基于GPS和GSM的車輛自動跟蹤系統(tǒng)的原理與設(shè)計(jì)

　　隨著人們生活水平的提高，汽車已逐漸進(jìn)入了普通家庭，隨著汽車數(shù)量的逐年增加，汽車被盜、被搶也成為一個(gè)較為嚴(yán)重的社會問題。在解決汽車防盜問題上，大部分汽車的報(bào)警方式主要采用燈光閃爍和喇叭鳴響，這種防盜方式存在有三種缺陷，一是報(bào)警器容易被破壞，而失去防盜功能；二是喇叭鳴響聲會造成周邊居民生活被嚴(yán)重干擾；三是汽車被盜后，外觀稍加改動，就很難追蹤。為了解決這些問題，本系統(tǒng)利用GPS定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤汽車位置，在被盜情況下可利用GSM短信模塊隨時(shí)向車主或公安部門發(fā)送汽車的GPS定位信息，加快破案速度。

1 系統(tǒng)工作原理及框圖

　　當(dāng)車主離開車輛時(shí)，即可啟動防盜系統(tǒng)，首先車主需設(shè)置手機(jī)號，以備接收車輛的定位信息，此時(shí)，單片機(jī)控制GPS模塊，不斷獲取GPS定位數(shù)據(jù)，并對獲取的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而獲取包括車輛的經(jīng)、緯度以及速度等信息。系統(tǒng)通過車輛的速度或經(jīng)、緯度的變化來判斷車輛是否被移動，如果車輛被非法移動，單片機(jī)將控制GSM模塊將車輛的定位信息通過短消息，以每間隔十分鐘時(shí)間發(fā)送到車主指定的手機(jī)中，同時(shí)，單片機(jī)將此信息存儲在EEPROM中，以做將來的證據(jù)使用。車主第一時(shí)間知道車輛位置后，即可通過GSM遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制防盜系統(tǒng)，切斷車輛的點(diǎn)火電路，使車輛熄火。同時(shí)，車主將車輛定位信息提供給警方，盡快找回自己的車輛。系統(tǒng)工作原理框圖見圖1。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　2．1 單片機(jī)控制核心

　　采用宏晶科技公司的單時(shí)鐘機(jī)器周期的單片機(jī)STC12C5A60S2，它是高速、低功耗、超抗干擾的新一代51系列單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051，但速度快8～12倍，具有60kB在系統(tǒng)可編程Flash存儲器，其具有兩個(gè)獨(dú)立的采用UART工作方式的全雙工串行通信接口，可方便地實(shí)現(xiàn)單片機(jī)同時(shí)與GPS和GSM進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

　　2．2 GPS數(shù)據(jù)采集部分

　　GPS模塊采用瑞±u-blox公司的NEO-5Q主芯片，該芯片采用u-blox最新的KickStart微弱信號攫取技術(shù)，能確保采用此模組的設(shè)備在任何可接收到信號的位置及任何天線尺寸都能夠有最佳的初始定位性能并進(jìn)行快速定位，且具有成本低廉，體積小，功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　單片機(jī)與GPS模塊的連接如圖2所示，采用了串口通訊的方式，模塊在上電后，會實(shí)時(shí)接收GPS數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包的類型有：GPCSV：可見衛(wèi)星信息；GPGLL：地理定位信息；GPRMC：推薦最小定位信息；GPVTG：地面速度信息；GPGGA：GPS定位信息；GPGSA：當(dāng)前衛(wèi)星信息等。設(shè)計(jì)中，只對GPPMC型數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，數(shù)據(jù)包的內(nèi)容為：$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*hh

　　1>UTC時(shí)間，hhmmss(時(shí)分秒)格式

　　2>定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位

　　3>緯度ddmm．mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)

　　4>緯度半球N(北半球)或S(南半球)

　　5>經(jīng)度dddmm．mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)

　　6>經(jīng)度半球E(東經(jīng))或W(西經(jīng))

　　7>地面速率(000．0～999．9節(jié)，前面的0也將被傳輸)

　　8>地面航向(000．0～359．9度，以正北為參考基準(zhǔn)，前面的0也將被傳輸)

　　9>UTC日期，ddmmyy(日月年)格式

　　10>磁偏角(000．0～180．0度，前面的0也將被傳輸)

　　ll>磁偏角方向，E(東)或W(西)

　　12>模式指示(僅NMEA0183 3．00版本輸出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效)

　　2．3 GSM模塊部分

　　GSM模塊采用德國西門子公司的TC35I，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制GSM模塊接收和發(fā)短信等功能。單片機(jī)通過向GSM模塊發(fā)送AT指令，控制GSM運(yùn)行。發(fā)送短消息用到的AT指令有：

　　AT：握手命令

　　AT+CMGF=1：設(shè)置短信方式為文本方式；

　　AT+CSCS=GSM：設(shè)置為GSM字符集；

　　AT+CSMP=17．67．0．0：設(shè)置編碼類型和字符集；

　　模塊與單片機(jī)的連接如圖2所示，采用了串口通訊的方式，當(dāng)需要發(fā)送短消息時(shí)，就按順序給模塊發(fā)送AT指令和數(shù)據(jù)，將信息發(fā)送給車主。

　　2．4 人機(jī)接口和存儲部分

　　人機(jī)接口包括矩陣鍵盤和液晶顯示部分，主要用于實(shí)現(xiàn)預(yù)置的手機(jī)號碼的輸入、顯示和防盜功能的開啟與關(guān)閉功能。存儲器采用HC總線的EEPROM AT24C08，其為非易失性存儲器，存儲的數(shù)據(jù)可保存100年以上，并可進(jìn)行上萬次擦寫。單片機(jī)將GPS上接收來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，所獲得的車輛所處的經(jīng)、緯度，速度等信息保存在該存儲器中，為以后做為公安機(jī)關(guān)的證據(jù)依據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　自動跟蹤系統(tǒng)軟件由界面程序、信號處理程序和控制信號輸出程序等三部分組成。信號處理程序?qū)崿F(xiàn)了單片機(jī)對GPS信號的采集、解析等以及通過GSM網(wǎng)絡(luò)向用戶發(fā)送車輛定位信息等，是軟件程序的重點(diǎn)；界面程序主要完成手機(jī)號設(shè)置、鍵盤處理、液晶顯示等，實(shí)現(xiàn)了與用戶良好的溝通；控制信號程序?qū)崿F(xiàn)對GSM信號的接收與分析，完成對車輛的點(diǎn)火開關(guān)的控制；其軟件總框圖如圖3所示。

4 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)利用單片機(jī)對GPS和GSM模塊的控制，實(shí)現(xiàn)了車輛防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)?zāi)M，當(dāng)車輛被盜時(shí)，系統(tǒng)的工作可不受惡劣環(huán)境影響，接收、發(fā)送信息準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)。