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(duì)移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)定位,，利用GSM數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸,。整個(gè)系統(tǒng)是由GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和地面移動(dòng)通信系統(tǒng)兩大部分組成，而地面移動(dòng)通信系統(tǒng)是由指揮監(jiān)控中心,、車載移動(dòng)單元和GSM通信網(wǎng)絡(luò)三個(gè)部分組成,。

　　車載移動(dòng)單元主要組成部分的設(shè)計(jì)

　　車載移動(dòng)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(dòng)單元硬件結(jié)構(gòu)原理圖

　　車載移動(dòng)單元通過GPS接收天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的定位信號(hào),，經(jīng)過CPU主控器處理，計(jì)算出車輛的日期,、時(shí)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(shí)現(xiàn)遙控監(jiān)聽、請(qǐng)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(jì)較簡(jiǎn)單,，在本設(shè)計(jì)中MCU選擇華邦公司的W77E58,，是因?yàn)樗鼛в袃蓚€(gè)串行口能同時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸,，短信息業(yè)務(wù)在移動(dòng)臺(tái)和移動(dòng)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(diǎn)在于建立連接簡(jiǎn)單，接續(xù)快,，服務(wù)費(fèi)用低,，這適合定時(shí)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(jì)框圖

　　在實(shí)際應(yīng)用中,，我們選用WM02-G900/1800,。它的外圍電路設(shè)計(jì)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(hào)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(shí)間間隔盡量短,，選用的SIM卡最好是同一個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商提供的。在使用GPRS功能時(shí),，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(dòng)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(shí)現(xiàn)車載電話功能;另一路可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)聽和免提功能,，但這兩路不能同時(shí)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(jì)

　　無線數(shù)據(jù)通信電路主要擔(dān)負(fù)機(jī)動(dòng)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收,。無需對(duì)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(jì)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(jì)

　　GSM通信模塊采用SIEMENS的TC35I.TC35I是SIEMENS公司專為GSM通信設(shè)計(jì)的專用模塊,。具有語(yǔ)音,、數(shù)據(jù)、傳真和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(duì)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(dòng)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(shí)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(dòng)交費(fèi)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(yàn)證功能。CCD車型識(shí)別由另外的獨(dú)立處理單元完成,。

　　編輯點(diǎn)評(píng)：此文介紹了車載GSM無線通信系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)解析,，無線數(shù)據(jù)通信電路設(shè)計(jì)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,。