移動(dòng)車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

移動(dòng)車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)是指將先進(jìn)的通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等綜合地應(yīng)用于管理系統(tǒng)，從而建立一種全方位的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合管理和控制系統(tǒng)[1]。該系統(tǒng)可以監(jiān)控車(chē)輛的運(yùn)行軌跡和狀態(tài)，且調(diào)試方便，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯，可廣泛應(yīng)用于特殊車(chē)輛，如長(zhǎng)途客運(yùn)車(chē)、銀行運(yùn)鈔車(chē)、公安車(chē)輛以及公交智能交通管理等領(lǐng)域。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案和通信協(xié)議

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

移動(dòng)車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)主要由車(chē)載移動(dòng)終端、監(jiān)控站和控制中心等部分組成，如圖1所示。車(chē)載移動(dòng)終端主要負(fù)責(zé)采集車(chē)輛數(shù)據(jù)，即車(chē)輛運(yùn)行狀況，同時(shí)接收來(lái)自控制中心的命令；利用無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)妮d體，監(jiān)控點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，并將信息送至控制中心。監(jiān)控中心是管理系統(tǒng)的核心，通過(guò)軌跡可以顯示車(chē)輛所在的直觀位置，對(duì)移動(dòng)車(chē)輛實(shí)施監(jiān)控。


1.2 通信原理

無(wú)線通信是指車(chē)載移動(dòng)終端與監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的通信，它是整個(gè)設(shè)計(jì)的樞紐。運(yùn)行車(chē)輛的車(chē)況信息是不斷變化的，要使控制中心能夠及時(shí)了解車(chē)輛的行駛狀況，車(chē)載移動(dòng)終端要能把車(chē)況信息數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，通過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的通信傳遞給控制中心。通信時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)分不同的車(chē)輛，運(yùn)行車(chē)輛要進(jìn)行編號(hào)。此外，由于發(fā)送和接收共用同一物理信道，當(dāng)有多輛運(yùn)行車(chē)到達(dá)同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，要防止車(chē)輛的通信競(jìng)爭(zhēng)[2]。

當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的微處理器設(shè)置無(wú)線模塊上的頻率合成器，分時(shí)切換成三種不同的頻率，監(jiān)測(cè)點(diǎn)循環(huán)檢測(cè)通信口是否有信息接收或發(fā)送。信息的類(lèi)型分為定位碼、應(yīng)答指令和控制指令。定位碼包括車(chē)輛的編號(hào)及車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)信息。應(yīng)答指令分為定位應(yīng)答碼和控制應(yīng)答碼，如果信息成功發(fā)送至對(duì)方監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)方監(jiān)測(cè)點(diǎn)則發(fā)送應(yīng)答碼，表明數(shù)據(jù)已收到，否則發(fā)送端重新發(fā)送信息。控制指令是由控制中心對(duì)監(jiān)控車(chē)輛下達(dá)的調(diào)度指令。通信原理如圖2所示。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 車(chē)載移動(dòng)終端

車(chē)載移動(dòng)終端定時(shí)發(fā)送信號(hào)，不需要等待接收監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)便可發(fā)送下一信息。車(chē)載移動(dòng)終端電路原理圖如圖3所示。車(chē)載終端以8051單片機(jī)為核心，其主要完成信號(hào)的處理及發(fā)送，LED數(shù)碼管用于顯示移動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行的速度及公里數(shù)。

2.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)

監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)接收到的移動(dòng)車(chē)輛的信號(hào)給予分析、判斷，然后通過(guò)無(wú)線信號(hào)發(fā)送至下一監(jiān)測(cè)點(diǎn)，直至信號(hào)傳送至控制中心。在一定時(shí)間間隔內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的頻率合成器自動(dòng)調(diào)頻到監(jiān)測(cè)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)的頻率，完成與臨近監(jiān)測(cè)點(diǎn)的信息交換。同時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)接收控制中心發(fā)送的控制指令。圖4為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電路原理圖。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件主要包括兩部分：（1）數(shù)據(jù)采集及無(wú)線傳輸，主要是以8051單片機(jī)為核心進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，可分為車(chē)載移動(dòng)終端與監(jiān)測(cè)點(diǎn)的通信以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)間的通信。（2）監(jiān)控中心管理軟件的設(shè)計(jì)。監(jiān)控中心數(shù)據(jù)管理界面采用VB6.0編程，程序基于Keil開(kāi)發(fā)平臺(tái)采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。這樣可以縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，使程序易于調(diào)試和維護(hù)，可靠性高，可讀性和可移植性好[3]。

3.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的核心部分。程序初始化包括串口和定時(shí)器的初始化。串口初始化將8051單片機(jī)的串口設(shè)置為工作方式1，即8 bit數(shù)據(jù)位和1 bit停止位。定時(shí)器選用定時(shí)器0的工作方式1，即選用16 bit定時(shí)器，晶振頻率為12 MHz，定時(shí)器0初值分別為T(mén)H0＝0xEC，TL0=0x78。

初始化后，接收端循環(huán)檢測(cè)串口電位的變化。當(dāng)檢測(cè)到串口電平由低電位變成高電位，則可能有信號(hào)輸入。為了確保串口輸入的不是干擾信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到串口有電位跳變時(shí)，延長(zhǎng)100個(gè)脈沖（每個(gè)脈沖為1 ms）后，對(duì)輸入信號(hào)再次進(jìn)行檢測(cè)，若仍為高電平，則表示有數(shù)據(jù)輸入，而不是受外界干擾。串口檢測(cè)到低電位后，經(jīng)過(guò)15個(gè)脈沖后，對(duì)輸入信號(hào)再次檢測(cè)，若仍為低電平，則確認(rèn)這是“起始位”，有數(shù)據(jù)輸入，開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。接收完8 bit數(shù)據(jù)位后，串口若收到停止位，則將數(shù)據(jù)位送入數(shù)據(jù)寄存器中，并通過(guò)LED數(shù)碼管顯示，否則接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，丟棄數(shù)據(jù)。

3.2 PC串口通信程序設(shè)計(jì)

控制平臺(tái)的程序是在Visual Basic環(huán)境下開(kāi)發(fā)的，MSCOMM控件具有功能完善的串口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能以及良好的人機(jī)界面。MSCOMM提供了查詢法和事件驅(qū)動(dòng)（Event-driven）法兩種處理通信問(wèn)題的方法。查詢方式通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)查詢事件和錯(cuò)誤；事件驅(qū)動(dòng)方式是利用MSCOMM控件發(fā)OnComm事件捕獲串口通信錯(cuò)誤或事件，并在OnComm事件中編寫(xiě)程序進(jìn)行相應(yīng)處理，這種方法響應(yīng)及時(shí)、可靠性高[4]。在本系統(tǒng)中使用的是通過(guò)事件驅(qū)動(dòng)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)串口通信的。當(dāng)MSCOMM收到數(shù)據(jù)時(shí)，便觸發(fā)OnComm事件。

移動(dòng)車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，設(shè)計(jì)制作了低成本的信息化車(chē)輛管理系統(tǒng)，發(fā)揮了無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的性價(jià)比。本系統(tǒng)主要圍繞車(chē)輛管理的具體情況進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，從而確保了系統(tǒng)的先進(jìn)性、靈活性和擴(kuò)展性，既能滿足車(chē)輛管理系統(tǒng)長(zhǎng)期發(fā)展的需要，又能適應(yīng)信息技術(shù)的快速發(fā)展，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性[5]。