一種基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)的智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王勇

摘要：為了科學(xué)的管理及控制車(chē)輛，保證道路暢通，改善交通道路安全，應(yīng)用ARM技術(shù)、GIS技術(shù)、無(wú)線通信等技術(shù)，研制了一套以無(wú)線數(shù)據(jù)分組通信技術(shù)組網(wǎng)的智能交通監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的聯(lián)網(wǎng)，能及時(shí)了解車(chē)輛周邊的交通信息狀態(tài)，可以更方便安排出行時(shí)間和路線，提高交通效率。實(shí)踐證明，設(shè)計(jì)可行。

關(guān)鍵詞：車(chē)聯(lián)網(wǎng)；智能監(jiān)控調(diào)度； ARM；GIS；GPRS；

中圖分類號(hào)：U495 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）10-0275-03

Abstract： In order to scientific management and control of the vehicle to ensure smooth road， improve road traffic safety， the application of ARM technology， GIS technology， wireless communication technology developed a wireless packet data communication network technology of intelligent traffic monitoring and dispatching system， the realization of the networked vehicle， to keep abreast of the surrounding vehicles traffic state information can be more convenient to arrange travel time and route， improve the efficiency of transportation. Practice proves that the design is feasible.

Key words： vehicle networking； intelligent monitoring and dispatching； ARM； GIS； GPRS；

隨著私家車(chē)的迅猛增長(zhǎng)，道路建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上汽車(chē)的增長(zhǎng)速度，由此引發(fā)的交通擁堵，交通事故，能源與環(huán)境等社會(huì)問(wèn)題日益嚴(yán)重。如何科學(xué)的管理和控制車(chē)輛，保證交通暢通，改善道路安全和提高交通系統(tǒng)的效率和效益成為我們急需解決的問(wèn)題，而基于車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)就是能夠滿足這種需要的技術(shù)手段，它是在將車(chē)輛統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)后，集GPS定位技術(shù)和GIS地理信息技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)，主要功能是對(duì)移動(dòng)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，利用無(wú)線通信技術(shù)組網(wǎng)，將目標(biāo)車(chē)輛的位置、速度等其他關(guān)鍵信息傳送到控制中心，可以在車(chē)載終端和控制中心進(jìn)行地圖匹配后，顯示在導(dǎo)航面板和監(jiān)視器上。監(jiān)控中心還可以對(duì)移動(dòng)車(chē)輛的準(zhǔn)確位置、速度和狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控和查詢，從而可以科學(xué)的進(jìn)行調(diào)度和管理，提高交通的運(yùn)行效率和效益及交通設(shè)備的安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的整體架構(gòu)如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)有三部分構(gòu)成，分別為車(chē)載終端，無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。車(chē)載終端集成了用以感知車(chē)輛速度和經(jīng)緯度的GPS模塊，用于收發(fā)數(shù)據(jù)的GPRS模塊，和車(chē)載行車(chē)電腦上的各種傳感器。無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)的橋梁，承載著車(chē)載終端和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的重任。數(shù)據(jù)監(jiān)控中心對(duì)整個(gè)聯(lián)網(wǎng)的車(chē)輛進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，地圖顯示和匹配，車(chē)輛的監(jiān)控與調(diào)度等功能，是整個(gè)系統(tǒng)的核心。系統(tǒng)的工作原理是，安裝在車(chē)載終端上的各種傳感器，采集車(chē)輛的經(jīng)緯度，方向，速度等信息，然后將采集到的信息通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳回到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心利用強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，對(duì)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖匹配路徑規(guī)劃等方面數(shù)據(jù)綜合處理，將結(jié)果顯示在監(jiān)控口，從而對(duì)車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)度等操作功能。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件平臺(tái)主要就是車(chē)載終端的設(shè)計(jì)，車(chē)載終端主要負(fù)責(zé)GPS模塊和GPRS模塊的數(shù)據(jù)處理，考慮到硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的難易程度，以及實(shí)時(shí)的需求，系統(tǒng)采用基于嵌入式處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)，采用市場(chǎng)成熟的嵌入式處理器S3C2440，此芯片運(yùn)算快，并且提供兩個(gè)串口，分別連接GPS模塊和GPRS模塊。車(chē)載終端的硬件架構(gòu)如圖2所示。

車(chē)載終端是系統(tǒng)的一個(gè)重要模塊，負(fù)責(zé)采集車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)緯度，速度等各種終端數(shù)據(jù)信息，不僅負(fù)責(zé)將收集的數(shù)據(jù)發(fā)回到監(jiān)控中心，而且接收從監(jiān)控中心返回的調(diào)度命令，是整個(gè)系統(tǒng)的感知和行動(dòng)終端。

2.1電源模塊設(shè)計(jì)

電源模塊是車(chē)聯(lián)網(wǎng)車(chē)載終端的重要組成部分，對(duì)系統(tǒng)的高速穩(wěn)定運(yùn)行其關(guān)鍵作用，由于車(chē)載電源能提供12V和24V電源，而嵌入式處理器S3C2440采用三種電源：內(nèi)核供電為1.8V，片上外設(shè)采用3.3V，外部接口使用5V。又由于汽車(chē)電器環(huán)境復(fù)雜，汽車(chē)在點(diǎn)火和正常運(yùn)行是對(duì)蓄電池的充電時(shí)，都會(huì)對(duì)輸出電壓產(chǎn)生很大的變化，因此電源設(shè)計(jì)要采用寬電源調(diào)整DC-DC變換芯片，經(jīng)過(guò)綜合比較，最后選擇開(kāi)關(guān)電源調(diào)節(jié)芯片LM2576，將電源12V或者24V變換為外部接口主電源5V，然后采用AS1117芯片分別轉(zhuǎn)換為3.3V和1.8V的電源。

2.2GPS/GPRS/GSM集成模塊

為了減少車(chē)載終端的硬件設(shè)計(jì)難度和PCB的面積，我們選用了集成GPS/GPRS一體的芯片SIM908，該芯片尺寸為30*30*3.2mm，使用5V供電，帶有兩個(gè)串口，支持電池充電管理，功耗低，靜態(tài)待機(jī)電流僅為1.0mA，內(nèi)部集成TCP/IP協(xié)議，上行速率最大為42.8bps，下行速率最大為85.6bps，所以非常適合移動(dòng)終端產(chǎn)品應(yīng)用。

3 系統(tǒng)軟件仿真與設(shè)計(jì)

車(chē)輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)分為下位機(jī)軟件和上位機(jī)軟件兩部分，軟件系統(tǒng)的整體框圖如圖3所示。

下位機(jī)軟件是指運(yùn)行在車(chē)載終端的嵌入式S3C2440處理器上的軟件，它是一個(gè)基于linux操作系統(tǒng)的嵌入式軟件系統(tǒng)。Boatloader位于最底層，負(fù)責(zé)初始化硬件和引導(dǎo)其上的操作系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的下位機(jī)軟件要對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的裁剪，并在此操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上編寫(xiě)應(yīng)用軟件，主要完成三大任務(wù)，車(chē)輛速度傳感器采集任務(wù)，在GPS接收受阻時(shí)應(yīng)用推算（DR）導(dǎo)航應(yīng)用，GPS定位數(shù)據(jù)采集任務(wù)負(fù)責(zé)GPS點(diǎn)位數(shù)據(jù)的接收解析和存儲(chǔ)，GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)任務(wù)負(fù)責(zé)將采集到的定位數(shù)據(jù)定時(shí)傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。

上位機(jī)軟件是指運(yùn)行于遠(yuǎn)程監(jiān)控中心得PC機(jī)上的軟件，該軟件的關(guān)鍵是車(chē)載監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接收軟件和本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。在上位機(jī)軟件開(kāi)發(fā)中，關(guān)鍵是數(shù)據(jù)的接收存儲(chǔ)查詢等，主要數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，地圖匹配算法等，應(yīng)用面向?qū)ο蟮慕缑嬖O(shè)計(jì)。鑒于篇幅有限，上位機(jī)軟件本文不做介紹，下面主要對(duì)下位機(jī)軟件的幾個(gè)模塊來(lái)說(shuō)明。

3.1 GPS模塊

為了保證GPS定位數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性，軟件設(shè)計(jì)每幀數(shù)據(jù)必須校驗(yàn)，具體操作以異或和的奇偶來(lái)確定數(shù)據(jù)是否可靠，因?yàn)镚PS數(shù)據(jù)以‘$為開(kāi)始符號(hào)，只需設(shè)計(jì)一個(gè)結(jié)束符號(hào)‘*，在這兩個(gè)符號(hào)之間的每個(gè)字符應(yīng)用ASCII碼做異或運(yùn)算，用此異或和跟幀數(shù)末尾的校驗(yàn)和比較，相等可靠，解析數(shù)據(jù)有效，否則無(wú)效。具體操作見(jiàn)圖4。

3.2 GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊

車(chē)載終端使用嵌入式微處理器S3C2440的兩個(gè)串口控制SIM908，其應(yīng)用程序的操作流程如圖5所示。

由于本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)定時(shí)發(fā)送，而GPRS模塊如果在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有數(shù)據(jù)收發(fā)操作，往往會(huì)掉線，一旦掉線就需要重新建立連接，為了保證數(shù)據(jù)的有效傳輸，軟件要定時(shí)的使用AT+CGREG指令檢測(cè)是否在線，這樣可以有效的提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。在在線的情況下，SIM908通過(guò)指定的端口和IP地址或動(dòng)態(tài)域名，向監(jiān)控中心服務(wù)器傳送數(shù)據(jù)，而監(jiān)控中心服務(wù)器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)套接字接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。

3.3 Linux操作系統(tǒng)軟件

Linux操作系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)源，可移值，可固化，可裁剪，搶先式，多任務(wù)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，比較適合小型的應(yīng)用系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)中的車(chē)載終端就是小型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，所有應(yīng)用程序都建立在此操作系統(tǒng)之上，而LINUX運(yùn)行的基礎(chǔ)是以ARM9芯片S3C2440為核心的硬件平臺(tái)。根據(jù)硬件平臺(tái)的不同可以對(duì)boatloader和Linux的內(nèi)核進(jìn)行裁剪，以使車(chē)載硬件和軟件相匹配，達(dá)到程序的高速高效運(yùn)行。

4 總結(jié)

本文設(shè)計(jì)了一套車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，通過(guò)具體的硬件設(shè)計(jì)和軟件編寫(xiě)，完成了車(chē)載終端的數(shù)據(jù)采集發(fā)送功能以及遠(yuǎn)程監(jiān)控中心數(shù)據(jù)處理與顯示功能，實(shí)際測(cè)試結(jié)果證明，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是智能交通管理的重要方向，具有實(shí)際推廣價(jià)值。

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