基于GPS和GPRS的高速公路車速實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　摘 要：本課題采用了GPS衛(wèi)星定位和GPRS通用無線分組業(yè)務(wù)相結(jié)合的技術(shù)思路，很好的發(fā)揮了兩者的長(zhǎng)處：定位及時(shí)準(zhǔn)確、大量的數(shù)據(jù)傳輸高效快速、硬件電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，串口手法控制合理化。采用ATMEGA128單片機(jī)作為系統(tǒng)的處理中心，其速度快，接口多，功耗小。主要的信息處理顯示部分由LabVIEW應(yīng)用圖形編程系統(tǒng)來完成?；谝陨先c(diǎn)來完成對(duì)高速公路車速實(shí)時(shí)檢測(cè)。
　　關(guān)鍵詞：GPS GPRS 單片機(jī) LabVIEW 檢測(cè)
　　
　　中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-3791(2011)10(c)-0000-01
　　
　　隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)道路通車?yán)锍讨鹉暝鲩L(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車保有量不斷增加，道路交通事故也呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。導(dǎo)致交通事故發(fā)生的原因有很多：超速行駛、占道行駛、無證駕駛、酒后駕駛、違法超車、疲勞駕駛等。
　　目前機(jī)動(dòng)車測(cè)速系統(tǒng)大致分為激光測(cè)速、雷達(dá)測(cè)速、普通視頻測(cè)速、精確視頻測(cè)速等方式。激光測(cè)速和雷達(dá)測(cè)速對(duì)測(cè)速角度有嚴(yán)格要求：小于10度，測(cè)量精確多不高，不適用。視頻測(cè)速可以將違規(guī)車輛的車牌拍下了，對(duì)違規(guī)超速車量構(gòu)成了一定得威脅。但是，這種視頻測(cè)速監(jiān)控儀器已經(jīng)被人所了解，違規(guī)司機(jī)在違規(guī)被記錄車牌后，想到了調(diào)換車牌的方法去逃避處罰?，F(xiàn)提出應(yīng)用GPS定位速度信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)速的方法。
　　
　　2 研究方案
　　本課題主要研究的內(nèi)容是單片機(jī)對(duì)GPS接收機(jī)的控制，單片機(jī)對(duì)無線通信系統(tǒng)的控制，以及Lab VIEW程序編寫。高速公路車速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案分兩部分：一是車速監(jiān)測(cè)設(shè)備；一是接收系統(tǒng)。在車輛進(jìn)入高速公路向駕駛員發(fā)體積、低功耗、高速監(jiān)測(cè)設(shè)備。此設(shè)備包括GPS模塊、微處理器、単儲(chǔ)器、報(bào)犖設(shè)儇、無線通信模塊等。設(shè)計(jì)方案是在GPS模塊中內(nèi)置天線，用于接收衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。單片機(jī)模塊從GPS模塊提取數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、存儲(chǔ)等處理。當(dāng)判斷出車輛的速度即將超過允許范圍，則向駕駛員發(fā)送聲光報(bào)警及語音提示，通知駕駛員即將超速。當(dāng)車輛行駛速度超過允許的范圍時(shí)，再次向駕駛員發(fā)出報(bào)警提示，通知其車輛已經(jīng)超速，并對(duì)其超速行駛的信息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。當(dāng)車輛駛出高速公路時(shí)將車速監(jiān)測(cè)設(shè)備交出，并由車站收費(fèi)人員利用安裝在速度監(jiān)測(cè)設(shè)備上的無線發(fā)送模塊將車輛超速行駛信息發(fā)送給接收系統(tǒng)。安裝在收費(fèi)站內(nèi)的接收系統(tǒng)由無線接收模塊和信息顯示系統(tǒng)構(gòu)成。無線接收模塊將車站收費(fèi)人員發(fā)送的信息接收，輸送到信息顯示系統(tǒng)顯示并儲(chǔ)存。若其行駛信息中有超速現(xiàn)象則對(duì)超速的車輛進(jìn)行制裁。
　　
　　3 性能分析
　　3.1 實(shí)時(shí)性分析及問題
　　系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題主要是指系統(tǒng)的時(shí)延。從GPS定位數(shù)據(jù)的接收、存儲(chǔ)到通過GPRS以短信息形式發(fā)送，整個(gè)過程的每一個(gè)步驟的執(zhí)行都存在時(shí)延。有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延、軟硬件處理時(shí)延、連接等待時(shí)延等等。這些時(shí)延單獨(dú)看來對(duì)系統(tǒng)的影響不大，但所有時(shí)延的總和對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來說卻是不可忽視的。
　　GPS接收部分的實(shí)時(shí)性是無可厚非的，然而影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的重點(diǎn)則在數(shù)據(jù)傳輸部分。本系統(tǒng)使用的傳輸短消息的控制信道是獨(dú)立專用控制信道(SACCH)。短消息接收端在沒有通話的情況下，且短信息為發(fā)送長(zhǎng)度不超過140字節(jié)的單條信息。一條短消息的時(shí)間不會(huì)超過2.6s，而當(dāng)接收端正在通話時(shí)，發(fā)送信息的時(shí)間最多需要5.8s。所以系統(tǒng)短信息發(fā)送的延時(shí)時(shí)間也僅僅在6s，基本上滿足了車輛定位信息實(shí)時(shí)傳送。
　　3.2 可靠性分析
　　對(duì)于該車速實(shí)時(shí)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)來說，影響系統(tǒng)可靠性的主要因素有：速度等信息的傳輸時(shí)延和信息的傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。下面來討論速度等信息在傳輸中的準(zhǔn)確性分析。
　　速度等信息的傳輸要經(jīng)過：GPS接收模塊部分接收導(dǎo)航衛(wèi)星的信號(hào)并進(jìn)行解算；信息通過AVR單片機(jī)的接收和處理；信息經(jīng)過GPRS模塊MC39i和GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸?shù)炔襟E。以上的每個(gè)步驟都有誤碼的可能。其中，GPS接收與GPRS模塊的誤碼率分別為10和10；GPS定位及速度信息的采集與處理過程的誤碼率為10，它與信息采集處理器以及RS232串行數(shù)據(jù)有關(guān)；GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸定位信息的誤碼率在10~10范圍內(nèi)，因?yàn)镚PRS網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)所選用的業(yè)務(wù)信道有關(guān)，傳輸信道的噪聲、反射、脈沖拌動(dòng)以及雷電干擾等因素都是造成誤碼的原因。本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率不低于10，根據(jù)上述的分析，本系統(tǒng)在理論上可以實(shí)現(xiàn)定位及速度信息的可靠傳輸。
　　
　　4 創(chuàng)新點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　4.1 創(chuàng)新點(diǎn)
　　本設(shè)計(jì)制作的超速記錄監(jiān)測(cè)儀采用GPS定位方法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)速，應(yīng)用GPS接收機(jī)捕捉車輛定位信息，在單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行提取速度信息，在由單片機(jī)控制GPRS，通過GPRS無線通信發(fā)送信息，并進(jìn)行實(shí)時(shí)速度存儲(chǔ)，當(dāng)超速時(shí)可采用聲光語音提示，這樣可以達(dá)到對(duì)超速車輛的限制，從而減小交通事故的發(fā)生率。
　　4.2 研究結(jié)果
　　近年來，GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)是一項(xiàng)熱門的技術(shù)，而GPS為衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)也是現(xiàn)代技術(shù)的焦點(diǎn)。這兩項(xiàng)技術(shù)在汽車電子技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，本文針對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)做了如下工作：
　　(1)研究了GPS技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及在車輛定位中的應(yīng)用。
　　(2)基于西門子GPRS模塊MC39i，研究了GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)短信息點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議，并詳細(xì)分析了其數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)封裝。
　　(3)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)部分進(jìn)行了分開調(diào)試，確定了各部分電路設(shè)計(jì)的可行性。
　　(4)本設(shè)計(jì)還應(yīng)用了Lab view虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)定位信息顯示系統(tǒng)。
　　
　　參考文獻(xiàn)