GPS遠端定位監(jiān)控系統(tǒng)的設計

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作者：時間：2007-11-20 來源：電子工程師

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　　引言

　　GPS(全球定位系統(tǒng))的主要應用之一是對車輛進行監(jiān)控和管理。采用目前最完善的GSM(全球移動通信系統(tǒng))技術，不僅使企業(yè)客戶和個人用戶對車輛的監(jiān)控管理更準確、快捷，范圍更寬廣，而且大大降低了企業(yè)客戶對GPS車輛監(jiān)控的前期投入費用。只需要一臺電腦，再配上監(jiān)控管理軟件，便可以對公司或單位內所有安裝GPS的車輛進行全天候、超遠程的監(jiān)控。這種監(jiān)控系統(tǒng)主要由GPS無線收發(fā)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)兩部分組成。

　　1 GPS無線收發(fā)系統(tǒng)的結構組成

　　GPS無線收發(fā)系統(tǒng)由GPS接收模塊、信息處理模塊、GSM發(fā)送模塊3部分組成。結構見圖1[1]。

　　1.1 GPS信號接收模塊的組成及工作原理

　　常用的GPS模塊主要由天線單元和接收單元兩大部分組成。天線單元由前置放大器和頻率變換器組成，接收單元由標頻器、頻率合成器、并行信號通道、數(shù)字信號處理器、存儲器、串行接口、電源等部分組成。加電后，將自動從天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的射頻信號，經(jīng)過一系列的處理過程，通過并行通道完成對視界內最佳位置衛(wèi)星的跟蹤，測出從衛(wèi)星到天線的傳播時間，解讀導航電文，從而計算出經(jīng)緯度、海拔高度、日期、航向等信息。

　　1.2 信息處理模塊

　　GPS模塊將導航定位信息通過串口不斷發(fā)送出來，通過對這些數(shù)據(jù)的處理提取所需的經(jīng)緯度等信息，然后將有用信息按一定協(xié)議組裝成數(shù)據(jù)包傳遞給GSM發(fā)送模塊。其硬件組成見圖2。采用AT89C51處理器，由于數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送都是通過串口來實現(xiàn)，本文中采用TL16C554來擴展串口，TL16C554是一個整合4通道的異步通信組件，它的每個通道都能與外圍設備進行數(shù)據(jù)通信，實行串/并或并/串轉換。

　　1.3 GSM短信發(fā)送模塊

　　使用GSM模塊可以方便地利用GSM網(wǎng)進行通信。主控制器可通過AT命令控制GSM模塊使其發(fā)送短消息。GSM模塊與單片機之間采用標準的串行口進行通信，通信的最高波特率可達115.2 kbit/s。GSM。模塊與SIM卡問主要通過SIMCLK和SIMDATA信號線進行數(shù)據(jù)通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達之間的時間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個電信運營商提供的。

　　2 后臺監(jiān)控系統(tǒng)的組成

　　后臺監(jiān)控系統(tǒng)由GSM接收模塊和PC機及地理信息管理軟件組成。把接收到的經(jīng)緯度、海拔高度等信息，通過串口傳送到計算機，然后調用地理信息管理軟件來顯示當前目標所在的位置。其框架結構見圖3。

　　3程序設計

　　3.1 GPS數(shù)據(jù)的接收處理

　　GPS定位信息串行輸出格式大多采用美國國家海洋電子協(xié)會制定的NMEA-0183通信標準格式。其輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼，內容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息，語句有6種，包括GGA、GLL、GSA、GSV、RMC和VTG。

　　GPS模塊只要處于工作狀態(tài)就會源源不斷地把接收并計算出的GPS導航定位信息通過串口傳送到信息處理模塊中。由于從串口接收的數(shù)據(jù)幀是一長串ASCII碼字節(jié)流，在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此，必須通過程序將各個字段的信息從接收到的字節(jié)流中提取出來，將其轉化成有實際意義的定位信息數(shù)據(jù)。對GPS信息進行提取必須首先明確其幀結構，數(shù)據(jù)幀主要由幀頭、幀尾和幀內數(shù)據(jù)組成。對于不同的數(shù)據(jù)幀，其幀頭是不同的，主要有"$GPGGA"，"$GPGSA"，"$GPGSV"以及"$GPRMC"等。這些幀頭標識了后續(xù)幀內數(shù)據(jù)的組成和結構特點。各幀均以回車符和換行符作為幀尾，標識一幀的結束。對數(shù)據(jù)幀處理是先對幀頭進行判斷，然后只對感興趣的幀進行數(shù)據(jù)的提取處理。由于幀內各數(shù)據(jù)段被逗號分割，因此在處理接收數(shù)據(jù)時一般首先通過搜尋ASCII碼"$"來判斷是否是幀頭，接著對幀頭的類別進行識別，然后根據(jù)識別出的幀類型和逗號"，"個數(shù)確定當前正在讀取的是哪個定位導航參數(shù)，并進行相應的提取和存儲。本文中主要對"$GPGGA"進行分析與處理，程序流程見圖4。

　　3.2 控制GSM模塊發(fā)送短消息

　　信息提取完畢后，需要控制GSM模塊將信息發(fā)送回控制臺。GSM模塊發(fā)送短信采用AT指令。首先要設定GSM模塊的短消息工作模式，一種為PDU模式，另一種為文本方式。本文中采用文本方式，AT指令為AT+CMGF=1，GSM模塊返回響應字符串"OK"表示設置成功，否則返回字符串"error"表示設置失敗。然后設定發(fā)送號碼，命令控制字為AT+CMGS="+8613814986825"，GSM模塊返回響應字符">，接著發(fā)送要發(fā)送的字符串信息，GSM返回響應字符串"OK"表示短消息發(fā)送成功，否則返舊字符串"error"表示失敗。因為GSM對每一條AT命令都有響應字符，所以必須對這些字符進行驗證，否則可能會出錯。

　　程序流程圖如圖5所示。