GPS遠端定位監控系統的設計

　　引 言

　　GPS(全球定位系統)的主要應用之一是對車(chē)輛進(jìn)行監控和管理。采用目前最完善的GSM(全球移動(dòng)通信系統)技術(shù)，不僅使企業(yè)客戶(hù)和個(gè)人用戶(hù)對車(chē)輛的監控管理更準確、快捷，范圍更寬廣，而且大大降低了企業(yè)客戶(hù)對GPS車(chē)輛監控的前期投入費用。只需要一臺電腦，再配上監控管理軟件，便可以對公司或單位內所有安裝GPS的車(chē)輛進(jìn)行全天候、超遠程的監控。這種監控系統主要由GPS無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統和監控系統兩部分組成。

　　1 GPS無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統的結構組成

　　GPS無(wú)線(xiàn)收發(fā)系統由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(jiàn)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(xiàn)單元和接收單元兩大部分組成。天線(xiàn)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(dòng)從天線(xiàn)接收GPS衛星發(fā)送的射頻信號，經(jīng)過(guò)一系列的處理過(guò)程，通過(guò)并行通道完成對視界內最佳位置衛星的跟蹤，測出從衛星到天線(xiàn)的傳播時(shí)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(guò)串口不斷發(fā)送出來(lái)，通過(guò)對這些數據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)議組裝成數據包傳遞給GSM發(fā)送模塊。其硬件組成見(jiàn)圖2。采用AT89C51處理器，由于數據的接收和發(fā)送都是通過(guò)串口來(lái)實(shí)現，本文中采用TL16C554來(lái)擴展串口，TL16C554是一個(gè)整合4通道的異步通信組件，它的每個(gè)通道都能與外圍設備進(jìn)行數據通信，實(shí)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(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模塊與單片機之間采用標準的串行口進(jìn)行通信，通信的最高波特率可達115.2 kbit/s。GSM。模塊與SIM卡問(wèn)主要通過(guò)SIMCLK和SIMDATA信號線(xiàn)進(jìn)行數據通信。為了保證發(fā)送短消息與短消息到達之間的時(shí)間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個(gè)電信運營(yíng)商提供的。

　　2 后臺監控系統的組成

　　后臺監控系統由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(guò)串口傳送到計算機，然后調用地理信息管理軟件來(lái)顯示當前目標所在的位置。其框架結構見(jiàn)圖3。

　　3程序設計

　　3.1 GPS數據的接收處理

　　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(huì )制定的NMEA-0183通信標準格式。其輸出數據采用的是ASCII碼，內容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向以及衛星狀況等信息，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算出的GPS導航定位信息通過(guò)串口傳送到信息處理模塊中。由于從串口接收的數據幀是一長(cháng)串ASCII碼字節流，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)分類(lèi)提取之前是無(wú)法加以利用的。因此，必須通過(guò)程序將各個(gè)字段的信息從接收到的字節流中提取出來(lái)，將其轉化成有實(shí)際意義的定位信息數據。對GPS信息進(jìn)行提取必須首先明確其幀結構，數據幀主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成。對于不同的數據幀，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幀內數據的組成和結構特點(diǎn)。各幀均以回車(chē)符和換行符作為幀尾，標識一幀的結束。對數據幀處理是先對幀頭進(jìn)行判斷，然后只對感興趣的幀進(jìn)行數據的提取處理。由于幀內各數據段被逗號分割，因此在處理接收數據時(shí)一般首先通過(guò)搜尋ASCII碼"$"來(lái)判斷是否是幀頭，接著(zhù)對幀頭的類(lèi)別進(jìn)行識別，然后根據識別出的幀類(lèi)型和逗號"，"個(gè)數確定當前正在讀取的是哪個(gè)定位導航參數，并進(jìn)行相應的提取和存儲。本文中主要對"$GPGGA"進(jìn)行分析與處理，程序流程見(jiàn)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(zhù)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(jìn)行驗證，否則可能會(huì )出錯。

　　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 結束語(yǔ)

　　采用基于GSM網(wǎng)絡(luò )的GPS遠端監控系統，便可以很好地對車(chē)輛進(jìn)行監控，根據需要來(lái)進(jìn)行調度。這種系統具有成本低、維護費用低、通信可靠的特點(diǎn)，可以廣泛使用在物流、客運、航空等行業(yè)。