系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)與工作原理

　　該系統(tǒng)采用GPS技術(shù)對移動目標(biāo)進(jìn)行實時定位，利用GSM數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)傳輸。整個系統(tǒng)是由GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和地面移動通信系統(tǒng)兩大部分組成，而地面移動通信系統(tǒng)是由指揮監(jiān)控中心、車載移動單元和GSM通信網(wǎng)絡(luò)三個部分組成。

　　車載移動單元主要組成部分的設(shè)計

　　車載移動單元是由主控制器CPU、GPS接收機(jī)、GSM無線通信模塊、功能控制單元（手柄）和液晶顯示屏組成，其結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

　　圖1 車載移動單元硬件結(jié)構(gòu)原理圖

　　車載移動單元通過GPS接收天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的定位信號，經(jīng)過CPU主控器處理，計算出車輛的日期、時間、經(jīng)緯度、速度和行駛方向等定位數(shù)據(jù)。主控制器CPU是核心，處理接收機(jī)發(fā)來的定位信息，將定位信息和監(jiān)控中心發(fā)來的控制信息顯示在液晶屏上，并控制GSM模塊進(jìn)行短信息的收發(fā)，手柄控制單元實現(xiàn)遙控監(jiān)聽、請求服務(wù)、中文短信息接收及通話等功能。由于GSM無線模塊和GPS模塊都以串口通信方式與MCU相連，因此硬件設(shè)計較簡單，在本設(shè)計中MCU選擇華邦公司的W77E58，是因為它帶有兩個串行口能同時與GSM模塊、GPS模塊進(jìn)行通信，并且它的指令完全兼容MCS-51，片內(nèi)有32k flash MTP ROM，可編程的看門狗定時器等，采用它可以省去很多外圍元器件，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)主控制器電路如圖3所示。

　　GSM無線通信

　　GPS車輛定位監(jiān)控管理系統(tǒng)的通信方式有兩種：專用無線通信網(wǎng)和公眾GSM網(wǎng)。GPS/GSM車輛定位監(jiān)控管理系統(tǒng)利用GSM短信息業(yè)務(wù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，短信息業(yè)務(wù)在移動臺和移動業(yè)務(wù)交換中心之間建立的是信令連接，具有優(yōu)先權(quán)，可通率極高，誤碼率極低。這是GSM公眾網(wǎng)帶來的專用網(wǎng)和集群網(wǎng)無法比擬的好處。短消息用于車輛監(jiān)控最大的優(yōu)點在于建立連接簡單，接續(xù)快，服務(wù)費用低，這適合定時把定位信息發(fā)送到監(jiān)控中心。

　　圖2 系統(tǒng)主控制器電路

　　圖3 WM01-G900/1800外圍電路設(shè)計框圖

　　在實際應(yīng)用中，我們選用WM02-G900/1800。它的外圍電路設(shè)計框圖如圖4所示，其相關(guān)的性能指標(biāo)如表1所示。它與單片機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的串行口進(jìn)行通信，通信的最高波特率可以達(dá)到 115 200b/s。GSM模塊與SIM卡之間主要通過SIMCLK和SIMDATA信號線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達(dá)之間的時間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個電信運(yùn)營商提供的。在使用GPRS功能時，還需要選擇支持GPRS的SIM卡，并開通GPRS服務(wù)。該模塊還支持驅(qū)動兩路麥克風(fēng)、兩路揚(yáng)聲器和一路蜂鳴器。其中一路麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器可以連到手柄的聽筒上，以實現(xiàn)車載電話功能;另一路可以實現(xiàn)監(jiān)聽和免提功能，但這兩路不能同時工作，如果在通話中需用免提方式，可以通過AT指令：AT+SPEAKER=0或1進(jìn)行切換。

　　無線數(shù)據(jù)通信電路設(shè)計

　　無線數(shù)據(jù)通信電路主要擔(dān)負(fù)機(jī)動車輛與固定基站系統(tǒng)進(jìn)行近距離的無線數(shù)據(jù)交換任務(wù)。由核心芯片 nRF401及其附屬元件組成。nRF401是雙信道、高性能、低功耗的專用無線通信芯片，工作頻率為433.93/434.33MHz.工作電壓為 3.3v，最高通信速率為20kbps，可以直接與單片機(jī)串口相接，進(jìn)行異步通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。無需對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。數(shù)據(jù)輸入端DIN與單片機(jī)的 TxD端相接，數(shù)據(jù)輸出 DOUT端與單片機(jī)的RXD端相接。在本電路中，通信速率設(shè)計為19.2 kbps.電路原理如圖所示。

　　圖4 無線數(shù)據(jù)通信單元電路

　　GSM通信模塊電路設(shè)計

　　GSM通信模塊采用SIEMENS的TC35I.TC35I是SIEMENS公司專為GSM通信設(shè)計的專用模塊。具有語音、數(shù)據(jù)、傳真和點對點短信功能，工作于EGSM 900和GSM 1800頻段，重僅10g，在3.5~4.8V范圍內(nèi)均能正常T作。對AT Commands Interface Version 8.5所定義的主要指令都能很好地執(zhí)行，另有擴(kuò)展指令20多條。

　　TC35I接口由40芯電纜組成。其中1~5腳接電池的“+”端，6~10腳接電池的“-”端，11~12腳為直流電源輸入端，可輸入 8~20V/500mA的直流電。內(nèi)部有自動充電控制電路。15腳IGT為模塊開機(jī)控制，31腳EMERGOFF為關(guān)機(jī)控制，都是低電平有效，也可以通過命令實現(xiàn)開關(guān)機(jī)。17腳為振鈴輸出，18腳Rx為串行數(shù)據(jù)輸出，19腳TX為串行數(shù)據(jù)輸入，32腳為工作狀態(tài)指示燈輸出，24~29腳接SIM卡。與微處理器的接口電路如圖4所示。通信速率為19.2kbps.

　　圖5 TC35I與微處理器的接口電路

　　TC35I的全部指令可以從SIEMENS的網(wǎng)站上下載。車載用戶移動交費系統(tǒng)由低成本的AT89C4051單片機(jī)組成，工作電源3.3V，基站由高速、高性能的77E58-40單片機(jī)完成無線數(shù)據(jù)通信與身份驗證功能。CCD車型識別由另外的獨立處理單元完成。

　　編輯點評：此文介紹了車載GSM無線通信系統(tǒng)的電路設(shè)計解析，無線數(shù)據(jù)通信電路設(shè)計由核心芯片 nRF401及其附屬元件組成，nRF401是雙信道、高性能、低功耗的專用無線通信芯片。