車載GPS智能終端通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)

1、車載GPS智能終端通信模塊的設(shè)計與 實現(xiàn)蔣治平 裴文江摘要本文以車載GPS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計并實現(xiàn)了車載GPS監(jiān)控系統(tǒng)通信模 塊。結(jié)合串口通信與SOCKET通信知識，詳細(xì)分析了GPS終端與服務(wù)器，以 及服務(wù)器與客戶端之間通信的設(shè)計思路與實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞： GPS 通信模塊 串口通信 SOCKET通信 通 信 熱 點蔣治平男，東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，碩士研究生。裴文江男，東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，教授，博士生導(dǎo)師。GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)整合了全球定位系統(tǒng)、數(shù)字移動 通信系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)和應(yīng)用軟件， 它能對車輛進(jìn)行實時監(jiān)控、跟蹤、調(diào)度和管理。GPS監(jiān) 控系統(tǒng)主要由通信模塊、數(shù)據(jù)處

2、理模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊構(gòu) 成。心3部分組成，終端主要實現(xiàn)車輛定位、信息收發(fā)及車輛 的實時安全監(jiān)控; 通信網(wǎng)絡(luò)完成車載終端與監(jiān)控中心的雙 向數(shù)據(jù)傳輸; 監(jiān)控中心完成對車載終端的數(shù)據(jù)存儲、遠(yuǎn)程 調(diào)度及監(jiān)控等功能1。本文介紹了車載GPS智能通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。 通信模塊主要完成GPS接收機(jī)-服務(wù)器-客戶端三者間的數(shù) 據(jù)傳遞，包括基于串行通信的服務(wù)器端與車載GPS終端通 信的實現(xiàn)，以及基于WinSock的服務(wù)器端與客戶端通信的 實現(xiàn)。1車載GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該系統(tǒng)由車載終端、通信網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控中圖1 車載GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)的工作原理大致如下：車載終端通過接收 到的GPS信息，計算出車輛當(dāng)前的經(jīng)

3、度、緯度、速度、方412009.7.廣東通信技術(shù)通 信 熱 點向和其他信息(時間、狀態(tài)等)，然后利用GPRS模塊通過 移動通信網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心在接到車輛上傳 的信息后，根據(jù)車輛的當(dāng)前狀況科學(xué)地進(jìn)行調(diào)度和管理。2 系統(tǒng)硬件設(shè)計如圖2所示，車載調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)終端由智能控制系 統(tǒng)、 電源系統(tǒng)、 通信系統(tǒng)（ GPS接收機(jī)和GPRS通信 機(jī)）、接口擴(kuò)展系統(tǒng)以及攝像系統(tǒng)組成，用以實現(xiàn)對GPS 信息、報警信號、故障信息、車輛狀態(tài)和管理信息等數(shù)據(jù) 的采集。uint8 time6;/*中心命令時間*/ uint8 reqTime6; /*回復(fù)命令時間*/ uint8 avi;/*數(shù)據(jù)有效位*/uint

4、8 latitude9; /*緯度*/uint8 latitudeType; /*緯度標(biāo)志*/ uint8 longitude9; /*經(jīng)度*/uint8 longitudeType; /*經(jīng)度標(biāo)志*/ uint8 speed6; /*速度*/uint8 status;/*車輛狀態(tài)*/ ComRequest; 3.1.2 通信過程的實現(xiàn)GPS接收機(jī)與服務(wù)器的串行通信利用Windows提供 的API函數(shù)來實現(xiàn)2，實現(xiàn)過程主要包括：串口打開、設(shè) 置串口、讀取串口信息、寫串口信息。具體實現(xiàn)如下所 述：通 信 熱 點圖2 車載GPS系統(tǒng)硬件設(shè)計圖3通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)3.1 GPS接收機(jī)與服務(wù)器串行通

5、信的設(shè)計3.1.1 通信協(xié)議GPS接收機(jī)與服務(wù)器間的通信需要合理的數(shù)據(jù)協(xié) 議，為交互提供有效的平臺。服務(wù)器向GPS接收機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：typedef struct uint8 serialNo10;/*車載機(jī)序列號*/ uint8 command; /*發(fā)送命令號*/uint8 time6;/*發(fā)送命令時間*/ uint8 param3117; /*命令參數(shù)指針*/ uint8 nParam;/*命令參數(shù)個數(shù)*/ GPS接收機(jī)返回的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下： typedef struct uint8 sn10;/*車載機(jī)序列號*/uint8 type2; /*車載機(jī)返回信息類型*/ uint8 co

6、mmand3; /*中心命令號*/(1) 串口打開 在進(jìn)行通信前， 必須首先創(chuàng)建一個串行通信的句柄，并且調(diào)用CreateFile函數(shù)打開串口，具體實現(xiàn)如下：Handle m_SCom;m_ SCom= Create File(“ COM 2 ”, GENERIC_ R e a d | G E N E R I C _ W R I T E , 0 , N U L L , O P E N _ EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);CreateFile函數(shù)中標(biāo)示了要打開的串口為COM2，GENERIC_Read和GENERIC_WRITE表示可以對該串口 進(jìn)行讀寫

7、操作，0PEN_EXISTING表示COM2串口是已經(jīng) 存在的。(2) 設(shè)置串口通信內(nèi)部緩存 在打開通信設(shè)備句柄后，常常需要對串行口進(jìn)行一些初始化工作，這需要通過一個DCB結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，具體實 現(xiàn)如下：DCB dcb;DCB是串行通信設(shè)備的控制字，DCB結(jié)構(gòu)包含了諸 如波特率、每個字符的數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等 信息。在查詢或配置置串行口的屬性時，都要用DCB結(jié)構(gòu) 來作為緩沖區(qū)。下面舉例說明設(shè)置的過程：首先通過GetCommState函數(shù)獲得串口默認(rèn)設(shè)置，該 函數(shù)把當(dāng)前配置填充到一個DCB結(jié)構(gòu)中。42車載GPS智能終端通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)GetCommState(m_SCom,&d

8、cb);根據(jù)通信需求，必須修改相應(yīng)的DCB參數(shù)，如下所示：dcb.BaudRate = CBR_9600; /*設(shè)置波特率*/ dcb.Parity = NOPARITY; /*無校驗*/dcb.ByteSize = 8; /*設(shè)置發(fā)送的一個字節(jié)為8比特*/設(shè) 置 完 d c b 這 個 結(jié) 構(gòu) 體 之 后 ， 必 須 調(diào) 用 SetCommState函數(shù)使得設(shè)置過的參數(shù)生效，如下所示： SetCommState(m_SCom,&dcb);(3) 設(shè)置串口通信時限COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)體用于設(shè)置通信設(shè)備時限參 數(shù)，結(jié)構(gòu)體定義如下：typedef struct COMMTIMEOU

9、TS DWORD ReadIntervalTimeout;/*設(shè)置兩連續(xù)字節(jié)最大時間間隔*/DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier;/*接收每字節(jié)的平均允許時間*/ DWORD ReadTotalTimeoutConstant;/*接收時間常數(shù)*/設(shè)置完成COMMTIMEOUTS的實例對象后需調(diào) 用Set Comm Timeouts函數(shù)使配置生效。 如下所示： SetCommTimeouts(m_SCom,& timeouts);(4) 讀串口信息 從串口讀信息應(yīng)調(diào)用ReadFile函數(shù)，實現(xiàn)如下 ReadFile(m_SCom,pBuffer,iLen,&a

10、mp;pRead,NULL); 將讀到的數(shù)據(jù)放在內(nèi)存pBuffer里，pBuffer為申請的內(nèi)存空間，iLen為需要讀的數(shù)據(jù)長度，pRead存放實際讀 的數(shù)據(jù)長度。(5) 寫串口信息 向串口寫信息應(yīng)調(diào)用WriteFile函數(shù)3:writeFile (m_SCom,pBuffer,iLen,&pRead,NULL);將要寫的數(shù)據(jù)放在內(nèi)存pBuffer里，iLength為需要寫 的數(shù)據(jù)長度，pRead存放實際寫的數(shù)據(jù)長度。3.2 服務(wù)器與客戶端通信的設(shè)計服務(wù)器與客戶端間的通信主要傳送定位數(shù)據(jù)和控制信息，控制信息主要用來完成客戶端對服務(wù)器的登陸，退 出，查詢用戶信息以及服務(wù)器端監(jiān)控中心權(quán)限，

11、安全管理 等方面的數(shù)據(jù)請求。定位數(shù)據(jù)主要包含經(jīng)緯度數(shù)據(jù)和車輛 狀態(tài)數(shù)據(jù)等。如圖3所示，客戶端與服務(wù)器端通信由請求應(yīng)答兩 部分組成，通信采用基于MFC的socket通信實現(xiàn)。圖3 客戶端-服務(wù)器通信模型通 信 熱 點3.2.1 Socket通信原理 Socket是網(wǎng)絡(luò)通信的基本構(gòu)件，它是被命名和尋址的通信端點，使用中的每一個Socket都有其類型和一個與之相連的進(jìn)程。Windows Socket有兩類：數(shù)據(jù)報套接字(SOCK_ DGRAM)和流套接字(SOCK_STREAM)。本文所述的客 戶端與服務(wù)器端的通信采用流套接字?；诹魈捉幼值漠惒絊ocket通信方式采用客戶、服 務(wù)器的模式4，通信流

12、程如圖4所示圖4 Socket通信流程432009.7.廣東通信技術(shù)通 信 熱 點服務(wù)器端和客戶端都必須建立通信套接字。而且服 務(wù)器端應(yīng)先進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，然后客戶端套接字發(fā)出連接請 求，服務(wù)器端收到請求后，建立另一個套接字進(jìn)行通信。 原來負(fù)責(zé)監(jiān)聽的套接字仍進(jìn)行監(jiān)聽，如果有其他客戶發(fā)來 連接請求，則再建立一個套接字5。3.2.2 請求客戶端在向服務(wù)器端發(fā)起連接請求的過程包括組包 和發(fā)包兩個步驟。(1) 組包 客戶端在向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)前，需將數(shù)據(jù)打包發(fā)送通 信 熱 點給服務(wù)器。這些數(shù)據(jù)包括了發(fā)起連接所需的必要信息，例 如客戶端將希望獲得的服務(wù)類型封裝在RequestType結(jié)構(gòu) 體中，然后將此結(jié)構(gòu)體

13、做為請求數(shù)據(jù)包的一部分發(fā)送給服 務(wù)器，服務(wù)器通過解析該結(jié)構(gòu)體即可獲知客戶端所需的服 務(wù)內(nèi)容。該結(jié)構(gòu)體定義如下：typedef enum RequestType REQUEST_LOGIN , /*請求登錄*/ REQUEST_STATUS , /*請求汽車狀態(tài)*/ REQUEST_LOGOUT , /*請求登出*/ REQUEST_TRAIL, /*請求汽車軌跡*/REQUEST_DRIVER_USER_INFO, /*請求用戶信息*/REQUEST_ALARM, /*請求警報*/ REQUEST_UPDATE, /*請求更新*/ REQUEST_CAPTURE , /*請求地圖數(shù)據(jù)*/ (2

14、) 發(fā)包客戶端在完成組包之后，將調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)將數(shù)據(jù) 包發(fā)送給服務(wù)器，在這里通過一個實例加以說明。假設(shè)客戶端向服務(wù)端請求地圖數(shù)據(jù)，則客戶端將服 務(wù)類型設(shè)置為REQUEST_CAPTURE，同時調(diào)用Send_ REQUEST_GET_PICTURE函數(shù)向服務(wù)器端發(fā)起請求， 服務(wù)器識別接收到的數(shù)據(jù)包中的服務(wù)類型，產(chǎn)生應(yīng)答6。Send_REQUEST_GET_PICTURE核心部分如下：S e n d _ R E Q U E S T _ G E T _ P I C T U R E ( U I N T 3 2iDeviceId)requestPic.iDeviceID = htonl(iDeviceI

15、d);requestPic.iPacketLen= htonl(sizeof(requestPic); requestPic.iRequestType = REQUEST_CAPTURE; SendDataBySocket();該段代碼中，requestPic結(jié)構(gòu)體包含請求信息，該結(jié) 構(gòu)體如下所示：typedef requestPic iDeviceID; iPacketLen; iRequestType其中iDeviceID表示請求數(shù)據(jù)的客戶端ID，iPacketLen為發(fā)送的數(shù)據(jù)包的大小，iRequestType為客戶端請求的服 務(wù)類型。在設(shè)置該結(jié)構(gòu)體之后， SendDataBySocke

16、t()函 數(shù)將被調(diào)用，向服務(wù)器端發(fā)送請求。3.2.3 應(yīng)答服務(wù)器在收到客戶端的請求后，進(jìn)行應(yīng)答的過程包 括解包、連接建立、發(fā)包、連接異常處理。(1) 解包 服務(wù)器端在接收到客戶端的請求之后， 通過調(diào)用ParseBuffer函數(shù)，對客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，解 析過程如下：ParseBuffer(TCHAR *pBuffer) if ( pBuffer != NULL ) m e m c p y ( ( v o i d * ) & p a r s e d _ d a t a p B u f f e r,sizeof(PARSED_DATA); 該段代碼中，服務(wù)器端首先判斷pBuffer

17、(即緩存)中是否有數(shù)據(jù)，如果沒有則繼續(xù)保持等待狀態(tài)。如果收到 數(shù)據(jù)，則調(diào)用memcpy函數(shù)將緩存pBuffer中的數(shù)據(jù)放入 parsed_data中，通過sizeof(PARSED_DATA)可以獲得須 接收數(shù)據(jù)的大小。(2) 連接建立 服務(wù)器首先通過一個循環(huán)判斷與客戶端的連接是否建立。若與客戶端未建立連接，則將bRet這個布爾型變量 設(shè)置為FALSE，否則調(diào)用memcpy函數(shù)將緩存szBuffer中44車載GPS智能終端通信模塊的設(shè)計與實現(xiàn)的數(shù)據(jù)包發(fā)送給客戶端，注意iTotalLen這個變量表示數(shù)據(jù) 包的大小，這個變量的存在有助于判斷客戶端接受的數(shù)據(jù) 包是否完全。if(m_ClientSoc

18、ket.m_bConnected =FALSE)bRet= FALSE ;elsememcpy(szBuffer,iTotalLen) (3) 發(fā)包服務(wù)器端調(diào)用send函數(shù)發(fā)送客戶端請求的數(shù)據(jù)包，send(szBufferSend+iOffSet, iTotalLen-iOffSet ); send是WinSock提供的函數(shù)，用于向已建立的接口發(fā)送數(shù)據(jù)。szBufferSend這個變量存儲的是已發(fā)送的數(shù)據(jù) 的長度，iTotalLen存儲的是需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包的總長， iOffSet則表示每次發(fā)送的數(shù)據(jù)的大小。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬等限 制，不可能一次性將數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢，因此在發(fā)方需要 統(tǒng)計已發(fā)送的數(shù)據(jù)量

19、，當(dāng)(iTotalLen-iOffSet)等于0時，發(fā) 送完成，發(fā)方停止數(shù)據(jù)傳輸。(4) 連接異常處理服 務(wù) 器 端 需 要 對 連 接 中 可 能 出 現(xiàn) 的 問 題 進(jìn) 行 處 理 。 如 果 連 接 發(fā) 生 問 題 ， 則 服 務(wù) 器 端 可 以 通 過 調(diào) 用WSAGetLastError函數(shù)，獲得錯誤類型，然后采取相應(yīng)的 處理。由于篇幅限制，這里只分析一種類型的錯誤處理。下面是一個連接錯誤的實例：if (iErrorCode= WSAECONNABORTED) m_ClientSocket.ShutDown();CString logIf;logIf.Format(“%sSoftware caused connection abort:”);首先根據(jù)iErrorCode判斷可能發(fā)生的錯誤類型。 WSAECONNABORTED表示本機(jī)某種軟件問題所導(dǎo)致的 連接中斷，這種軟件問題可能是數(shù)據(jù)傳輸超時或者是通 信協(xié)議存在錯誤。捕獲到該信息時，通過調(diào)用shutdown 函數(shù)， 服務(wù)器端終止與客戶端的通信， 同時創(chuàng)建一