基于GPS和GPRS的追踪系统研究报告12031.pdf

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1、.1 基于 GPS 和 GPRS 的追踪器 1 引 言 随着 GPRS 无线通讯、Internet 网络以及民用领域 GPS 的普遍应用，将三者合一使用已成为当今热门的研究领域 GPRS(General Packed Radio Service，通用分组无线业务)采用 TCPIP 协议，非常容易和现有的 Internet 技术及应用平台整合，即将各种 IP 技术和效劳同移动通信技术相结合，为用户提供各种高速度、高质量的移动数据通信业务GPRS 的移动通信、价格低廉、快速登陆、永远在线、组网灵活、信道保障、小功率防雷击等特点使得 GPRS 已逐渐取代GSM 网络 GPS(Global Posit

2、ioning System，全世界定位系统)除了更多地应用于高精尖端测量、测绘及导航领域外，也更多地推动了其在低本钱、低精度的民用小型 GPS 设备领域的开展和使用GPS 收发机的主要任务就是捕获一定高度截止角所选择的待测卫星的信号，同时对接收到的 GPS 信号进展变换放大和处理，解译出 GPS 卫星所发送的导航电文，最终实时计算出该观测站的三维位置、三维速度和时间 整个系统方案如图 1 所示，带有两个串口的微控制器一方面获取来自 GPS 接收模块的导航数据，另一方面将这些数据经过适当处理后转换为 GPRS 可以传送的数据，并通过网络送入控制中心，当用户需要获得相应的追踪数据时，通过网络即可

3、2 总体方案 基于微控制器的 GPS+GPRS 系统，主要由以下几个局部组成：微控制器模块、GPS+GPRS 模块、键盘及 LCD 显示屏等其根本原理框图如以下图所示 MCU通过两个串口接收和发送信号到GPS和GPRS模块，MCU通过串口0中断接收GPS发出的状态信息(包括三维位置、三维速度、时间、航向等)并保存，经软件打包后通过串口1 发送到 GPRS 模块GPRS 模块受 MCU 控制将此信号转换为射频信号短信网络发送网址，手机用户通过翻开短信里的网址，就可以得到追踪器所在位置。3 硬件选型 该系统在选型时，在满足使用要求的根底上，主要的选择目标是体积重量小、能耗低的产品以满足室外使用和便

4、于老人小孩携带的要求 3.1 MCU STC12C5A60S2/AD/PWM 系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代 8051 单片机，指令代码完全兼容传统 8051,但速度快 8-12 倍。部集成 MA*810 专用复位电路,2 路 PWM,8 路高速 10 位 A/D 转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。MCU 串口 1 GPS 模块 串口 2 GPRS 模块.1 1.增强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统 8051 2.工作电压：STC12C5A60S2 系列工作电压：5.5V-3.3V

5、5V 单片机 STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V3V 单片机 3.工作频率围：0-35MHz，相当于普通 8051 的 0420MHz 4.用户应用程序空间 8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K 字节.5.片上集成 1280 字节 RAM 6.通用 I/O 口36/40/44 个，复位后为：准双向口/弱上拉普通 8051 传统 I/O 口 可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏 每个 I/O口驱动能力均可到达 20mA，但整个芯片最大不要超过 55mA 7.ISP在系统可编程/IAP在应用可编程，无需专用编

6、程器，无需专用仿真器 可通过串口P3.0/P3.1直接下载用户程序，数秒即可完成一片 8.有 EEPROM 功能(STC12C5A62S2/AD/PWM 无部 EEPROM)9.看门狗 10.部集成 MA*810 专用复位电路外部晶体 12M 以下时，复位脚可直接 1K 电阻到地 11.外部掉电检测电路:在 P4.6 口有一个低压门槛比较器 5V 单片机为 1.32V，误差为+/-5%,3.3V 单片机为 1.30V，误差为+/-3%12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，部 R/C 振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以)1 用户在下载用户程序时，可选择是使用部 R/C 振荡器还是外部晶体/时

7、钟 常温下部R/C 振荡器频率为：5.0V 单片机为：11MHz15.5MHz 3.3V 单片机为：8MHz12MHz 精度要求不高时，可选择使用部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准 13.共4个16位定时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和 T1，没有定时器 2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再加上 2 路 PCA模块可再实现 2 个 16 位定时器 14.2 个时钟输出口，可由 T0 的溢出在 P3.4/T0 输出时钟，可由 T1 的溢出在 P3.5/T1输出时钟 15.外部中断 I/O 口 7 路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并

8、新增支持上升沿中断的PCA 模块，Power Down 模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4,T1/P3.5,R*D/P3.0,CCP0/P1.3(也 可 通 过 存 放 器 设 置 到 P4.2),CCP1/P1.4(也可通过存放器设置到 P4.3)16.PWM(2 路/PCA可编程计数器阵列,2 路 -也可用来当 2 路 D/A 使用 -也可用来再实现2个定时器 -也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)17.A/D 转换,10 位精度 ADC，共 8 路，转换速度可达 250K/S(每秒钟 25 万次)18.通用全双工

9、异步串行口(UART)，由于 STC12 系列是高速的8051，可再用定时器或 PCA软件实现多串口 19.STC12C5A60S2 系列有双串口，后缀有 S2 标志的才有双串口，R*D2/P1.2(可通过存放器设置到 P4.2)，T*D2/P1.3(可通过存放器设置到 P4.3)20.工 作 温 度 围：-40-+85 (工 业 级)/0-75 (商 业 级)21.封 装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O 口不够时，可用 2 到 3 根普通 I/O 口线外接 74HC164/165/595 均可级联 来扩展 I/O 口,还可用 A/D 做按键扫描来节省 I/O 口，或用

10、双 CPU,三线通信，还多了串口。3.2sim300 模块 Sim300 是 Siemens 推出的一款集合了三频 GSMGPRS 的模块预先配置的功能.1 和超级紧凑的尺寸(体积 53345.1 mm3 重 11 g)使其十分易于集成在新的小巧型的应用设备中，节省了大量的时间和费用来做额外的硬件集成可用于传输短信、语音、，用于数据传输时最论传输速率可达 85.6 kbs，缺省值为 14.kbs，工作电压为 3.34.8 V。3.3GPS 模块 GPS 模块选用了国的廉价方案，该模块性能好，价格低廉。是追踪系统的首选。该模块符合 nmea183 国际标准，定位时间迅速。精度到达 4m 以。4

11、系统构成 4.1 硬件设计 硬件设计上主要是 MCU 与 GPS、GPRS 两个模块之间的串口连接其中 GPRS 模块与微控制器之间的通信协议是 AT 命令集，除处理串口发送、串口接收之外，微控制器与GPRS 模块之间还有一些硬件握手信号 硬件连接完成后，在进展发短信之前，首先要对 GPRS 模块进展一定的设置，主要的设置工作有：设置通信波特率，一般设置为 9600 bs，无奇偶位，一位停顿位；设置接入网关，通过 AT+CMGF=1 1、sim300 模块 Sim300板共有上下两局部组成，上面是SIM300 的核心模块板，主要有模块的接口电路、天线接口等电路组成；下面是底板，主要有电源电路、

12、语音电路、sim卡电路、按键电路、串口电路、来电提示电路组成。Sim300的电路图如以下图所示：Sim300的电源局部电路图：2、MCU 模块 MCU 模块包括整个系统的供电系统和 mcu 控制模块 3、总的硬件连接图如下：4.2 软件设计 程序中所有代码都是由 C 语言编写的，并采用分层构造。利用单片机的双串口实现GPS 和 GSM 信息的畅通传送。串口 1 实现 GPS 的 nmea183 协议的解析并得到 GPS 的定位信息，串口 2 实现 SIM300 模块的 AT 指令操作。4.2.2 AT 指令 1、常用发短信的 AT 指令 AT+CMGD 删除 SMS 短信(DELETE SMS

13、 MESSAGE)AT+CMGF 选择 SMS 短信格式(SELECT SMS MESSAGE FORMAT)AT+CMGL 从首选存储器的 SMS 短信清单(LIST SMS MESSAGES FROM PREFERRED STORE)AT+CMGR 读 SMS 短信(READ SMS MESSAGE)AT+CMGS 发送 SMS 短信(SEND SMS MESSAGE)AT+CMGW 往存写 SMS 短信(WRITE SMS MESSAGE TO MEMORY)AT+CMSS 从 存 储 器 发 送 SMS 短 信(SEND SMS MESSAGE FROM STORAGE)AT+CMGC

14、 发送 SMS 短信指令(SEND SMS MAND)AT+MI 新的 SMS 短信标志(NEW SMS MESSAGE INDICATIONS)AT+CPMS 首选 SMS 短信存储区(PREFERRED SMS MESSAGE STORAGE)AT+CRES 恢复 SMS 设置(RESTORE SMS SETTINGS)AT+CSAS 保存 SMS 短信设置(SAVE SMS SETTINGS).1 AT+CSCA SMS 效劳中心地址(SMS SERVICE CENTER ADDRESS)AT+CSCB 选 择 小 区 播 送 短 讯(SELECT CELL BROADCAST SMS

15、MESSAGES)AT+CSDH 显 示SMS 文 本 方 式 参 量(SHOW SMS TE*T MODE PARAMETERS)AT+CSMP 设置 SMS 文本方式参量(SET SMS TE*T MODE PARAMETERS)AT+CSMS 选择信息效劳(SELECT MESSAGE SERVICE)2、SIM300 发送短信的流程是：1，AT+CMGF=1 设置短信为 TE*T 方式 2，AT+CSCA=“GSM 设置模块为发短信模式 3，AT+CMGS=“13*设置发送短信的目标 4，发送短信容 5，发送完毕标志 0*1a 4.2.3NMEA183 协议 NMEA183 协议有 4

16、 个根本命令 1，GPGGA GPS 定位信息 2，GPGSV 可见卫星信息 3，GPGSA 当前卫星信息 4，GPRMC 推荐定位信息 以下是他们各自的格式$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,0000*77 UTC 时间，hhmmss时分秒格式 纬度 ddmm.mmmm度分格式前面的 0 也将被传输 纬度半球 N北半球或 S南半球 经度 dddmm.mmmm度分格式前面的 0 也将被传输 经度半球 E东经或 W西经 GPS 状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 正在使用解算

17、位置的卫星数量0012 前面的 0 也将被传输 HDOP 水平精度因子0.599.9 海拔高度-9999.999999.9 地球椭球面相对水准面的高度 差分时间从最近一次接收到差分信号开场的秒数，如果不是差分定位将为空 差分站 ID 号 00001023前面的 0 也将被传输，如果不是差分定位将为空$GPGSV,3,1,12,16,65,013,43,06,48,143,03,42,167,23,39,323,49*74 1)天空中收到讯号的卫星总数。2)定位的卫星总数。3)天空中的卫星总数，00 至 12。4)卫星编号，01 至 32。5)卫星仰角，OO 至 90 度。6)卫星方位角，OOO

18、 至 359 度。实际值。7)讯号噪声比C/No，00 至 99 dB；无表未接收到讯号。.1 8)Checksum.(检查位).$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,2.1,1.2,1.7*3D$GPGSA,$GPGSA,A,3,16,23,31,32,14,1.53,1.20,0.95*0A 模式：M=手动，A=自动。定位型式 1=未定位，2=二维定位，3=三维定位。PRN 数字：01 至 32 表天空使用中的卫星编号，最多可接收 12 颗卫星信息。PDOP 位置精度因子0.599.9 HDOP 水平精度因子0.599.9 VDOP 垂直精度因子0.599.9 Chec

19、ksum.(检查位).$GPRMC,050458.000,A,2459.8991,N,10242.8698,E,0.37,130.03,190808,A*66 UTC 时间，hhmmss时分秒格式 定位状态，A=有效定位，V=无效定位 纬度 ddmm.mmmm度分格式前面的 0 也将被传输 纬度半球 N北半球或 S南半球 经度 dddmm.mmmm度分格式前面的 0 也将被传输 经度半球 E东经或 W西经 地面速率000.0999.9 节，前面的 0 也将被传输 地面航向000.0359.9 度，以真北为参考基准，前面的 0 也将被传输 UTC 日期，ddmmyy日月年格式 磁偏角000.01

20、80.0 度，前面的 0 也将被传输 磁偏角方向，E东或 W西 总结 本设计的创新点在于利用了成熟 GPS 和 GSM 网络实现了大围的准确追踪，精度到达4m 以。利用高速单片机不仅是本钱降低，且反响速度也很快。目前，本系统经过测试，根本到达了预期的目标要求，但是还存在一定的局 限性。有待在以下方面作进一步的研究:(l)降低系统功耗，进一步完善电源模块设计，充分考虑车用电源的特性;(2)实现车载终端的图像采集和上传功能，并在图像压缩算法上有所尝试;(3)随着高端手机的开展，手机支持电子地图也越来越普及，下一步将实现车 载终端和手机之间的 GPRS 数据传输，彻底摒弃车载终端、车主和监控中心三方

21、组 成的定位模式，降低监控中心的效劳费用。参考文献 1蔡声镇，吴允平等.基于 GSM/GPRS 和嵌入式技术的环保监控系统.师大学学报:自然科学版，2005，21(3):14 2筱管，孟庆春等.GPS 技术在城市交通状况实时检测技术中的应用J.海洋大学学报，2002，32(3)3基余，征航，王越虎等.全球定位系统原理及其应用四.测绘，1993 4ElliotD.Kaplan 著，邱致和等译.GPS 原理与应用囚.:电子工业，2002:2430：手机收到的定位地图：.1 主要程序：void main()/uchar temp;uchar i=0,j=0,Flg=0,temp=0;static u

22、char JDtmp;static uchar WDtmp;gps_uart1_initial();gprs_uart2_initial(0,1,-(FOSC/32/BAUD);/初始化 uart2，波特率 9600，其他默认 EA=1;/开总中断/GPRS_TCP_Init();/发送数据 while(1)Get_Data();if(DW=A)/已定位 if(JDtmp=JD7&WDtmp=WD7)Flg=0;else Flg=1;JDtmp=JD5;WDtmp=WD5;if(Flg)/经纬度位置发生变化 Flg=0;U1_Flg=0;/*gprs_uart2_send(DW);gprs_uart2_send(J);gprs_uart2_sends(JD);for(i=0;i9;i+)gprs_uart2_send(JDi);gprs_uart2_send(W);gprs_uart2_sends(WD);for(i=0;i8;i+)gprs_uart2_send(WDi);.1 */GPRS_TCP_Send();i=time_m0;while(!GPRS_SMS_Send()if(i!=time_m0)break;