GPS遠(yuǎn)端定位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　引 言

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

　　1 GPS無(wú)線收發(fā)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

　　GPS無(wú)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(jié)構(gòu)見圖1[1]。

　　1.1 GPS信號(hào)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(biāo)頻器、頻率合成器、并行信號(hào)通道、數(shù)字信號(hào)處理器、存儲(chǔ)器、串行接口、電源等部分組成。加電后，將自動(dòng)從天線接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的射頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)一系列的處理過(guò)程，通過(guò)并行通道完成對(duì)視界內(nèi)最佳位置衛(wèi)星的跟蹤，測(cè)出從衛(wèi)星到天線的傳播時(shí)間，解讀導(dǎo)航電文，從而計(jì)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(dǎo)航定位信息通過(guò)串口不斷發(fā)送出來(lái)，通過(guò)對(duì)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(guò)串口來(lái)實(shí)現(xiàn)，本文中采用TL16C554來(lái)擴(kuò)展串口，TL16C554是一個(gè)整合4通道的異步通信組件，它的每個(gè)通道都能與外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)行串/并或并/串轉(zhuǎn)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(jìn)行通信。主控制器可通過(guò)AT命令控制GSM模塊使其發(fā)送短消息。GSM模塊與單片機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的串行口進(jìn)行通信，通信的最高波特率可達(dá)115.2 kbit/s。GSM。模塊與SIM卡問主要通過(guò)SIMCLK和SIMDATA信號(hào)線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達(dá)之間的時(shí)間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商提供的。

　　2 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的組成

　　后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)由GSM接收模塊和PC機(jī)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(guò)串口傳送到計(jì)算機(jī)，然后調(diào)用地理信息管理軟件來(lái)顯示當(dāng)前目標(biāo)所在的位置。其框架結(jié)構(gòu)見圖3。

　　3程序設(shè)計(jì)

　　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(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)制定的NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)格式。其輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息，語(yǔ)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(huì)源源不斷地把接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息通過(guò)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(zhǎng)串ASCII碼字節(jié)流，在沒有經(jīng)過(guò)分類提取之前是無(wú)法加以利用的。因此，必須通過(guò)程序?qū)⒏鱾€(gè)字段的信息從接收到的字節(jié)流中提取出來(lái)，將其轉(zhuǎn)化成有實(shí)際意義的定位信息數(shù)據(jù)。對(duì)GPS信息進(jìn)行提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)幀主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。對(duì)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(biāo)識(shí)了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。各幀均以回車符和換行符作為幀尾，標(biāo)識(shí)一幀的結(jié)束。對(duì)數(shù)據(jù)幀處理是先對(duì)幀頭進(jìn)行判斷，然后只對(duì)感興趣的幀進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取處理。由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段被逗號(hào)分割，因此在處理接收數(shù)據(jù)時(shí)一般首先通過(guò)搜尋ASCII碼"$"來(lái)判斷是否是幀頭，接著對(duì)幀頭的類別進(jìn)行識(shí)別，然后根據(jù)識(shí)別出的幀類型和逗號(hào)"，"個(gè)數(shù)確定當(dāng)前正在讀取的是哪個(gè)定位導(dǎo)航參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)的提取和存儲(chǔ)。本文中主要對(duì)"$GPGGA"進(jìn)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(tái)。GSM模塊發(fā)送短信采用AT指令。首先要設(shè)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(yīng)字符串"OK"表示設(shè)置成功，否則返回字符串"error"表示設(shè)置失敗。然后設(shè)定發(fā)送號(hào)碼，命令控制字為AT+CMGS="+8613814986825"，GSM模塊返回響應(yīng)字符">，接著發(fā)送要發(fā)送的字符串信息，GSM返回響應(yīng)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?yàn)镚SM對(duì)每一條AT命令都有響應(yīng)字符，所以必須對(duì)這些字符進(jìn)行驗(yàn)證，否則可能會(huì)出錯(cuò)。

　　程序流 程圖如圖5所示。

　　下面給出發(fā)送短信的部分程序代碼。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　采用基于GSM網(wǎng)絡(luò)的GPS遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)，便可以很好地對(duì)車輛進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)需要來(lái)進(jìn)行調(diào)度。這種系統(tǒng)具有成本低、維護(hù)費(fèi)用低、通信可靠的特點(diǎn)，可以廣泛使用在物流、客運(yùn)、航空等行業(yè)。