（计算机应用技术专业论文）警用车辆监控联网管理系统的设计与实现.pdf

人 b s t r a c t i n t h i s p a p e r t h e p r o j e c t i m p l e m e n t i n g b a c k g ro u n d i s i n t r o d u c e d a t fi r s t .t h e t e c h n o l o g y s c h e m e i s p u t t e d f o r w a r d a n d a n a l y z e d .t h e m a i n fr a m e i s d i s c u s s e d . s o m e re la t e d k e y t e c h n o l o g y a r e s tu d i e d a n d a d v a n c e d s o l v i n g i d e a . t h e d i s t r i b u t in g p o li c e v e h i c l e m o n it o r i n g s y s te m b a s e d o n ma p e n g i n e i s d e s i g n e d i n d e ta i l .t h e t h e s i s r e a l i z e d t h e z o o m i n , z o o m o u t ,p a n n i n g ,d a t a i n t e r c h a n g e o p e r a t io n s i n e l e c t r o n i c m a p ,t h e t r a n s p o rt i n g o f p o s i t i o n r e c o r d s i n 3 5 0 m c o m m u n ic a t i o n n e t w o r k w i t h f x 4 2 9 a m o d e m c h i p .a d o p t i n g p r i n c i p a l/ s u b o r d i n a t e m o d e l w i t h t w o s i n g l e c h i p ,i m p l e m e n t e d t h e t r a n s a c t i o n o f p o s i t i o n d a t a a n d c o n t ro l c o m m a n d .t h e t e c h n o l o g y a b o u t g p s a n d g i s i s a n a l y z e d ,a n d d e t e r m i n e d t h e d e v e l o p i n g p l a t f o r m a n d c h i p . t h e e l e c t r o n i c m a p i s m a d e a n d d e v e l o p e d ,a n d p r e s e n t a t e d t h e s y s t e m d a t a v i s u a l l y . t h e s o l v in g t h r e a d a b o u t p o s i t i o n d a t a a u t o u p l o a d f o r m u l t i e n d i s p ro p o s e d .t h e c o n t ro l c o m m a n d a n d p o s i t i o n d a t a f o r m a t a re d r a w n .a n a l y z e d t h e m e t h o d o f r a n d o m a u t o u p l o a d i n g d a t a a n d t h e t r a n s m i s s i o n i n c o n t r o l c e n t e n d e s i g n e d t h e m a n a g e m e n t m o d e l o f n e t w o r k i n g s u p e r v i s i o n a n d c o n t r o l s y s t e m b a s e d c l i e n t/ s e r v e r f r a m e .t o s p e e d t h e d e v e l o p i n g p ro g r e s s ,t h e i d e a o f s e c o n d a ry p a c k a g i n g t e c h n i q u e i s i n t r o d u c e d . a t t h e e n d o f t h i s p a p e r d e s i g n e r s u m m a r i z e s t h e d e fi c i e n c y o f t h e s y s t e m a n d a d v a n c e s t h e im p r o v i n g t h o u g h t . k e y w o r d s : g p s , g i s , c / s , w i r e l e s s u 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、 保存、 使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本; 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版， 并采用影印、 缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目 录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务;学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学 位 论 文 作 者 签 名 :a 1 4 ,j 林从 z o o 7 年5 月，分 日 经指导教师同意， 本学位论文属于保密， 在 本授权书。 年解密后适用 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部5 年 ( 最长5 年，可少于5 年) 秘密1 0 年 ( 最长 机密2 0 年 ( 最长 1 0 年，可少于 1 0 年) 2 0 年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学 位 论 文 作 者 签 名 :0? 2 儿 林 z o o s 年5 月1 1 日 第i 章 引言 第一章 引言 第一节 课题的背景和现实意义 本课题来源于 “ 公安快速反应体系研究”的子项目，即研究公安警用车辆 的调度、监管技术，为公安应急指挥调度巡逻车辆快速响应现场提供指挥管理 科技手段。 项目 要求充分调研公安指挥调度和国内外相关技术发展现状，在有 效利用现有设备的 基础上，能够在监控中 心和联网计算机上，查看巡逻车辆的 实时位置和历史记录。 近年来， 随着我国社会主义市场经济的初步确立， 经济社会获得快速发展， 特别是在人均收入1 0 0 0 美元后， 社会处在对敌斗争复杂期、 人民内部矛盾凸显 期和刑事案件高发期，受财政收入和机构编制的制约，短期内誓力不足问题不 可能解决，如何积极引进科技手段，提高公安管理水平，增强普用效能变得十 分迫切。 城市治安防控体系由 静态待警转向 动态巡逻，不断加大巡逻密度， 提高街 头见警率成为增强公安快速反应能力的必由之路。保证巡逻、出瞥车辆按照上 级部署，不折不扣地执行巡逻任务，单纯依靠领导下去检查工作已远远无法适 应。 为 此， 提出了 利 用g p s ( g l o b a l p o s i ti o n i n g s y s t e m ) 全球卫 星定位技术， 借助公安专用3 5 0 兆通信网 络， 通过g i s ( g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m) 地 理信息系统直观显示， 在公安局域网内实现分布式的等用车辆监控管理系统设 计方案， 使 指令的 执行力可视化、 数字 化 变化可能。 t t 开发该系统，可以 使指挥中心、 单位领导、督察部门根据分配的权限，对 警用车辆的 运行轨迹进行实时查看、 历史 轨迹回放、车辆资料查询，并且在警 情发生后，能迅速获得距离现场最近的 警车信息:通过地理信息系统，获得到 达现场的最佳路径，查询重点单位、普力分布情况，直观显示各交通要道、治 安卡口 的资料，保证警情发生后，能迅速依据预案设置防线， 对犯罪分子形成 瓮中捉鳖的局势，辅助指挥部门形成更加科学合理的作战方案，为领导决策提 供参考依据。 第i 章 引言 第二节 技术路线论证 针对抢劫运钞车犯罪案件的不断发生，安阳市公安局以实施科技强普战略 为突破口，向 科技要普力、要战斗力，积极引进先进的科技手段，提升治安防 控水平，早在2 0 0 0 年，开始在运钞车引入带报警功能的g p s 定位系统，有效 地防范了 抢劫犯罪的发生。t i 当 时g p s 设备比 较昂 贵， 数据 传输使用了刚开 通的g s m ( g l o b a l s y s t e m f o r m o b ile c o m m u n i c a t io n ) 的s m s ( s h o r t m e s s a g e s e r v ic e ) 短 消 息 服 务3 i， 地图 使 用 了安阳 纸质地图的扫描图。在运行的几年内，短消息应用还处于开发阶段，移 动运营商给予了 优惠政策，系统基本上能够满足实时监控的需求。近年来，随 着短消息应用的日 益广泛，消息延迟严重，运行费用问题也日 益突出，以全市 5 0 辆运钞车计算，1 分种一条定位消息， 一条消息按0 .0 5 元计算， 则一天就要 付5 0 x 2 4 x 6 0 x 0 .0 5 = 3 6 0 0 元， 运 营费 用己 成为系统的 沉重负 担。 为 此金融部 门多次提出 将数据传输改为公安3 5 0 兆专网的要求，公安部门 也提出了 在巡逻 车上安装g p s 系统的需求。 我们对两个方案进行了认真论证，比较了两个系统的优缺点: 1 . g s m网方式: g s m全球数字移动通讯系统是国家投资建设的公众网络， 是目 前国内覆盖范围最广、系统可靠性最高、话音清晰度最高的移动蜂窝通讯 系统， 技术比 较成熟。通过 g s m 移动通信网传输监控定位数据主要利用短消 息业务 ( s m s) 传输。 短消 息传输服务 是g s m网 的 一项增值业务， 它通过 控制 信道传输数据，支持点对点消息业务及消息广播业务等多种方法，移动终端的 数据通过短消息全部发送到短消息业务中心，系统监控中 心通过中继线路( 如 d d n ) 从短消息业务中心获取数据。 通过短消息传输数据具有以下优点:覆盖范围比 较广 ( 一般全国范围都可 覆盖) ， 初期投资相对较小， 信道建立时间短， 不占用话音信道， 通话时不影响 数据传输，通过短消息广播业务，可提供点对多点的传送，系统扩容方便，用 户不需要对维护通信网。缺点是:实时性差 ( 一般发送报位命令后，移动终端 至少需要十几秒后才能返回位置信息) 、 后期使用费用大， 并且随着使用时间的 增长和车辆的增多，使用费用也呈线性增长，这种方式比较适合于全国范围的 大范围监控，并且实时性要求不高的 情况。一般每辆车每天观察 ( 监控)次数 不超过几十次，主要是便于管理中 心从宏观上对车辆的情况进行掌握， 在物流 第1 章 引言 领域应用较多。 2 、公安专网 方式:是指利用公安的3 5 0 兆专用通信频点，为g p s 定位系 统开辟一段频率， 用于传输控制命令和位置信息。该方式采用无线超短波电台 为通讯方式， 传送距离覆盖半径可以达到2 0 - 4 0 公里， 自己架设无线通讯网络， 无后续的使用费用， 监控实时性非常好，可以 达到平均 2 .5秒一条移动终端的 信息， 连续监控而不用考虑使用费用的问题。 非常适用于一个城市的车辆监控、 区域车辆监控，对监控有全程实时性要求的客户，可以从微观上对车辆的行进 情况进行掌握。该方式的特点是:定位系统独立建造，不用受制于其他部门， 减少了信息传输的中间环节， 缩短了传输时间， 又避免了信息传送时出现误差: 定位系统独立使用，信道空间的容量大，专门用于g p s 定位使用，合理安排， 不会出现因数据量太大引起的信息堵塞的情况， 保密性强;系统建成后，通过 科技人员的定期检测及维护，保障系统能长时间的稳定运行，能够培养一批技 术骨干，锻炼了科技队伍，为系统的进一步研发提供了人才保证;利用现有无 线通信网，只需增加频点，没有更多负担，减轻月租费用的负担，节省的资金 可以 投入 通信网 的 建 设中， 实 现公安通信的 可持续发 展。4 l 经过比 较， 3 5 0兆公安专网传输方案更适合，一是每辆巡逻车都装有 3 5 0 车载台，便于改造;二是运钞车的前设备经过几年运行，故障率逐年增多，维 护成本上升;三是公安指挥中心的1 1 0 接处警系统准备上g i s 地理信息系统。 所以，综合考虑以 上因素，决定采用 g p s +g i s +3 5 0 兆通信网+t c p / i p网的 技术路线， 开发一套公安巡逻车联网监控管理用的g p s 系统， 运行成熟后推广 到运钞监控报警系统。0 . 第三节 本文研究内容 近年来，利用g p s , g i s 和现代通信网技术，在车辆调控、监测等方面己 开展了大量的研究，并取得了丰硕成果。本课题在前人研究成果的基础上，通 过学习g p s , g i s 、 无线通信网和局域网络方面的知识， 做了以 下几方面工作: 1 、研究了g p s 卫星定位原理和工作过程，参与移动终端的设计; 2 、 研究了地理信息系统的相关知识和开发程序， 制作了安阳电子地图， 并 进行了二次开发; 3 、开发了监控中心服务端软件: 4 、开发了客户端软件 第1 章 引言 通过本课题的研究，熟悉了系统开发过程，初步掌握了课题研究的方法， 为今后进一步开展工作积累经验。 第四节 内容安排 第1 章 引言部分。 介绍了课题背景和实施的现实意义， 提出了技术路线并 进行了论证。明 确了项目 开发的内容。 第 2章 系统总体设计。给出了系统总体结构，对移动终端、客户端/ 服务 器、数据库、数据通信和电子地图进行描述。 第3 章 定位技术应用。讨论了目 前的几种卫星定位技术，重点对g p s定 位原理和接收机进行了介绍，选择了g p s 模块。 第4 章 地理信息系统。 介绍了地理信息系统的 基本概念、 研究进展和常见 开发平台，对开发平台进行了选择。 第5 章 监控平台的实现。 详细给出了监控中心软件的实现细节， 介绍了使 用到的重要类、窗体，并对系统进行了测试。 第6 章 总结与展望。 总结了系统的开发， 对系统开发中存在的不足进行了 分析，给出了改进的方法和思路。 第2 章 系统总体设计 第二章 系统总体设计 第一节 系统结构 系统要实现的功能是定时采集移动终端的 位置和状态信息， 将信息处理后 存入数据库， 根据命令实时在监控中 心和客户显示出来。 系统工作原理如图2 . 1 所示: 图 2 . 1系统工作原理 系统包括三部分:移动终端、 监控中心和客户端。移动终端负责接收自 身 g p s 定位信息， 处理后通过3 5 0 兆通信网传输到监控中心: 监控中心负责管理 移动终端的登录、发送控制指令接收定位信息和存储数据，同时提供与客户端 的接口，接收和处理客户端的请求。客户端提供了远程监控管理移动终端的能 力，配置了g i s 地理信息系统，可以 实现对移动终端的呼叫、查询、设置、浏 览等操作，增强了可视性和用户交互能力。为方便管理，在监控中心也提供了 客户端部分功能，在服务器端也可实现可视化操作。 第z 章 系统总体设计 第二节 移动终端设计 移动终端是整个系统的信息源，不仅承担g p s 定位数据的采集，还要负责 定位数据的处理、传输，因此在设计时控制部分使用了两块8 位单片机。一块 负责处理g p s 数据，一块负责接收监控中心命令，并控制调制解调器将数据发 到监控中心。移动终端组成如图2 . 2 所示。 图2 . 2移动终端组成图 移动终端由 g p s接收机、控制单元、调制解调器和车载电台组成。g p s 接收机选用日 本光电 ( k o d e n )的 g s u -3 6型 o e m 板，控制单元以两片 a t 8 9 c 5 2 为核心，通过串口 与g s u -3 6 连接，调制解调器选用f x 4 2 9 a芯片， 通过8 位并口 与控制单元连接， 车载电台 选用日 本k e n wo o d的t k 8 6 88型号 的3 5 0 兆常规电台。 由 于g p s 定位原理比 较复杂， 数据运算量大， 还要处理数据传输控制工作， 使用单c p u设计， 软件编程工作量大， 流程也比较复杂，考虑到时间紧， 任务 重， 设计时选用了双c p u工作模式， 运行成功后， 再进一步研究单c p u模式。 问 2 .2 . 1 m m单元 在本系统中，各个模块间数据传输控制十分复杂，设计时必须统筹安排硬 件资源，合理分配任务。 2 . 2 . 1 . 1 m c u 选型 移动终端的协调控制工作由单片机完成，它是整个移动终端的核心，选择 性能优异、 稳定性好的单片机十分重要。 近年来， 虽然1 6 位的单片机已经推向 市场， 但从性价比、开发成本方面看，8位单片机仍牢牢占 据市场主流。可选 第2 章 系统总体设计 用的8 位单片机很多， 如m o t o l o l a , p h i l i p s , a t me l , int e l等，考虑 到开发人员具有 a t me l单片机开发经验，结合实际需要，系统开发选择了 a t 8 9 c 5 2 芯片。 a t 8 9 c 5 2 是一种低功耗、 高性能的8 位c m o s 微控制器， 片内含8 k字节 可反复擦写的快速闪存( f l a s h ) 和2 5 6 字节的随机存取数据存储器 ( r a m) . 使用 a t m e l 公司高密度非易失性存储器技术制造，与标准 m c s - 5 1指令和 8 0 5 2 引脚完全兼容。 在单芯片上， 拥有灵巧的8 位c p u和在系统可编程f l a s h , 使得a t 8 9 c 5 2 为 众多 嵌入 式 控制应用系 统提供灵活、 有效的 解决方 案。 7 l a t 8 9 c 5 2具有以下标准功能:8 k 字节f l a s h闪速存储器，2 5 6字节内部 r a m, 3 2 位v 0口 线， 3 个1 6位定时器 / 计数器，一个6 向量2 级中断结构， 全双工串行口，片内晶振及时钟电路.同时，a t 8 9 c 5 2可降至 o h z静态逻辑 操作，并支持 2种软件可选择节电 模式。 空闲模式下，c p u停止工作，允许 r a m、定时器/ 计数器、申口、中断继续工作。掉电保护方式下， r a m内容被 保存， 振荡器被冻结， 单片机一切工作停止， 直到下一个中断或硬件复位为止。 2 . 2 . 1 . 2 g i o u 设计 主 mc u是整个移动终端的控制核心，承担着处理数据、协调外围接口芯 片的任务。 每台移动终端都有唯一的身份标识， 在本系统中为三个字符型数字， 由外部计算机通过串口设定。控制中心发出控制命令后，主 mc u通过调制解 调器接口 接收后，核对命令操作对象，如果符合对象要求，则根据命令执行频 道变更或定位数据回传任务，定位数据回传时，从辅 mc u读取定位信息与主 m c u存储的车辆标识c o m m 1 d形成一条定位记录。辅mc u负责与g p s 接收 机通过串r 通信， 接收到主m c u的数据传送请求后， 将定位信息上传主mc u . 辅m c u通过串口 接收g p s 定位信息， 收到定位数据后， 首先检验数据的 有效性。 为提高数据访问效率， 在内 存区开辟一个1 0 条记录的循环队列， 读入 的 数据追加到队 列尾部， 输出 数 据时 从队 列头读出.8 由 于主m c u的串口 为t t l电 平， 所以 在与外部计算机连接时， 必须通过 ma x 2 3 2 进行电平转换。为控制电台发射，还要主mc u还要确定一条i / o口 线，经光电隔离后，控制电台的p tt ( p u s h t o t a l k )接口 ( 低电平有效) ，在 调制解调器传输数据前， 将p tt 电 平拉低，发送完毕后恢复高电 平。9 第2 章 系统总体设计 2 .2 .2 g p s模块 目 前， 市场上 g p s芯片 种类很多，知名的生产商有美国 s i r f ( 瑟孚) 、 g a r u u n ( 高明 ) 、 摩托罗拉、 索尼、 富士通、 飞利浦、 n e m e r i x , u n a v , u b l o x 等， 在非独立式gps产品中， 主流产品几乎全采用s i r f 芯片， 独立式g p s 产品中， g a r m i n占 据半壁江山。市场上s i r f芯片分两种， s i r f -1 1 代和 s i r f - i ii 代， 与ii代芯片相比， i ii代芯片体积更小、 功耗更低、 搞干扰性更强， 在卫星 搜索算法上也进行改进， 冷热启动时间均大幅降低， 2 0 0 5 年后的产品多采用1 11 1 代芯片，但由于开发时间较短，有些 o e m 板运行存在不稳定现象。本课题从 性价比、 技术指标、实际应用和售后服务全面考虑， 选择了河南友利华高科技 公司 代 理的日 本g s u - 3 6 a 3 开发 板， 有利于集中 精力 开发系统。 1 1 0 : 作为具有1 8 个混合通道接收系统的gps传感器， g s u - 3 6 g p s 接收模块可 以 提供位置和其他导航信息; 它区别于其他g p s接收板的是: 1 8个接收通道， 冷热启动时间短， 定位迅速， 并可人工设定工作方式。 它由一块外形尺寸为2 5 x 3 5 x 6 ( m m ) 双面焊接表面贴 器件， 并且贴焊有专用高 集 成度芯片的电 路板组 成。 2 . 2 . 2 . 1主要性能 1 、 接收方式:并行1 8 通道; 2 、接收频率:1 5 7 5 .4 2 c / a码: 3 、 接收灵敏度:优于一1 3 0 d b m，二维定位 1 5 m，二维差分定位1 0 m; 4 : 启动时间:常温时冷启动 5 0 秒， 热启3 0 4 0 秒， 定位时间6 -1 1 秒; 5 : 定位状态:2 维定位3 颗以 上卫星，3 维定位4 颗以上卫星; 6 : 异步串 行 输入: 速率4 8 0 0 b a u d ( n m e a - 0 1 8 3 ) / 9 6 0 0 ( b i n a ry ) ， 数据位8 位， 起始 位1 位， 停止位1 位， 无检验位， 输出电 平c m o s ; 7 :数据格式:输入数据格式由 g p s参数设定，输出数据格式 n me a - 0 1 8 3 / k o d e n二进制可选; 8 :数据更新:每秒 1 次; 9 、工作电压:直流3 . 1 -3 .6 v ; 2 . 2 . 2 . 2输入输出接口 g s u - 3 6 接收板提供3 m 串 行接口，它可与单片机直接连接，也可以 通 过接口 转换成r s 2 3 2 信号与p c机的串口相连。 第2 章 系统总体设计 接收板上共有两个插座，一个微型高频插座用于连接有源天线，除接收输 入信号外，还兼向 天线提供直流电 源;另一个9 芯插座用于数据传输和外部供 电，接口 定义如表2 . 1 所示: 表2 . 1 g s u -3 6 接口 定义 引脚名称定义引脚名称定义 1g n d 电 源地和数据地 6r d 1 数据接收口1 , 输 入命令 2b a t t 外接后备电源输入 7s d i 数据发送 3 , 4 1 p p s , 1 0 k n c , n c8v c c 主电源，直流d c 4r d 2 数据接收口2 ，差分数据 9v a n t 天线电源输入 其中s d i 和r d 1 分别为通信的发送和接收端口，为c mo s 逻辑电 平，可 以很方便地与各种单片 机直接连接， 无需电 平转换; b a t 1 ， 为外部后备电 源输 入端，接收模块取消了 传统的配铿离子电 池以 维持内存数据的方式，取而代之 的是采用f l a s h r a m来存储天线高度、门限值、 测地系、 平均因子、差分状态 开关和差分时间等可编程参数。在接口中提供的后备电 源接口 所保持的各种数 据能确保g p s接收模块能在完成冷启动后的热启动中6秒内完成定位。可以 连接一2 . 7 - 3 .6 v的 直流 扩充电 源到板上的 备 份电 源接口 。 1 1 1 2 . 2 . 2 . 3数据传输 g s u - 3 6 接收板数据格式共有两种， n me a - 0 1 8 3 文本格式和k o d e n二 进制格式， n me a -0 1 8 3 是美国国家海洋电 子协会( n a t i o n a l ma r i n e e l e c tr o n i c s a s s o c i a t i o n )为海用电 子设备制定的标准格式。由 于 n me a字符串消息采用 a s c ii码字符串， 故消息含义直观易懂;k o d e n二进制格式是日 本光电专用 格式。 n mea - 0 1 8 3 数 据 格式输出 时 速率为4 8 0 0 b p s , k o d e n b i n a ry数 据格式 输出时 速率为 % 0 0 b p s ， 除传输 速率外， 两 种数据格式参数相同，即 起始位 1 位， 数据位8 位， 无检验位， 停止位1 位。 本系统中采用了n m e a -0 1 8 3 文本 格式， 与辅m c u串口 连接， 传输速率4 8 0 0 b p s o 数据输入: 有两种方式可以 把控制命令和差分数据输入g p s ， 其中方式一 为基本方式， 适用于各种接收板， 方式二是补充方式， 可以传输各种追加命令。 方式一格式: h h = e h h为两位十六进制命令字， x x x 为四位参数， 为回车换行符，标识语句结束。具体参数设定如表2 . 2 第2 章 系统总体设计 所示: 表2 . 2方式一命令参数设置 可编程参数命令十六进制范围默认备注 天线高度 1 00 - 9 9 9 9 米0 水平仰角门限 1 1 0 - 4 5 度 1 0 p r o p n限 1 20 - 9 97 h d o p n限 1 30 - 9 91 0 信噪比门限 1 40 - 2 53 测地系 1 50 0 - 8 50 0w g s -8 4 平均因子 1 61 - 33 1 : 低速 ( 船舶) ， 2 :中 速， 3 :高 速 ( 车载) l / l 位数 1 70 - 20 0 : 0 . 0 0 1 , 1 : 0 . 0 0 0 1 , 2 : 0 . 0 0 0 0 1 差分开关1 8 0 - 210 : o f f , 1 : r t c m , 2 : w a r s 差分时间1 91 0 - 1 8 0 秒 1 0 0 初始化l e l e i e 0无 数据输出: g s u - 3 6 默认设置为n e m a - 0 1 8 3 , g p s 的 输出 数据内 容很多， 在本系统中考虑到数据传输量，实际应用中采用了最小 g p s数据格式输出格 式， 此数据格式中 数据每一秒中进行一次数据更新， 可以 在数据输入的方式二 中设定输出选择语句。 g p r mc 推荐最小数据量的g p s 具体内容砖输数据: $ g p r mc ,h h m m s s ( 1 ) ，逸里( 2 ) , x x x x xx x ( 3 ) 迎之 旦( 4 ) .x x x x x . x x x ( 5 ) ，旦里 ( 6 ) j x x x x ( 7 ) ,x x x x ( 8 ) xx x x x x ( 9 ) 巡止( 1 0 ) ( 1 ) 世界时 ( u t c ) : h h m m s s 为时分秒， 各占 两位 ( 2 ) 定位状态: a :定位 v :未定位 ( 3 ) 纬度:d d m m . m rm n ， 度分格式， 度2 位，分5 位 ( 4 ) n : 北纬 s :南纬 ( 5 ) 经 度: d d d m m . m m m ， 度分格式， 度3 位，分5 位 ( 6 ) e :东经 n :西经 ( 7 ) 对地速度:0 0 0 . 0 - 9 9 9 . 9 ，单位为节，1 节 ( k n o t ) = 1 8 5 2 m / h ，四位输 出: 第2 章 系统总体设计 ( 8 )方位角:也称作航向角，0 0 0 . 0 - 3 5 9 . 9 度，正北方向为。 。，顺时针方 向计算，最大3 5 9 . 9 0，四位输出 ( 9 ) u t c 日 期: d d .y y ， 按日 、月、年格式 ( 年按两位) 输出 ( 1 0 ) 校验和 2 .2 . 3调制解调器设计 调制解调器是无线数据通信中 常用的接口 芯片， 本系统调制解调部分选用 了c ml 公司的f x 4 2 9 a芯片， 主要负责主m c u与电台之间的数据转换。 下面 简 单 介 绍 一 下 该 芯 片 工 作 原 理 。 112 113 1 2 . 2 . 3 . 1引脚及内 部寄存器 f x 4 2 9 a是一种单片式、 c m o s 型、1 2 0 0 / 2 4 0 0 波特、 f f s k( 快速频移键 控)的调制解调器， 片内提供数据、状态、 控制等多种寄存器及可编程定时器， 它主要是为集群通信系统而设计并能完成m p t 1 3 1 7 / m p t 1 3 2 7 信令， 但也可以 用 于常规的数据通信。 f x 4 2 9 a在 1 2 0 0 / 2 4 0 0 波特速率上是全双工工作，提供与微 处理器的8 位并行接口 ， 而且片内 有一可编程定时 器， 定时间隔 在8 - 1 2 0 比 特间 可调。 f x 4 2 9 a有2 4 个引脚，这里介绍几个主要引脚: 1 , d o -d 7 :微处理器接口; 2 , a o , a i ,r / w: 两个地址线和一个读写线， 三条线联合确定数据操作对象， 具体情况如下所示: 查 存 b类别r / w _ a 0 , _杜 控制寄存器0 1 1 状态寄存器1 1 1 接收寄存器1 0 1 发送寄存器0 0 1 校验字低字节1 0 0 校验皇 高皇主-1 1卫 3 , i r q :中断申 请线，低电 平有效; 4 , 1 2 0 0 / 2 4 0 0 波特选择:逻辑1 为1 2 0 0 ， 逻辑0 为2 4 0 0 ; 5 , t r a n s m i t o u t p u t : 1 2 0 0波特、1 2 0 0 h z 1 2 4 0 0 h z和 2 4 0 0波特、 1 2 0 0 h z i2 4 0 0 h z f f s k信号输出， 无输出时为高电 平: 第2 章 系统总体设计 6 , r e c e i v e r i n p u t : 1 2 0 0 / 2 4 0 。 波特f f s k信号 输入，1 2 0 0 h z / 2 4 0 0 h z 音频 信号接到这个引脚上，必须接一个电 容。 当r / w, a 0 , a 1 为0 , 1 , 1 时，控制寄存器处于操作状态，控制数据的发送 或接收，各数据位的状态含义为: d o : 发送控制， 为1 时， 发送允许， 将同步序列写入发送数据寄存器， 为 0 时， 输出为高阻，不产生发送中断; d 1 : 发送校验， 为1 时， 两个字节的校验字自动生成， 0 到1 的转换使f x 4 2 9 a 开始计算6 个字节的校验字，为0 时，不计算校验字，校验字可由主机提供; d 2 : 接收控制， 置1 时， 允许接收，内 部电路开始搜索s y n c或s y n t , 清0 时，禁止接收，禁止接收中断: d 3 : 接收模式，置1 时， 表示校验字后为可选数据， 清0 时，停止接收数 据， 直到s y n c或s y n t 收到。 d 4 -d 7 :定时器定时间隔 控制字， 值由0 0 0 0 1 1 1 1 时， 定时间隔由8 b i t 增 加到1 2 0 b i t o 2 . 2 . 3 . 2外部连接 f x 4 2 9 a 外部 分别 与 主m c u 和电 台 接口 连 接。 f x 4 2 9 a的d o - d 7 , i r q , r / w, a 0 , a l 和s t o b e 分别与主mc u的p 1 .0 -p l . 7 , int o , wr , t i , r d , t o 连接，主m c u通过p 1 口 与f x 4 2 9 a传输数据， 通过i n t o 响应i r q中断 请求，根据控制线的状态，确定数据传输的是控制字还是接收或发送数据。 f x 4 2 9 a 将调 制好的 数 据， 通过t r a n s m i t o u t p u t 串 行 输出，经滤波和放大 电 路与电 台的m i c i n 接口 相 连， 实 现信号的 输出; 电 台 载波信号通过a u d i o o u t 接口 ， 经过放 大和滤波电 路， 进 入r e c e i v e r i n p u t 串 行输入口 ， 通过 解调获得数 据。 2 . 2 . 3 . 3数据传输 1 、发送数据:( 1 )内部生成位同步序列;( 2 ) 接收主机的帧同步 s y n c 或s y n t字;( 3 ) 接收主机连续6 字节的地址和数据并自 动生成 1 6 b i t 校验字， 或由 软件设置不生成校验字以 进行连续数据传输:( 4 ) 所有数据传输完成后， 自 动传输一位1 表示结束。 2 、接收数据:( 1 )自 动检测位同步序列;( 2 )自 动搜索 s y n c或 s y n t 帧同步字;( 3 )输出帧同步字后的后有数据;( 4 )由软件控制是否进行校验计 第2 章 系统总体设计 算。以上的操作通过初始化时设定控制寄存器决定。 系统上电 后，主m c u首先为接收和发送缓冲区分配以8 字节为单位的开 始地址， 并为r x 和t x 数据长度变量赋初值0 ; 主mc u打开f x 4 2 9 a中断后， 如果要发 送数据，则将发送控制位置1 加果 准备接收数据，则将接收 控制位置 1 。 初始化完成化， 返回主程序， 发送与接收的具体过程， 由中断服务程序处理。 ， 系统初始化和中断流程如图2 .3 所示 图2 . 3 f x 4 2 9 a 上电 初始化和中断处理流程 第三节 监控中心和客户端设计 监控中心硬件部分由 服务器和两部车载电台、控制单元、调制解调部分组 成。软件部分包括操作系统 w ind o w s 2 0 0 0 s e r v e r 、数据库系统 s q l s e r v e r 2 0 0 0 . g i s系统和开发的监控系统，g i s系统选用北京朝夕公司的 ma p e n g i n e 平台。 服务器通过两个串口 分别与通信控制单元传输数据。 通信 控制单元设计时，考虑到如果将数据全部在一个频道上传输，电台发送数据时 会发出 “ 喀喀”声，虽然传一次数据时间很短，移动终端不断向监控中心发送 更新的位置信息，会影响指挥调度时的 通话，所以新开辟一个频道， 和通话频 道配合， 共同完成数据传输任务。 两部车载台工作在两个频率， 频道c h i 为移 动终端通话通道， 平时在该频道守候， 开辟频道c h 2 为数据通道， 传输数据时 通过控制指令，将移动终端的c h i 跳到c h 2 ，数据传输结束，移动终端自 动 跳回c h i . 第2 章 系统总体设计 2 .3 . 1中心与客户端体系结构 监控中 心设在市局1 1 0 指挥中心，客户端可以在局领导、巡警、督察等业 务管理部门安装，中心与客户端通过公安局域网连接。 客户端与中心建立连接 后，移动终端的定位信息将实时显示到客户端，认真考虑了目前流行的两种结 构模式b / s 和c / s 结构，最后确定在试验阶段先选用c / s 结构，运行稳定后， 增加b / s 结构模块。 2 . 3 . 1 . 1 b / s 结构分析 b / s是b r o w s e r / s 结构，即浏览器和服务器结构。 它是随着互联网 技 术的兴起而出现的，是c / s 结构的一种变化或者改进。基于这种结构，用户仅 需 通 过w w w浏览 器就能 实 现业务流程， 前 端( b r o w s e r ) 实 现极少的 事务逻辑， 主要 事 务 逻 辑在服务器端( s e r v e r ) 实 现。 这种结 构对客户 端电 脑要求大大降 低， 简化了 客户端配置， 减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总 体成本。它能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式访问和操作 共同的数据库，能有效地保护数据平台和管理访问 权限， 服务器数据库的安全 也得到保证。 b / s 结构的优势和劣势: ( 1 ) 维护和升级更加便利。软 件系统的改进和升级越来越频繁， b / s 架构的 产品明显体现着更为方便的特性。对一个大型系统来说，用户可能达到成千上 万，如果逐个维护终端，要么由 系统管理员来维护， 这样效率和工作量将十分 巨大，要么由 用户来维护，这就要对用户提出更高的要求，并且还要增加培训 量，这是与现代设计理念格格不入的。b / s架构的软件只需要管理服务器就行 了， 所有的客户端只是浏览器， 不需要做任何的维护。 无论用户的规模有多大， 有多少分支机构都不会增加任何维护升级的工作量，所有的操作只需要针对服 务器进行。如果是异地，只需要把服务器连接专网即可，实现远程维护、升级 和共享。 ( 2 ) 成本降低， 选择更多。 现在终端用户方面， w i n d o w s 操作系统更受欢迎， 浏览器成为了 标准配置，但在服务器端，操作系统则有更多选择， w i n d o w s 与 l i n u x , u n i x 等操作系统都拥有一批忠实用户。现行趋势是b / s 架构的应用管 理软件，越来越倾向于安装到l i n u x 服务器上，可以提高安全性。服务器操作 第2 章 系统总体设计 系统的多种选择，都可以 让使用w i n d o w s 操作系统的用户不受影响，特别是免 费的l i n u x 操作系统与免费的数据库系统的结合， 大大降 低了 系统成本。 ( 3 ) 应用服务器运行数据负荷较重。 由 于b / s 架构管理软件只安装在服务器 端( s e r v e r ) 上， 网 络 管 理人员 只需要管 理 服务 器就 行了， 用户界 面主 要事务逻辑 在服务器端 ( s e r v e r ) 完 全通过浏览器实 现， 极少部分事务逻辑在前端( b r o w s e r ) 实现， 所有的客户端只有浏览器，网 络管理人员只需要做硬件维护。 但是， 应 用服务器运行数据负 荷较重， 一旦发生 服务器“ 崩溃” 等问 题， 后果不堪设想。 2 . 3 . 1 . 2 c / s 结构分析 c / s 结 构是传 统的c l i e n t / s e r v e r ( 客户 服务 器) 结 构 模式， 通过将任务合理分 配到c l i e n t 端和s 端，降 低了 系统的 通讯开销， 可以充分利用两端硬件环 境的优势。 c / s 结构的 优势与劣势: ( 1 )实时数据操纵和事务处理能力强。与 w e b方式相比， c / s结构更适 合于对数据库的实时处理和大批量的数据更新。 口 ) 交互 性强。 在c / s 模式中， 客 户 端是 一套完 整的 应用程 序， 可以 根据用 户需求，灵活加载各种功能，是b / s 模式所不能及的。 ( 3 ) 劣势是高昂 的 维 护成本且投资 大。 首先， 采用c / s 架构， 要选择适当的 数据库平台来实现数据库数据的真正“ 统一” ，使分布于两地的数据同步完全交 由数据库系统去管理，但逻辑上两地的操作者要直接访问同一个数据库才能有 效实现， 有这样一些问 题，如果需要建 立“ 实时”的数据同步， 就必须在两地 间建立实时的 通讯连接， 保持两地的 数据库服务器在线运行，网 络管理工作人 员既要对服务器维护管理，又要对客户端维护和管理，这需要高昂的投资和复 杂的技术支持，维护成本很高，维护任务量大。 其次，传统的c / s 结构的软件 需要针对不同的操作系统开发不同版本的软件， 如有win2 0 0 0 版、 l i n u x版、 win9 8 版， 有一个操作系统， 就要开发一套针对性的客户端。同时产品的更新 换代十分快， 可能开发时是win2 0 0 0 系统， 待开发完成， 操作系统已经升级到 v i s t a了， 代价高 和低效率己 经不适应工作需要。 2 . 3 . 1 . 3 c / s 结构设计 在本 系统设计中， 考虑到公安机关 操 作系统统一 安装wi n d o ws 2 0 0 0 ， 服务 器端也采用wind o ws ， 并且中心服务器不但承担数据库的管理、 与移动终端、 第2 章 系统总