基于GPS的出租车无线调度通信终端设计与实现

GPS 出租车

中图分类号:TP391.41　　文献标识码:A　　文章编号:1009-2552(2009)06-0133-04

基于GPS的出租车无线调度通信终端设计与实现

万志强,罗明刚

1

2

(1.辽宁省气象科技服务中心,沈阳110016;2.

大连理工大学电子与信息工程学院,大连116024)

摘　要:,设计了通过

使用GPS技术、嵌入式系统、端,,为调度提供依据。

关键词:;;GPS;数字调制解调;差错控制编码

DesignandrealizationofwirelesscommunicationterminalfortaxicabdispatchingbasedonGPS

WANZhi2qiang,LUOMing2gang

1

2

(1.MeteorologicalScienceandTechnicalServiceCenterofLiaoningProvince,Shenyang110016,China;2.SchoolofElectronicandI

nformationEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China)

Abstract:T

oresolvetheproblemsappearedwhentaxicabisdispatching,suchasdispatchingerrorsorlowefficiencyandsoon,awirelessdispatchcommunicationtaxicabterminalisdesigned.Inthissystem,GPS,embeddedsystemsdigitalmodemanddemodemanderrorcontrolcodingareadapted.Thedistancecalculationbetweentaxicabandthepassengersisrealizedfromthesoftware,andsoisthereal2timefeedbackofthetaxicabtodispatchingcenter.

Keywords:taxicabdispatchingsystem;wirelesscommunication;GPS;digitalmodemanddemodem;errorcontrolcoding

0　引言

目前,现有的出租车调度系统车载终端和调度中心的联络方式主要是无线语音和GPRS(GeneralPacketRadioService通用无线分组业务),前者容量

1　系统概述

1.1　系统框图及原理

有限且通话时易分散驾驶员的注意力,后者每月要向移动运营商交纳一定费用,成本高

[1-2]

。在传统

由图1可知,整个调度系统由调度中心A、车载

终端B两大部分组成,调度中心完成出租车的监控、调度、报警处理及系统维护等,车载终端完成出租车定位、报警信息、出租车状态等数据的采集及信息发送。

的出租车辆调度系统中,出租车终端只是被动接收调度信息,很难及时反馈终端现场的实际情况,调度效率低,并且这种方式要求调度人员对地理信息十分熟悉。本文车载终端采用GPS技术、数字调制解调和差错控制编码技术,使用现有无线语音信道传输数字信息,车载终端对调度信息使用按键应答反馈,有助于调度中心了解实时信息,提高调度效率,节省功率,提高频谱利用率。

收稿日期:2009-01-19

作者简介:万志强(1960-),男,辽宁省气象科技服务中心工程师,

研究方向为气象信息传输。

图1　系统框图

—133—

GPS 出租车

调度系统采用GPS卫星定位技术与无线通信技术相结合,整个系统由一个调度管理中心和安装在出租车上的若干车载终端组成。车载终端与调度中心的通信链路使用工作在UHF频段的基地电台和车载电台实现。数据通信传输采用专用数字调制解调芯片MSM7512B实现BFSK数字调制解调,该芯片遵循ITU协议V.23,已调BFSK信号加载到无线模拟话音信道上传输,本系统在信道上传输数据的波特率为1200bps1.2　系统功能

[3-4]

中断源(Eight2levelPriorityVectoredInterruptSources)、

掉电监测(Power2downInspect)、上电复位(Power2onReset)、单电源供电(Single2supplyVoltage)、看门狗定时器(WatchdogTimer)、实时时钟(Real2timeTimer)以及RC振荡器。微控制器MCU实现经纬度数据提取、距离计算和信令控制等功能。

②GPS模块:目前,能提供GPS芯片产品的厂商有SiRF、Conexant、Sychip、GARMIN等公司,本通信终端采用GPS模块型号为GPS2R25,该模块电路中使用的是SiRF芯片,工作电压为5V,通过RS2232C输,NMEA20183协议美国国家海洋

[5]

MCU提。

③无线通信模块(车载台):车载电台实现与调度指挥中心的联络(双向通道)目前的车载电台绝大部分是调频(FM)制式的模拟移动通信系统,主要用于传输语音。在本系统中,调度中心首先将叫车位置信息通过BFSK数字调制技术调制成音频模拟信号,然后加载到基地电台上发送出去。为了提高通信可靠性,降低误码率,采用卷积码进行差错控[7]

制。无线通信模块通过语音或数据通信方式向调度中心反馈信息。

④调制解调器模块:采用专用数字调制解调芯片MSM7512B,调制方式为BFSK,最大带宽为3200Hz,信号

[6]

。

①通信功能

出租车驾驶员可通过车载终端与调度中心进行语音和数据通信

,呼、广播等。

②调度功能

调度中心通过无线信道采用数据通信方式发送乘客叫车地点位置信息供车载终端计算距离,并将

出租车特征信息(车型、颜色、车牌等)告知乘客。

③报警监听功能

调度中心收到某车载台的报警信号后,马上启动定时监听功能,根据车内语音等信息判断是否误报警,同时该车辆停止接收广播群呼等信息。

④车辆监管功能

调度中心可以随时对某车辆启动定时监听,以检查各出租车辆的运营服务情况;长时间处于发射状态占用信道的车载台会定时自动向调度中心发送本车的地址信息,以加强中心对车辆的有效监管。

⑤管理、维护及服务功能

系统的管理维护功能主要包括调度叫车信息统计,车辆信息查询,路况报告,本单位通知及新闻广播,天气预报等。

“0”频率为2100Hz,信号“1”频率为1300Hz,波特率为1200bps。接收时,将从调度中心接收到BFSK

信

号解调出乘客位置经纬度等数字信息;发送时,把本车要反馈的相关数字信息调制为BFSK信号提供给车载台。

⑤LCD显示模块:液晶显示器(LCD)种类很多,对设计者较为重要的信息主要是LCD模块的驱动控制器型号、驱动控制器管脚的连接方法及封装特性。考虑到价位以及功能的要求,本车载终端采用单色160×128图形点阵模块,驱动控制器为T6963c,电源+5V,占空比1Π128,模块内自带-15V

2　车载终端

2.1　基本组成

出租车车载终端主要由微控制器MCU、GPS模

块、无线通信模块(车载台)、调制解调器模块和LCD显示模块组件构成。

①微控制器MCU:由于本车载终端不需要显示电子地图、图片等,所以对微控制器的频率速度、存储空间要求不高。综合成本等各方面考虑,选用ARM7系列的AT91SAM7X256微处理器,它作为50MIPSMCU拥有64k字节的静态存储器和256k字

负压用于LCD驱动。

2.2　功能

车载终端具备呼叫、应答、报警、距离运算显示等功能。GPS模块接收卫星信号,向控制器提供车的实时位置(经纬度)、速度和方向、标准北京时间等;由报警开关向调度中心提供报警信号;利用无线语音通话,可实现移动通话功能;LCD显示模块用来显示中心发出的各项指令、信息(包括天气、路况信息等)。

节的25ns闪存,这种闪存支持实时控制系统所需的可确定性处理能力。SAM7X处理器拥有整套的实时外围设备和监管功能,其中包括8个优先级矢量—134

—

GPS 出租车

3　GPS数据接收及距离计算

3.1　GPS系统

(Naviga2“导航卫星定时和测距全球定位系统”tionSatelliteTimingandRangingGlobalPositioningSystem)简称GPS全球定位系统,是能在海、陆、空进

在距离估算精度要求不高的情况下,一般不考虑地球的曲率,直接将地球视为一个正球体来运算。由正球体特点可知

,球面两点之间的最短距离,是过这两点与球心三点确定的大圆上,两点间的劣弧长度

[13]

。

行全方位高准确度实时定位、测速、授时的新一代卫星导航定位系统。GPS是利用单向到达时间

TOA(time2of2arrival)测距的原理来确定用户的位置。接收机通过测量从多个位置已知的辐射源(即GPS卫星)所广播信号的传播时间,便能确定自己的位置

[10-11]

[8-9]

ββ假设单位球面上两点A(α1,1),B(α2,2),其中α为纬度,β为经度,求其球面距离。欲求A、B之间的弧线长度,必须先求得AB两点的直线长度。建β立辅助点C(αC两点同纬度,B、C1,2),显然,A、。CB与OFG,过B点做

由A、C在同一纬

。

3.2　GPS数据接收3.2.1　GPS数据格式

=,设∠ACG=γ,由余弦:

守NMEA20183后顺序包含了时间(UTC)、纬度、经度、高度、速度、日期、航向以及卫星状况等参数类型信息,常用语句有6种,包括GGA、GSA、RMC等。根据本文系统设计要求,选用从GPRMC语句(RecommendedMinimumSpecificGPSΠTRANSITData2RMC,推荐定位信息1次Π1秒)中提取所需信息。3.2.2　经纬度提取

GPS模块只要处于通电工作状态就会连续地接

收GPS卫星星历,计算导航定位信息,再通过串行通信接口输出数据。对GPS模块输出的数据信息进行提取应明确其数据帧结构,NMEA20183标准协议数据帧主要由帧头、帧内数据和帧尾组成。接收数据帧时,首先对帧头进行判断,帧头均以“S{”的ASCII码作为标志,确定有效帧头“S{”后再对帧头的

2

2

图2　球面上两点间距离

AG=AC+CG-2 AC CG cosγ

2

(1)(2)(3)

化简得:

cosγ=AC

Π2(2 CG)

类别进行识别,本系统选用GPRMC语句;然后对确定的帧进行数据提取处理,由于帧内各类型的参数之间被逗号“,”分割,故应以逗号个数来确定当前读取的参数,并作出相应的提取处理和存储;每帧均以回车符<CR>和换行符<LF>作为帧尾,标识一帧的结束。3.3　距离计算

3.3.1地面上两点间距离计算

在ΔACB中,

ABAB

2

=AC+CB-2 AC CB cosγ

22

=(AC BF)ΠEC+CB

22

(2)式代入(3)式化简得:

2

(BFΠEC=BGΠCG)(4)

由球体的性质和经纬度定义得:

αEC=cosα1,FB=cos2

EC=2 sin((α2)1-α2)ΠAC=2 cosαsin((β2)1 1-β2)Π

目前GPS所采用的坐标系统是WGS284坐标

系,它的全称是WorldGeodesicSystem284(世界大地坐标系284)。该坐标系的坐标原点位于地球的质心,Z轴指向BIH1984(国际时间局BureauInternationaldel’Heure)定义的协议地球极(CTP)方向,X轴指向BIH1984的零度子午面和赤道的交点,Y轴与X轴

代入(4)式化简即可得:2

αAB=2 [1-cos(α2-α1)+cos1 αα　　cosαcoscos(β2-cos1 2 2-β1)]

(5)

和Z轴构成右手系

[12]

。

对于半径为R的球体,AB的弧长为

2R arcsin(ABΠ2),最后可得地面上两点间距离d为:

—135

—

GPS 出租车

d=2 Rarcsin

αα(ααα(βα)

β)2

(6)

3.3.2　计算距离程序流程

本通信终端采用中断触发方式经过RS2232C接口将定位信息(NMEA20183语句)从GPS2R25传送到微控制器MCU进行经纬度信息提取处理。

乘客叫车位置的经纬度信息由调度中心以群呼的方式发送至各车载终端,车载终端将FSK信号解调后,经MCU解码得到乘客叫车位置的经纬度,同该车GPS模块获取经纬度计算出乘客距本车的距离并与设定距离门限比较,小于门限该车成为备选车辆,将乘客叫车位置信息显示在LCD上并提示音提示驾驶员,该乘客,所调度车辆车型,至此完成调度。用嵌入式C语言在IAREWARM环境下实现的计算距离程序流程图见图3。

在终端LCD上并发出提示音。出租车驾驶员如果按键应答提出载客申请,调度中心选定该车辆后会将乘客的特征通过语音告知驾驶员,同时将该车特征信息通知乘客,完成调度。

4　结束语

本文车载通信终端通过使用GPS2R25、AT91SAM7X256芯片、BFSK和差错控制编码技术,,可有助于解决现有和差错控制编码技术提高了通,使用GPS模块计算乘客和出租车距离来选定可以载客的车辆提高了调度效率。参考文献:

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例如,本文车载终端的GPS模块GPS2R25在大连理工大学创新园大厦接收实测信息(3853.1749,N,12131.4787,E),如果大连理工大学机械工程学院处有一乘客(3852.7987,N,12131.5815,E)叫车,则本终端收到群呼信息后,经微处理器MCU运算得到和乘客的距离为696.132米,小于设定距离门限(比如3千米),微处理器MCU会将乘客位置信息显示—136

—

责任编辑:肖滨

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