基于GPRS的出租車(chē)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)方案
1 引言
在車(chē)輛定位系統(tǒng)中,GPS 系統(tǒng)是目前世界上應(yīng)用得最為廣泛的,其功能作用已廣為人所接受。它能為用戶(hù)提供全球、全天候、高精度、連續(xù)實(shí)時(shí)的導(dǎo)航、定位和授時(shí)。
隨著移動(dòng) GPRS 業(yè)務(wù)的開(kāi)展,GPRS 在無(wú)線(xiàn)傳輸中已經(jīng)成為一種成熟可靠的傳輸方式。
GPRS 網(wǎng)本身支持TCP/IP、X.25 等協(xié)議,可以直接與IP 網(wǎng)或X.25 網(wǎng)互通,實(shí)現(xiàn)GPRS 終端的上網(wǎng)功能。它
可以保證永遠(yuǎn)在線(xiàn),而且是按照流量記費(fèi),不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)不計(jì)費(fèi),同時(shí)中國(guó)移動(dòng)公司的眾多基站和可靠的頻段信號(hào)能夠保證信息傳輸及時(shí)、無(wú)誤。
2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)功能介紹
本系統(tǒng)基于 GPS/GPRS 進(jìn)行設(shè)計(jì),主要以出租車(chē)公司為服務(wù)對(duì)象,總體結(jié)構(gòu)如圖1:
圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
主要實(shí)現(xiàn)的功能為:
出租車(chē)終端利用 GPS 模塊實(shí)時(shí)地接收其定位、速度、時(shí)間等信息,然后通過(guò)GPRS 模塊將這些信息上傳至監(jiān)控中心,在遇到緊急情況時(shí),向監(jiān)控中心發(fā)出求救警報(bào)。
監(jiān)控中心將接收到的信息寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)車(chē)輛的位置、速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,必要時(shí)發(fā)出警告信息,處理客戶(hù)預(yù)訂業(yè)務(wù)時(shí)向出租車(chē)發(fā)送調(diào)度信息。
3 整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要由三部分組成:出租車(chē)終端軟硬件設(shè)計(jì)、監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)以及車(chē)載終端和監(jiān)控中心通信程序設(shè)計(jì)。
3.1 出租車(chē)終端的軟硬件設(shè)計(jì)
3.1.1 出租車(chē)終端的硬件設(shè)計(jì)
該終端硬件部分主要由主控芯片、GPRS 模塊、GPS 模塊組成。
主控芯片選用三星公司生產(chǎn)的 S3C2410 處理器,該處理器采用ARM920T 內(nèi)核,S3C2410外圍電路包含電源模塊、64M SDRAM、64M FLASH、RS232 串行口、USB 接口、4×4 鍵盤(pán)接口模塊、LCD 模塊等。
GPS 模塊選用的是Compass Systems 公司生產(chǎn)的GM611 滑鼠型GPS 衛(wèi)星接收機(jī),它具有超高靈敏度、超低功耗和超小體積的特點(diǎn),而且?guī)?qiáng)力磁性,擁有嚴(yán)格的防水設(shè)計(jì),可將其直接吸附于車(chē)頂使用,2D 定位精度小于10 米。該GPS 模塊與主板的串口1 連接,上電后以每秒鐘一次的頻率將定位信息傳送給處理器。
GPRS 模塊選用的是WAVECOM 公司生產(chǎn)的WISMO QUIK Q2406A 模塊,它是GSM/GPRS 900/1800 雙頻模塊,與標(biāo)準(zhǔn)的AT 指令兼容。它與S3C2410 主板的串口2 連接,實(shí)現(xiàn)GPRS 撥號(hào)上網(wǎng)。
[!--empirenews.page--]3.1.2 出租車(chē)終端的軟件設(shè)計(jì)
該終端的軟件設(shè)計(jì)主要包含兩個(gè)部分:GPS 定位信息的接收和GPRS 撥號(hào)上網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)。
由于終端移植了嵌入式Linux(內(nèi)核版本為2.6.16),它提供豐富的設(shè)備支持和成熟的系統(tǒng)管理能力,因而大大地簡(jiǎn)化了軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程。
(1)GPS 定位信息接收的實(shí)現(xiàn)
該過(guò)程主要通過(guò) Linux 串口通信編程來(lái)實(shí)現(xiàn),在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的關(guān)鍵處理部分是:串口屬性設(shè)置以及對(duì)接收到的GPS 信息的解析。
由于 GPS 模塊輸出的每幀數(shù)據(jù)都是以換行符結(jié)束,所以在設(shè)置串口屬性的時(shí)候可將其模式設(shè)為規(guī)范(Canonical)模式,即每次讀取串口時(shí)先將數(shù)據(jù)保存到緩存,直到讀到換行符時(shí)所有數(shù)據(jù)才會(huì)被傳輸,這樣就能保證每次讀取的是整幀數(shù)據(jù),方便之后的幀頭判斷和信息解析。接下來(lái)還要根據(jù)GPS 模塊的默認(rèn)參數(shù)配置串口傳輸速率為4800bps,8 位數(shù)據(jù)位,1 位停止位,無(wú)校驗(yàn)位,串口屬性就設(shè)置完畢了。
GPS 模塊的輸出幀遵循NMEA0183 標(biāo)準(zhǔn),具有多種格式,主要由幀頭進(jìn)行標(biāo)志,包括$GPGGA、$GPGLL、$GPGSA、 $GPGSV、$GPGMC、$GPVTG 六種幀,分別描述不同信息,一般來(lái)說(shuō)$GPRMC 幀就可以提供我們所關(guān)心的數(shù)據(jù),如經(jīng)緯度、速度、時(shí)間等,所以只需對(duì)該幀信息進(jìn)行提取。$GPRMC 幀的格式如圖2:
圖2 GPRMC 幀的格式
在每次讀取的時(shí)候首先需要對(duì)幀頭進(jìn)行判斷是否是$GPRMC 幀,然后再根據(jù)幀中的逗號(hào)位置,對(duì)該幀數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,提取所需的定位、速度和時(shí)間信息。
(2)GPRS 撥號(hào)上網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)
該部分是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)出租車(chē)終端和監(jiān)控中心進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的基礎(chǔ),該過(guò)程主要依靠PPP(點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議)來(lái)實(shí)現(xiàn),它可以實(shí)現(xiàn)在串行鏈路上創(chuàng)建和運(yùn)行IP 協(xié)議。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)PPP 連接,首先需要配置內(nèi)核使其支持PPP,然后通過(guò)交叉編譯生成ARM平臺(tái)下的pppd 和chat 應(yīng)用程序。PPP 連接的建立和維持需要由pppd 和內(nèi)核中的PPP 驅(qū)動(dòng)程序配合完成。chat 程序主要用于和GPRS 模塊進(jìn)行交互,完成撥號(hào)和各項(xiàng)配置。執(zhí)行pppd的時(shí)候?qū)⑹紫日{(diào)用chat 程序進(jìn)行撥號(hào)連接,PPP 鏈路的建立流程如圖3:
圖3 PPP 鏈路建立流程
首先執(zhí)行 chat 程序?qū)χ袊?guó)移動(dòng)的接入號(hào)碼進(jìn)行撥號(hào),建立與PPP 服務(wù)器端的物理連接,然后進(jìn)行LCP 鏈路的協(xié)商,主要協(xié)商一些鏈路參數(shù)(數(shù)據(jù)幀格式、最大傳輸單元等),協(xié)商成功后將建立與PPP 服務(wù)器端的數(shù)據(jù)鏈路,接著向PPP 服務(wù)器端提供用戶(hù)和口令進(jìn)行PAP驗(yàn)證,在未通過(guò)驗(yàn)證之前是不能進(jìn)行任何數(shù)據(jù)傳輸?shù)?,最后,進(jìn)行IPCP 協(xié)商,主要進(jìn)行IP地址的協(xié)商,協(xié)商成功后,出租車(chē)終端將獲得GGSN(GPRS 網(wǎng)關(guān))為其動(dòng)態(tài)分配的IP 地址。PPP 鏈路就建立完成了,之后出租車(chē)終端就相當(dāng)于公網(wǎng)上的一臺(tái)主機(jī),可以自由地與Internet 的其他主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互了。
3.2 監(jiān)控中心的軟件設(shè)計(jì)
監(jiān)控中心是位于出租車(chē)公司的控制中心,它與公司服務(wù)器進(jìn)行局域網(wǎng)連接如圖1,服務(wù)器具有固定公網(wǎng)(Internet)IP 地址,而監(jiān)控中心的IP 地址為局域網(wǎng)IP,公網(wǎng)上的主機(jī)(出租車(chē)終端)是不能通過(guò)該IP 來(lái)訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)控中心的,要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程,必須在公司服務(wù)器設(shè)置端口映射,端口映射的原理是將擁有固定IP 地址的服務(wù)器端口映射到處于局域網(wǎng)的某臺(tái)主機(jī)端口上,如圖4:
圖4 端口映射示意
上圖中,將服務(wù)器的1111 端口映射到局域網(wǎng)內(nèi)監(jiān)控中心的2222 端口,這樣外網(wǎng)主機(jī)發(fā)往服務(wù)器1111 端口的數(shù)據(jù)都將被重定向到監(jiān)控中心的2222 端口,監(jiān)控中心只要開(kāi)放并監(jiān)聽(tīng)該端口,即可獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。
監(jiān)控中心主機(jī)采用 Debian Linux 操作系統(tǒng),Debian 是一套為計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的自由操作系統(tǒng),它包含一萬(wàn)五千多個(gè)軟件包,都是自由開(kāi)源的,并被包裝成容易安裝的deb 格式,Debian是一款功能強(qiáng)大的Linux 操作系統(tǒng)。
監(jiān)控中心的軟件設(shè)計(jì)主要完成以下兩個(gè)任務(wù):接收出租車(chē)終端發(fā)送過(guò)來(lái)的信息并寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù);設(shè)計(jì)圖形管理軟件,方便各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)。
(1)接收出租車(chē)終端發(fā)送過(guò)來(lái)的定位信息并寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)
設(shè)計(jì)一個(gè)守護(hù)(Daemon)進(jìn)程,它可以實(shí)現(xiàn)在操作系統(tǒng)啟動(dòng)后一直在后臺(tái)運(yùn)行,不受控制終端的控制,該進(jìn)程主要用于監(jiān)聽(tīng)本監(jiān)控中心的指定端口,接收由出租車(chē)終端發(fā)送過(guò)來(lái)的定位、速度和時(shí)間信息,然后將所有信息寫(xiě)入POSTGRESQL8.0 數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。POSTGRESQL數(shù)據(jù)庫(kù)是世界上可以獲得開(kāi)放源碼的最先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),支持幾乎所有 SQL 構(gòu)件(包括子查詢(xún),事務(wù)和用戶(hù)定義類(lèi)型和函數(shù)),并且為多種開(kāi)發(fā)語(yǔ)言提供接口(包括 C,C++,Java 等)。
Linux 系統(tǒng)下采用C 語(yǔ)言對(duì)該數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作,主要用到以下三個(gè)函數(shù):
PQconnectdb(“dbname=psql_data”)用于打開(kāi)名為psql_data 的POSTGRESQL 數(shù)據(jù)庫(kù);PQexec(PQconnectdb(),sql_query)用于對(duì)打開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)執(zhí)行各種SQL 語(yǔ)句;PQfinish()用于關(guān)閉打開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)。[!--empirenews.page--](2)圖形管理軟件設(shè)計(jì)
監(jiān)控中心采用 GTK+2.0 進(jìn)行圖形管理軟件的開(kāi)發(fā),GTK+2.0 采用面向?qū)ο蟮腃 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)框架,盡管完全用 C 寫(xiě)成的,但它是基于類(lèi)和回調(diào)函數(shù)的思想實(shí)現(xiàn)的,應(yīng)用它可以輕松的在Linux 系統(tǒng)平臺(tái)的X WINDOW 環(huán)境下開(kāi)發(fā)出漂亮的圖形界面應(yīng)用程序。
該管理軟件采用雙線(xiàn)程編程,實(shí)現(xiàn)的功能如圖5:
圖5 監(jiān)控中心軟件功能
POSTGRESQL 數(shù)據(jù)庫(kù)中保存的信息是各項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。由于GTK+2.0 開(kāi)發(fā)可以完全使用C 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn),所以在一個(gè)GTK+2.0 程序中可以很方便的進(jìn)行POSTGRESQL 數(shù)據(jù)庫(kù)的各項(xiàng)操作。需要注意的是在使用GTK+2.0 開(kāi)發(fā)中文軟件的時(shí)候要將輸入字符設(shè)置為utf-8 的格式,否則軟件不能正常顯示中文字。
3.3 車(chē)載終端和監(jiān)控中心通信程序設(shè)計(jì)
出租車(chē)終端已獲得 IP 實(shí)現(xiàn)撥號(hào)上網(wǎng),監(jiān)控中心也進(jìn)行了服務(wù)器端的端口映射,兩者都成為了連上Internet 的主機(jī),接下來(lái)就可以通過(guò)Socket(嵌套字)實(shí)現(xiàn)兩主機(jī)進(jìn)程間的通信。
在網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程中,各主機(jī)的進(jìn)程是由與其綁定的端口號(hào)來(lái)進(jìn)行區(qū)分的。
出租車(chē)終端和監(jiān)控中心采用 client 和server 模型,因?yàn)閿?shù)據(jù)發(fā)送比較頻繁,所以使用UDP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)包的傳輸,以提高傳輸速率。首先由車(chē)載終端進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)Socket,接著向監(jiān)控中心指定端口發(fā)起連接請(qǐng)求。監(jiān)控中心進(jìn)程也創(chuàng)建一個(gè)Socket,并將其綁定到該指定端口,接著對(duì)該端口進(jìn)行監(jiān)聽(tīng),一旦檢測(cè)到連接請(qǐng)求,隨即調(diào)用connect 函數(shù)建立該連接,從而在兩主機(jī)上的Socket 之間建立連接,之后雙方進(jìn)程之間就可以通過(guò)send()和recv()函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收操作了。
4 結(jié)論
經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試應(yīng)用后,系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。再加上本系統(tǒng)軟件部分都是在Linux 操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn),使得系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本大大降低,如果在車(chē)載終端硬件設(shè)計(jì)時(shí)能夠進(jìn)行針對(duì)性的優(yōu)化配置,將使得成本進(jìn)一步降低。另外,在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展其他功能也是很方便的。