图 2.2 GPS 定位原理图
2.3 GPRS 移动通信系统
2.3.1 GPRS 简介
GPRS 是通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代和第三代移动通讯技术之间。它是GSM 移动电话用户可用的一种移动数据业务。与GSM 的数据业务相比，有以下优点： 1）通信费用低廉。
GPRS 和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）的方式来传输的，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。 2）传输速率高，连接容易。
GPRS 通过利用GSM 网络中未使用的TDMA 信道，传输速率得到了提升，可至56 甚至114Kbps。GSM 网络传输数据采用的是电路交换的方式，而GPRS 通过增加了相应的功能实体和改造了现有的部分基站系统，实现了数据的分组交换，得到了较高的用户数据速率，相对来说投入并不大。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。 3）资源利用率高。
GPRS 采用分组交换的通信方式，在通信中，数据被分成一定长度的带有分组头的数据包，分组头里面含有地址信息，指明该包发往的目的地址。当数据包到达时，根据此地址信息，临时寻找可用的信道资源发送数据，不必预先分配信道。在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道不占用固定的信道，所有的用户共享使用信道资源，使信道资源的利用率得到了提高。
2.3.2 GPRS 网络连接及数据传输
GPRS 模块的网络连接、数据传输等所有操作都是通过AT 命令来实现的。 1）AT 命令介绍
AT 即Attention，AT 命令集是从终端设备或数据终端设备向终端适配器或数据电路终端设备发送的。通过发送AT 指令来控制移动台的功能，与GPRS 网络业务进行交互。用户可以通过AT 指令进行呼叫、短信、电话本、数据业务、传真等方面的控制。 2）连接网络与数据传输
GPRS 模块的网络连接通过几条简单的AT 命令即可实现，耗时不过半分钟左右。GPRS 模块有两种传输模式，分别为透明传输模式和命令模式。透明传输模式为纯数据传输模式，即使发送AT 命令，也会被当成数据发送出去。命令模式则只接收AT 命令，若非AT 命令，模块自动返回错误信息。由于系统主要用来传输数据，所以联网成功后一般选择为透明传输模式。
连接步骤如下：
1> 设置模块的返回值即为不带命令的返回值 发送：ATE0 回车
成功返回：回车OK 回车
失败返回：回车ERROR 回车 2> 设置透明传输模式
发送：AT+CIPMODE=1 回车 成功返回：回车OK 回车 失败返回：回车ERROR 回车 3> 激活PDP
发送：AT+CGATT=1 回车 成功返回：回车OK 回车 失败返回：回车ERROR 回车 4> 设置GPRS 连接模式
发送：AT+CIPCSGP=1,\回车 成功返回：回车OK 回车 失败返回：回车ERROR 回车 5> GPRS拨号连接
发送：AT+CIPSTART=\回车（其中IP 地址为公网IP） 命令正确且成功返回：回车OK 回车回车CONNECT 回车 命令不正确返回：回车ERROR 回车
失败则返回：回车OK 回车（延迟）回车STATE:
其中
IP GPRSACT IP STATUS
TCP/UDP CONNECTING IP CLOSE
若命令返回正确，则连接网络成功，GPRS 模块进入透明传输模式，可以进行数据传输了。
2.3.3 透明传输模式和命令模式的转换
GPRS 模块中，打电话和读GPRS 信号强度的操作需要发送AT 命令，是在命令模式下进行的，所以在数据传输过程中，当需要打电话或读信号强度时，需要使GPRS 模块从透明传输模式转变为命令模式。下面以打电话为例，介绍一下发送命令步骤： 1）退出透明传输模式 发送：+++
返回：回车OK 回车 2）拨打电话
发送：ATD 电话号码;回车 拨打成功返回：回车OK 回车
对方挂断返回：回车NO CARRIER 回车 对方无人接听返回：回车NO ANSWER 回车 对方占线返回：回车BUSY 回车
没有拨号音返回：回车NO DIALTONE 回车 3）通话完毕后返回透明传输模式。 发送：ATO 回车
成功返回：回车CONNECT 回车 失败返回：回车NO CARRIER 回车
3 智能公交车载终端设计
由上文可知，系统设计工作主要包括两大部分：(1)智能车载终端设计(2)
数据中心管理软件设计。由于数据中心管理软件设计属上层应用软件设计，并且 设计过程与智能车载终端设计完全分离，本文以下部分将只重点对智能车载终端设计与开发进行论述。设计与开发进行论述。
3.1 智能车载终端总体设计
如上文所述，智能车载终端是一款以ARM处理器为核心，利用GPS、GPRS 等先进技术，集车辆实时监控、正点考核、紧急事件报警等功能于一身的专为公 交车辆设计的嵌入式智能终端产品。它是整个智能公交系统的数据来源，也是车 载功能的执行者，因此它是整个系统是的重要组成部分。
车载终端主要实现的功能包括：到站自动播报到站提示音，出站自动播报出
站提示音；定时向数据中心发送车辆位置信息，实现中心对车辆的监控；能够任意设置站点为考核点，对车辆运行正点情况进行考核；液晶屏幕实时显示时间、车辆运行速度、当前停靠站点等信息；按键控制特殊语音播报、背景音乐播放；按键控制紧急情况报警短消息发送；驱动车载LED屏，实现站点名称、广告语的显示。
根据功能要求，我们在设计中将终端分解为如下几个模块： (1)ARM中央处理器模块 (2)GPS定位模块
(3)GPRS无线通信模块 (4)语音及功放模块 (5)LCD液晶显示模块 (6)键盘控制模块 (7)电源模块
(8)串口及其它外围电路模块． 终端系统结构框图如图3．1所示
电源模块 LCE显示 ARM处理器 GPS 模块
其他外围电路
图3．1 智能车载终端结构框图
3．2主要模块基本功能介绍
整个智能车载终端分为若干功能模块，每个模块除完成自身功能外，还配合其它模块共同工作，实现车载终端整体功能。
(1)ARM中央处理器模块：作为车辆终端核心控制模块，完成GPS数据的
提取解析，经纬度数据匹配，GPRS无线通讯、语音播放控制等功能。高性能高 可靠性的ARM处理器选取是系统稳定运行的关键。
(2)GPS定位模块：通过不断的接收卫星传来的导航电文，为系统提供经纬度、时间、速度等信息。
(3)GPRS无线通信模块：系统的数据传输模块，将车辆定位信息等通过GPRS网络发送至车辆调度中心，实现实时监控等功能。
(4)语音及功放模块：提供高质量、高清晰的语音及音乐播放功能。
(5)LCD液晶显示模块：实时显示当前时间、车辆当前所在站点、车辆当前 运行速度等信息。
(6)键盘控制模块：为使用者提供简洁方便的设备操作方式。
(7)电源模块：为系统多个功能模块提供适当的工作电压，保证各功能模块
的稳定工作，本终端中需要提供的电压分别有1．8V、3．3V、4．2V、5V、12V。
3．3主要芯片及模块选型
3.3.1 MCU芯片
LPC2124是PHILIPS公司生产的单片32位ARM微控制器，是基于一个支持实时仿真和跟踪的16／32位ARM7TDMI．S CPU，并带有256KB的嵌入的高速FLASH存储器。LPC2124具有非常小的64脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、4路10位ADC、PWM输出、46个GPIo以及多达9个外部中断使它们特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机(PoS)。由于内置了宽范围的串行通信接口，它们也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。 LPC2124特性如下：
(1)16／32位ARM7TDMI．S核，超小LQFP64封装； (2)16 kB片内SRAM；
(3)256 kB片内F1ash程序存储器，128位宽度接口／加速器可实现高达60 MHZ工作频率：
(4)可加密。全球首个实现可加密的ARM微控制器；
(5)通过片内boot装载程序实现在系统编程(IsP)和在应用编程(IAP); (6)512字节行编程时间为1ms。单扇区或整片擦除时间为400ms；
(7)Embedded ICE可实现断点和观察点。当使用片内Real Monitor软件对 前台任务进行调试时，中断服务程序可继续运行；
(8)嵌入式跟踪宏单元(ETM)支持对执行代码无干扰的高速实时跟踪；
LPC2124具有的1 6K静态RAM，可以用作代码和数据的存储，支持8位、
16位和32为访问。LPC2124集成的一个256K的FLASH存储器，可以用作代码和数据的存储。对FLASH存储器的编程可以通过几种方法来实现：(1)通过JTAG接口；(2)通过ISP和URATO；(3)通过在线应用编程(IAP)。
3.3.2 GPS模块
系统GPS模块采用HoLux的GR87模块。HOLUX GR87 Sirf3代GPS模块采用SiRF第三代高灵敏度、低耗电量芯片StarIII，内建ARM7TDMI CPU可符合模块需求，具备快速定位及追踪20颗卫星的能力，内置标准陶瓷GPS天线模块，并预留外接口。体积超小，仅25×25×2mm。芯片内建200000个卫星追踪运算器，大幅提高搜寻及运算卫星讯号能力。内建wASS／EGNoS解调器。低耗电量，具备有省电模式(Trickle．Power)功能，以及在设定的时间才启动的定时定位(Push．to．Fix)功能。支持NMEAOl 83．22版本规格输出。该模块的应用范围主要包括：车用导航、航海导航、舰队管理、基地服务、自动驾驶、个人导航、旅游设备、轨迹设备、系统及绘图应用程序。
3.3.3 GPRS模块
系统GPRS模块选用SIMCOM有限公司提供的SIM300C模块。SIM300C是小体积即插即用模组中完善的三频／四频GSM／GPRS解决方案。使用工业标准界面，使得具备GSM／GPRS900／1800／1900MHz功能的SIM300C以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。SIM300C的优良性能让它应用于许多方面，例如WLL、M2M、手持设备等。SIM300C外形尺寸为40×33×2．85mm，支持用户定制的MMI和键盘／LCD，内嵌强大的TCP／IP协议栈，具有标准的AT命令接口，能够以小尺寸和低功耗实现语音、短信和GPRS数据传输等业务。模块通过串口进行数据的通信，通信速率最快可以达到115200b／s，模块与控制器间通信协议是AT命令集，其中大部分是符合协议“AT command set for GSM Mobile Equipment(ME)(GSM 07．07 version 6．4．0 Release 1997)’’的，也有一些是SIMCOM自己定义的AT命令。
3.3.4 语音模块
为了保证良好的音质，本系统采用wTM．SD高音质MP3模块，为终端提供语音及音乐播放功能。WTM．SD模块是一款可重复擦写语音内容的大容量存储类型的语音模块，外挂体积小巧的最大容量为1GB的Micro SD卡存储器，支持加载wAv格式语音文件和MP3格式语音文件。WTM．SD模块采用DIPl6直插形式封装，有MP3控制模式，按键一对一控制模式，按键组合控制模式，并口控制模式以及二线串口控制模式等控制模式。 WTM—SD模块的主要应用领域包括汽车电子(防盗报警器、倒车雷达、GPS
导航仪、电子狗、中控锁)、智能家居系统、家庭防盗报警器、医疗器械人声提示、音乐播