GPS-GSM车载定位终端的设计

1 引言

车辆在我国越来越普及，车辆的安全管理问题也因此越来越受到关注。目前，我国很多部门和系统中的车辆都缺乏有序的管理，甚至呈现比较混乱的局面。比如在邮政系统中，利用邮政车辆私运货物的现象较为普遍地存在。在公交、出租、客运等行业，同样存在着对车辆进行协调、管理、调度、监控等要求。GPS车载定位系统利用GPS的全球定位能力和现有移动通信网络（GSM或GPRS）的双向数据传输能力，从而能够实现调度中心对车辆的跟踪定位、管理调度以及安全监控。典型的车载定位系统主要由定位终端和监控中心两部分组成。其中车载终端是整个系统设计的关键。本文介绍作者参与的GPS车载定位系统中车载定位终端的设计。该终端已经得到了一定的应用。本终端在设计上采用新颖的双CPU设计，有效地解决了终端难以长时连续运行的问题。

2 系统硬件结构

车载终端的主要功能包括两个方面，一是通信功能：能够利用终端获取来自监控中心的各种信息，这些信息绝大部分是中心对终断发出的指令，而终端也必须能够迅速地对中心做出回应并给出报告；二是监控：获取中心的命令后，终端要能够根据指令的要求对车辆的状况作出检测，并在需要时对车辆加以控制。对于通信功能，终端主要通过一个OEM的工业手机模块来实现，利用该模块不仅能够满足这一功能需求，配合一个车载手柄，能够完全实现一个车载手机的功能，用户可以利用该手柄任意收发短讯或拨打、接听电话，而并不仅仅局限于终端同中心之间的通信。对于监测功能，中心所需的绝大部分信息来自终端带有的一个全球定位系统（GPS）模块，该模块能够提供终端（也即车辆）所在的时间、所处的地理位置、行驶的速度和方向等信息。另一部分中心所需的信息，部分利用专用传感器，如油箱内油量状态和使用情况的探测，部分则简单的通过一个模拟信号接入端口来实现，如车门的开闭、发动机是否启动等。终端对车辆控制的则利用一组继电器，通过输出不同电平进行控制，作者设计的车载终端还可以与市场上现有的各种车载防盗器相连，进一步加强对车辆的监测和控制功能。当系统所实现的功能稍微复杂时，终端还会集成一个存储器模块(一般使用FLASH模块)，用于实现固定信息的存储和行驶轨迹的记录，并能够通过一个RS232接口实现对该存储器的读写，此举也能够节省一笔通信费用。

图1 车载终端的总体结构框图

以上所提到的GSM模块、GPS模块、车载手柄以及防盗报警器以及FLASH，通过一片高性能的单片机作为控制器，即可实现对它们的全面控制。控制器通过UART口分别编程控制GSM、GPS和手柄，利用通IO口实现状态输入和控制输出，并实现和防盗报警器的互联，利用AD通道接入传感器。需要说明的是，多数单片机只有一个或二个串口，本系统控制三个模块需要三个串口，同时还须为FLASH扩展一个232接口，因此有必要对串口进行扩展，或者通过复用的方式编程实现，后者难度稍大一些，本系统采用的后一个方案。方案中还采用了一个小型CPU来对系统控制器进行管理，在文中稍后予以详细说明。

图1所示为作者设计的车载定位终端硬件设计框图。

3 硬件的选择

3.1 控制器的选取

MSP430F149是TI公司生产的一种Flash型超低功耗16位单片机，具有处理能力强、运行速度快、可靠性高等特点，能适应工业运行环境，特别适合于电池应用的场合或手持设备。在控制器的资源方面，MSP430F149带有两个UART口。其中UART0供GPS和手柄进行复用，同时扩展的232接口也用这个串口，UART1用于GSM模块；MSP430F149还带有12位AD通道，方便模拟信号接口的设计。综上，我们选择MSP430F149作为系统的主控制器。

3.2 GPS模块

本车载终端采用的GPS模块是Holux GR-85，支持NMEA0813 V2.2版本数据协议即输出数据为ASCII码。具体含义可参考其应用手册。数据输出格式采用推荐定位语句：RMC语句。该定位语句数据包涵时间、经纬度、速度、方向以及定位数据是否有效等参数，定位数据的刷新频率是1Hz。

3.3 GSM模块

终端采用Siemens公司的TC35I工业GSM模块，该模块的接口为40芯的ZIF连接器。其接口电路主要包括电源和启动电路、RS232接口、SIM卡连接口、语音接口等几个部分。另外模块带有一个50Ω的天线连接器。

图2 SIM卡连接电路

4 设计的要点

4.1 SIM卡的连接

系统中，TC35I模块工作在4.5V电压下，系统上电后必须在ZIF连接器的15脚（/IGT）加时长100ms以上的低电平，且信号的下降时间应小于1ms，否则模块不能正常启动。启动后15脚应保持高电平。启动后终端便可向模块串口发送AT指令对模块进行控制实现初始化、短消息发送、语音