

编程时，首先根据船载终端的功能要求，将整个系统划分为几个并行存在的任务，即GPRS部分、GPS部分、A／D、按键部分以及报警部分等。然后，进行船载终端与监控中心数据通信协议的设计，此外还必须编制相应的终端底层硬件驱动程序。船载终端的主程序执行流程如图3所示。