GPS车载定位监控系统设计与实现解析

摘要GPS车辆监控系统是一种集全球卫星定位系统(GPS)、地理信息系统(GIS)和现代通信技术为一体的高科技系统。

该系统为减少道路拥挤和车辆意外交通事故的发生提出了一系列解决方案，逐渐成为现代交通工程的一个发展方向。

论文首先对智能交通系统(ITS)的基本理论进行了研究，并且对其在国内外的应用和现状进行了分析。

其次，对智能交通系统中重要组成部分GPS车载定位监控系统的系统原理和系统结构功能进行了深入的分析，并且对监控定位系统中车载单元的定位技术、无线传输方法和监控中心基于GIS的监控软件系统进行了详细的分析和探讨。

最后针对当前物流车辆普遍存在的缺少有效管理手段等问题，提出了一套基于GPS的车载定位监控系统的解决方案。

此方案采用GPRS系统来进行定位数据和控制信息的传送，通过监控系统，用户可以及时了解到车辆的位置和运行状态；车辆在遇到紧急情况或意外时能够报警，及时向监控中心发送求助信号。

本车辆定位监控系统在物流、出租车和私家车等的监控管理方面有一定的实用价值，并且为加强车辆的管理、防盗、防抢提出了一种解决方法。

系统的方案经过测试并投入实际运营，达到了预期的设计效果。

关键词：GPS，定位，硬件设计，软件设计目录摘要 (I)1 绪论 (4)1．1研究背景、目的和意义 (4)1.2车载GPS定位管理系统市场前景 (5)1.3车辆GPS定位管理系统基本组成 (7)1.4车载GPS定位管理系统发展 (8)2车载系统设计方案 (12)2.1 车载系统总体构架 (12)2.2 系统实现原理 (12)3 硬件设计概要 (15)3.1主芯片系统 (15)3.2存储系统 (15)3.3电源系统 (16)4 软件设计概要 (18)4.1系统启动过程流程图 (18)4.2GPS定位数据接收与提取 (19)4.3GPRS通讯模块实现 (22)4.4车载终端主程序设计 (25)5 设计总结 (26)参考文献 (27)致谢 (28)1 绪论随着人民生活水平的提高，汽车逐渐进入了千家万户，私家车每年都以惊人的速度增长着。

相应地，盗窃汽车的案件也增加了。

车载GPS及安全防盗系统就是一套实现车辆准确定位、位置监控、信息服务和失窃处理等服务为一体的车辆防盗系统，系统的使用将大大增强汽车的安全能力。

一般来说，车载GPS及安全防盗系统可分为车载定位系统终端和车主手持手机终端两部分。

车载定位系统包括接收GPS定位信息并将其显示出来，发送定位信息至手机终端。

手机终端则接收定位信息并向汽车发送控制信息。

该系统有两个主要功能：（1）智能导航服务：当正常行驶时，车主可以使用GPS接收定位信号，并通过LCD显示出来，驾驶员就可以轻松驾车。

（2）安防服务：当汽车被盗后，GPRS模块及GPS模块电池自供电。

GPRS模块向远程接收设备发送汽车位置，车主确认失窃车的位置，远程控制汽车熄火，然后报警。

GPS导航定位具有精度高、全天候、高效率、多功能、操作简便、使用广泛等显著特点，因而在海、陆、空移动物体的导航、导弹制导、大地测量和工程测量的精密定位、时间传递和运动体的速度测量方面都获得了大量的应用。

GPS的应用已日益普及。

有人预言GPS将改变人们的生活方式，今后所有的运载器、移动体都将依赖GPS。

GPS的应用已经形成了一个产业。

据美国GPS产业协会报告，仅车载GPS系统而言，1994年销售量为1.8亿美元，1995年达3.1亿美元，预计2000年将达30亿美元。

又据美国商务部估计，2000年全球GPS用户机的年销售额达80亿美元。

为了适应GPS技术的应用与发展，我国于1995年成立了“中国全球定位系统技术应用协会”。

1．1 研究背景、目的和意义科学技术的迅猛发展，汽车已经走入了千家万户，成为人们日常生活中不可缺少的交通工具，各种车辆的数量急剧增加，城市交通和城市车辆管理之间的矛盾日益突出。

如交通拥堵问题日益严重，道路车辆拥挤，车辆被盗，交通事故频发，交通环境不断恶化。

由于交通系统是一个复杂的大系统，单单从扩建道路以提高路网通行能力，或者从提高车辆性能等方面考虑，都很难从根本上解决问题。

此外，能源和环境问题的严重性也日益为人们所认识。

在这种背景下，从系统的观点出发，把车辆和道路综合起来考虑，运用各种高新技术系统地解决交通问题的思想也就应运而生，这样就提出了建立智能交通系统(Intelligent Transport System)，简称ITS¨1。

智能交通系统是将先进的信息技术、数据通信传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等有效地综合运用于整个运输体系，从而建立起一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统。

该系统主要包括交通管理系统、出行需求管理系统、公共交通运营系统、车辆运行系统、电子收费系统、应急管理系统、车辆监控和安全系统等，它是高科技和先进通信手段在运输系统中的整合应用¨1。

我国政府已将“智能交通系统”列入国家“十五”计划，使它成为交通领域的重大科技攻关项目，也是国家信息产业“十一五"规划重大项目之一。

本文所研究的车辆定位监控系统就是ITS系统的一个重要分支，几乎所有的车辆监控系统都依赖GPS和GIS电子地图技术。

GIS条件下的电子地图数据库为车辆监控系统提供了存放和管理监控信息的一个可视化载体。

GPS定位技术使车辆监控中的实时跟踪成为可能。

通信技术则在GIS和GPS之间架起了一座数据通信的桥梁，使得远程监控成为可能。

通过准确的定位，配合通信技术以及电子地图，车辆监控系统可以进行实时监控，及时了解情况，应对突发事件。

随着交通运输日益发展，如何利用现代科技提高车辆尤其是运营车辆的使用效率、降低耗损，建立集监控、指挥、科学管理、协调运营、安全防范为一体的指挥监控体系，并加强对不可预见之危险的安全防范能力，就成为迫切需要解决的问题，GPS车辆监控系统的研究与开发便具有深远的意义了。

1.2 车载GPS定位管理系统市场前景由于社会飞速发展，汽车愈来愈成为人们不可缺少的最常用交通工具。

据统计，仅几个发达国家，汽车的保有量已达数亿量之多。

而我国的民用汽车保有量也在迅速增长，目前已达几千万两。

车辆导航定位将成为全球卫星定位系统应用的最大潜在市场之一。

据估计，到21世纪初，全世界用于车辆定位导航的总投资将超过30亿美元，占当年GPS应用总投资的1／3。

车辆定位是城市智能交通管理的重要内容之一。

早期的城市汽车定位系统采用无线电定位方式。

在城市各地设置许多小型无线电台，利用汽车的接收机接收各电台发出的无线电信号，以交叉定位方式进行定位。

这种定位方式一是精度差、二是费用昂贵。

GPS车辆定位管理系统利用车载GPS接收机，可以精确地实行自主定位，在用无线通信方式将定位信息发往监控中心（指挥调度中心），监控中心采用电子地图就可以准确地对车辆进行跟踪和调度管理。

首先是对特种专用车辆的定位跟踪。

例如运钞车、救护车、救火车、公安巡逻车、迎宾车等。

在我国这类车辆约有几十万辆。

对这些车辆往往要求实现全程监控、调度和指挥。

根据××城市××急救中心报告，在其急救车上装备GPS卫星定位调度系统之后，从接到急救电话至救护车赶到病人所在地所花费的时间平均可缩短2分钟，这主要是由于医院从调度中心的GPS系统上可很快找到离病人最近的可救护车以及可以指挥救护车以最快的速度找到病人。

可以想象，对那些被紧急抢救的病人来讲，这2分钟是多么宝贵啊！对城市大量的出租车来讲，装上GPS定位管理系统，不仅可以大大增强防盗防劫的能力，而且十分有利于出租车运营管理。

据××城市××出租车管理公司报告，由于给其下属的所有出租车装上GPS定位管理系统后，可以对出租汽车实行“电召”，即在用户打电话给出租汽车公司告诉需要用车的准确位置后，由公司调度中心，指挥离该用户所在地最近的空车去“应召”。

在采用这种管理办法之后，平均每个出租车司机的营业额增加了10—15％。

更加重要的是，由此可以减少大量出租车为了找用户而无目的的空驶。

这对减轻城市的车流量和减少汽车废气对城市的污染更有十分重要的意义。

据了解，上海、深圳、郑州、西安等许多城市的部分出租汽车上已安装了此种GPS报警管理系统，取得了良好的效果。

对城市的公交公司来说，装备GPS定位管理系统将可大大提高其运营管理的智能化水平。

目前存在的问题是：仅靠人工手段对每一路车的所有车辆的运营情况，包括何时发车（出场）、何时经过某个车站、何时到达终点站、何时返回（回场）、每个车的实际每趟运行里程等等进行详细的、准确的登记和统计是非常困难的。

但是如果在每辆车上装上GPS定位管理系统后，这就可以轻松地做到。

有了GPS系统后，就可以为电子站牌的建设创造一个良好的条件。

目前，杭州、宁波、大连、三明等一些城市，已经在公交系统安装GPS系统和电子站牌，预期这种趋势将得到迅速发展。

GPS系统不仅对城市交通意义十分重大，对长途车来讲也有很大的意义。

公安部门多次报到，在长途客运车上转载GPS系统后，迅速抓获抢劫车上乘客的歹徒的消息。

对长途货运车业主来讲，有了该系统可以随时掌握物流的情况，随时调动货运车辆，还可随时与司机通话。

很明显，这对加速货物运转，缩短空驶路程十分有效。

综上所述，很显然，车载卫星定位管理系统具有十分良好的应用前景。

1.3 车辆GPS定位管理系统基本组成车辆GPS定位管理系统一般由多个车载台和1个监控中心（可包括几个监控分中心）两大部分组成，其系统工作原理如图一所示。

车载台部分中GPS接收机的功能是实行自主定位，如果系统有差分功能的话，它亦进行差分修正；控制器的功能是进行数据处理（压缩或纠错处理）和加入要送给监控中心的传感器信息；经过适当的通信接口（包括调置解调器）后，经通信电台（或通信模块）发往监控中心。

它同时接收由监控中心发出的各种指令和差分修正信息。

某些系统的电台除了传送数据外，还能通话（数据兼容）。

监控中心各部分的功能如下：由通信电台接受各种移动台发出的全部数据（或话音），这些数据包括gps 定位数据和传感器传来的各种信息，这些数据经适当的通信接口（包括调制解调器）后，送至中央处理机。

同样通信电台亦发送由中央处理机送出的命令和差分修正信号（由差分基准站产生）。

地理信息系统的电子地图将准确地显示所希望的所有车辆的实时位置，地图本身可以任意放大、缩小、还原、切换、可开多个窗口已分别跟踪不同的车辆。

差分基准站用以生产差分修正信息，送往中央处理机。

中央处理机将管理数据库，并将各种调度、指令信息、差分修正信息通过控制器及通信电台发往各车台。

同时将收到的各车台发来的信息送往电子地图或数据库贮存。

分监控中心是用户为了实行分级管理而建立的，它同样可以根据总监控中心的授权对不同类型的车辆实行行管理和数据处理。