基于GSM短信模塊的定位跟蹤系統設計方案

摘要：目前大多GPS設備只能接收GPS信息,不能實(shí)現GPS信息轉發(fā)。而本文介紹了一種基于GSM短信模塊的定位跟蹤系統,實(shí)現了通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )傳輸GPS信息功能。該系統主要由Atmega16單片機、GPS接收機GR-87、以及GSM短信模塊TC35i組成。系統能夠及時(shí)準確地將GPS獲得的信息傳送給GPS設備,在緊急情況下能夠實(shí)現短信報警。

GPS 作為成熟實(shí)用的全球精密測時(shí)、測距、導航、定位系統在諸多領(lǐng)域均有廣泛的應用。目前市面多數GPS 設備只有單向通信能力，只能接收GPS信息，而不能將GPS 信息轉發(fā)。一旦持有GPS 設備的人員發(fā)生意外，他人不能及時(shí)了解當事人狀況。而本文設計實(shí)現的系統不僅能夠定時(shí)接收全球衛星定位信號，并且能通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )向未持有GPS設備的用戶(hù)按需發(fā)送信息；同時(shí)在意外發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)將包含地理信息的報警短信發(fā)送到特定手機號碼進(jìn)行報警操作。

1 硬件系統設計

基于GSM 短信模塊的定位跟蹤系統硬件系統主要有GPS 信息接收機、單片機控制控制模塊（主機、從機）、信息發(fā)送模塊、手機接收測試部分及其他外圍電路組成（見(jiàn)圖1）。GPS 信息接收機接收到的GPS 信息經(jīng)過(guò)串口發(fā)送到單片機控制模塊中的主機部分；主機將選擇出來(lái)的信息通過(guò)同步串行接口（SPI 接口）傳送給MCU 控制模塊的從機部分；從機對信息進(jìn)行編碼；編碼后的消息經(jīng)過(guò)短信發(fā)送模塊發(fā)送到指定的手機。

摘要：目前大多GPS設備只能接收GPS信息,不能實(shí)現GPS信息轉發(fā)。而本文介紹了一種基于GSM短信模塊的定位跟蹤系統,實(shí)現了通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )傳輸GPS信息功能。該系統主要由Atmega16單片機、GPS接收機GR-87、以及GSM短信模塊TC35i組成。系統能夠及時(shí)準確地將GPS獲得的信息傳送給GPS設備,在緊急情況下能夠實(shí)現短信報警。

GPS 作為成熟實(shí)用的全球精密測時(shí)、測距、導航、定位系統在諸多領(lǐng)域均有廣泛的應用。目前市面多數GPS 設備只有單向通信能力，只能接收GPS信息，而不能將GPS 信息轉發(fā)。一旦持有GPS 設備的人員發(fā)生意外，他人不能及時(shí)了解當事人狀況。而本文設計實(shí)現的系統不僅能夠定時(shí)接收全球衛星定位信號，并且能通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò )向未持有GPS設備的用戶(hù)按需發(fā)送信息；同時(shí)在意外發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)將包含地理信息的報警短信發(fā)送到特定手機號碼進(jìn)行報警操作。

1 硬件系統設計

基于GSM 短信模塊的定位跟蹤系統硬件系統主要有GPS 信息接收機、單片機控制控制模塊（主機、從機）、信息發(fā)送模塊、手機接收測試部分及其他外圍電路組成（見(jiàn)圖1）。GPS 信息接收機接收到的GPS 信息經(jīng)過(guò)串口發(fā)送到單片機控制模塊中的主機部分；主機將選擇出來(lái)的信息通過(guò)同步串行接口（SPI 接口）傳送給MCU 控制模塊的從機部分；從機對信息進(jìn)行編碼；編碼后的消息經(jīng)過(guò)短信發(fā)送模塊發(fā)送到指定的手機。

圖1 系統硬件邏輯框圖

1.1 定位跟蹤模塊

GPS 全球定位系統包括GPS 網(wǎng)絡(luò )和專(zhuān)業(yè)的地面接收設備。接收設備可以顯示出當前地理信息、時(shí)間信息等；如果將當前的信息發(fā)送給信息管理中心，便可以接受管理中心的統一調度?；贕SM短信模塊的定位追蹤系統便是基于后一種理論進(jìn)行設計實(shí)現的。GPS 模塊接收來(lái)自GPS 衛星系統的C/A 碼，單片機控制模塊根據信息碼計算得到當前的地理信息位置和時(shí)間信息等。GPS 接收模塊的硬件主要包含接收天線(xiàn)、接收機、電平轉換電路以及進(jìn)行GPS 信息數據處理的單片機控制模塊中的主機部分（見(jiàn)圖2）。

圖2 GPS 接收模塊原理框圖

GPS 接收模塊是系統的信息源。硬件實(shí)現過(guò)程中采用了型號為GR-87 的GPS 接收模塊。該GPS接收端的主要參數為：默認的發(fā)送地理信息的頻率是1HZ,其時(shí)間誤差為±0.1s,距離誤差為10 米之內。該型號GPS 接收端的信號輸出電平為T(mén)TL 電平，需要外加電平轉換電路。最后使用MAX232芯片及其相關(guān)電路來(lái)輔助完成串口通信。

1.2 單片機控制模塊

單片機控制模塊采用Atmega16L 芯片作為處理器，對GPS 信息數據進(jìn)行存儲和處理。本芯片是8 位的AVR 單片機，具有16KB系統內可編程Flash,具有高可靠性、高速度、高性能、低功耗等特點(diǎn)，同時(shí)該芯片擁有豐富的外圍引腳以及接口電路，方便系統的設計開(kāi)發(fā)。

該系統用到兩個(gè)單片機控制模塊，分別作為系統的主機和從機。單片機控制模塊中的主機部分用于接收GPS 模塊接收到的GPS 信息并對信息進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，篩選出用戶(hù)需要的信息，將信息以串行通信方式傳送給從機模塊（見(jiàn)圖3）；從機部分對數據進(jìn)行編碼，將編碼后信息傳送給GSM 模塊，根據需要GSM 將信息發(fā)送到指定號碼。

圖3 SPI 同步串行通信模塊

1.3 GSM 接口

TC35i 模塊是西門(mén)子公司推出的一種無(wú)線(xiàn)通信模塊，它是集射頻電路、基帶于一體，向用戶(hù)提供標準的AT 命令接口，為數據、語(yǔ)音、短信息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶(hù)的開(kāi)發(fā)設計及應用。在該系統中TC35i 直接受從機控制，在收到控制信號后，將從機傳送來(lái)的信息內容發(fā)送給特定的手機號碼。

圖4 GSM 短信息模塊框圖

2 軟件系統設計

軟件設計采用了模塊化的設計方式，系統軟件由一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序構成。主程序負責完成對各個(gè)功能模塊（子程序）的調用。系統軟件的其他部分還涉及到單片機與GSM 模塊之間的串行通信、單片機控制模塊中主機和從機間的SPI 模式通信、單片機對GPS 信息的解碼、對GSM-At 指令的編碼等。

主程序功能是：系統開(kāi)機后對GPS 模塊、GSM模塊初始化，控制主機部分接收來(lái)自GPS 接收模塊的GPS 信息，篩選出其中的特定部分存儲，將數據以SPI 通信方式傳給從機；控制從機部分對信息進(jìn)行編碼并傳送給GSM 模塊。主程序功能框圖如圖5所示。

圖5 軟件系統的流程框圖。

2.1 系統初始化子程序

系統初始化子程序完成設置系統串口波特率、啟動(dòng)串口、初始化數據存儲單元任務(wù)，實(shí)現單片機控制模塊、外圍器件以及GSM 模塊的初始化工作。

單片機控制模塊從機部分和GSM 短信模塊進(jìn)行異步串行通信，需對串口進(jìn)行設置：

（1）工作方式。

GSM 通信模塊的數據接口配置為8 位數據位、1 位停止位、無(wú)校驗位，因此設置單片機的串行口工作方式為異步通信模式。

（2）波特率設定。

Atmega16L 單片機控制系統的晶振為3.6864M,波特率需為9600b/s,所以根據記數初值的計算公式：X=256-fose × （1/384） × 波特率，UBRRL=0x16 （USART 通信）。

2.2 軟件定時(shí)程序

系統通過(guò)設置16 位定時(shí)器1 的寄存器初始值實(shí)現定時(shí)功能。系統采用頻率為3.6864MHz 的晶振， 機器周期近似為0.3 us , 初始化時(shí)預置TCNT1H=0xD4,TCNT1L=0xFF,（FFFFH-D4FFH）×0.3us=3.3ms,因此每3.3ms 中斷一次。流程圖如圖6 所示。

圖6 定時(shí)器中斷子程序

2.3 SPI 同步串行通信

使用SPI 主從模式進(jìn)行通信關(guān)鍵是時(shí)鐘同步，一般為主機輸出同步時(shí)鐘，從機輸入同步時(shí)鐘。系統設定主機定時(shí)在第5 個(gè)時(shí)間段時(shí)開(kāi)始發(fā)送數據，從機每收到一個(gè)字節數據就產(chǎn)生一次SPI 中斷，在中斷程序中將數據取走放到相應的存儲單元。

2.4 單片機給GSM 模塊發(fā)送AT 指令程序設計

單片機通過(guò)GSM-AT 指令控制GSM 模塊發(fā)送短消息。指令執行過(guò)程需要單片機與GSM 模塊完成交互應答，每次發(fā)送或接收的字節數都有嚴格規定，二者必須依據規定實(shí)現數據交換。本段子程序主要實(shí)現的功能是系統上電、完成初始化后，將數據形成短信發(fā)送到GSM 網(wǎng)。程序的流程圖如圖8所示。

圖7 SPI 串行通信流程圖

在單片機向GSM 模塊發(fā)送指令時(shí)，需要注意以下問(wèn)題：

1、AT 指令的指令符號、數據、PDU 數據包等都是以ASCII 編碼形式傳送的；2、需將把手機的短信息工作模式設置為PDU格式，通過(guò)指令AT+CMGF=0 完成；3、單片機向手機發(fā)送指令需以回車(chē)符結束，表示該條指令的結束。如單片機向手機發(fā)送AT+CMGF=0這條指令，序列為41H,54H,2BH,42H,4DH,47H,46H,3DH,30H,30H,0DH,最后一個(gè)字節0DH（回車(chē)符）表示該條指令結束。

圖8 AT 指令程序流程圖

2.5 發(fā)送短消息子程序

發(fā)送短消息子程序是整個(gè)系統程序的核心部分。初始短信息已經(jīng)經(jīng)過(guò)編碼存放在了存儲器中，當需要發(fā)送時(shí)，從存儲器中直接提取出來(lái)，以ASCII碼的形式進(jìn)行發(fā)送。

發(fā)送短消息子程序流程圖如圖9 所示：

圖9 短信息發(fā)送程序流程圖

3 總結

GPS 定位信息準確，GSM 網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍廣，使用GSM 網(wǎng)絡(luò )傳輸GPS 定位信號，汲取了GPS 定位系統的精確性、GSM 網(wǎng)絡(luò )費用低廉，短信消息能夠被重發(fā)確保被叫方能夠收到的優(yōu)點(diǎn)，拓展了GPS信號的應用范圍，特別是解決了GPS 設備持有者因發(fā)生意外無(wú)法及時(shí)報警，不能得到及時(shí)救治的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測試，基于GSM 短信模塊的定位跟蹤系統能夠及時(shí)準確的將GPS 信息準確的發(fā)送到指定的手機號碼；同時(shí)可以設置安全距離等信息，當持有GPS 接收設備的人員出了安全范圍，系統會(huì )向指定手機時(shí)時(shí)發(fā)送GPS 接收設備的地理位置。

圖1 系統硬件邏輯框圖