（轮机工程专业论文）基于gps和计算机技术的内河船舶油耗自动监控系统的设计.pdf

独创性声明 f y 脚删1 删8 脚7 删9 栅6 枷舢1 5 朋 f 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：魏塑2 乏日期：丝丛生丝# 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：劢舀边导师( 签名) ：嘲日期么物步盱 随着科技的进步，社会的快速发展，g p s 技术在我们的生活、生产中的应 用越来越广泛。国内外对g p s 的油耗监控这一领域的研究主要应用在汽车方面， 然而在船舶方面的应用有很大的空白。 随着油价的上涨，各车辆企业、船舶公司对油耗的管理要求越来越高。内 河船舶油耗受到航道和水流的影响很大，并且航行工况变化很大。不同航段应 该对应不同的经济航速，利用g p s 定位技术，来确定船舶当前位置，从而来指 导和监控船舶的航速，以达到节能之目的。由此可见，基于g p s 的内河船舶油 耗自动监控系统能够起到很好的节能作用。以g p s 定位技术和计算机技术相结 合，对内河船舶油耗进行监控，已是内河航运企业及需解决的技术难题之一。 本论文的设计是利用g p s 和计算机技术的特点，与内河油耗监控仪相结合， 开发出能够良好控制船舶在内河航段油耗量的监控系统，基于g p s 和计算机技 术的内河油耗监控仪有以下优点： l 、携带方便：控制单元与g p s 、信息模块及外围设备所占空间很小。 2 、数据采集准确：即时采集船舶地理位置，迅速收到油耗数据的反馈，特 别的数据采集方式，数据更加准确、稳定、可靠。 3 、数据实时传输：设备第一时间将船舶位置、油耗等数据传输至后台。 4 、功能强大：监控系统搭配的软件能够把读出的数据进行处理并且记录， 让管理者能够更好的了解船舶位置，同时监控自己船舶每个时段的各项油耗数 据。 基于g p s 和计算机技术相结合的内河油耗监控仪，数据传输及时、准确、 迅速，极大方便了耗油管理。 具备传统g p s 定位设备的基本功能，及时了解船舶航行动态和航行工况， 根据当前和历史油耗记录记录，进行信息统计和分析。在统计分析的基础上生 成统计分析报表，方便了船舶的管理，也可以用图表方式记录油耗变化。 随着高科技电子产品在船舶中的大量使用，基于g p s 和计算机技术相结合 的内河油耗监控仪耗将会得到广泛的应用。 关键词：单片机，g p s ，信息模块 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h et e c h n o l o g ya d v a n c e sa n dt h e r a p i dd e v e l o p m e n to fs o c i e t y , g p s t e c h n o l o g yb e c o m e sw i d e l yu s e di no u rl i v e sa n dp r o d u c t i o n g p sm o n i t o r i n go ft h e f u e lc o n s u m p t i o no fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c hi nt h i sf i e l da r eu s e di n m o t o rv e h i c l e s ，h o w e v e r , t h ea p p l i c a t i o no f t h e s h i pi sv e r ye m p t y w i t ht h er i s i n gp r i c e so fo i l ，t h ev e h i c l ec o m p a n i e sa n ds h i pm a n a g e m e n t c o m p a n i e sh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yd e m a n d i n gf u e lc o n s u m p t i o n i n l a n dw a t e r w a y s a n ds h i pf u e lc o n s u m p t i o nw a sag r e a ti n f l u e n c eo nw a t e rf l o wa n dn a v i g a t i o n c o n d i t i o n sv a r yw i d e l y d i f f e r e n te c o n o m i cs e c t o r ss h o u l dc o r r e s p o n dt oad i f f e r e n t 8 i ) a g t ，t h eu s eo fg p sp o s i t i o n i n gt e c h n o l o g yt od e t e r m i n et h ec u r r e n tp o s i t i o no ft h e s h i p ，s ot og u i d ea n dm o n i t o rt h es h i p ss p e e dt oa c h i e v ee n e r g y - s a v i n gp u r p o s e s t h u s ，b a s e do nt h eg p sa u t o m a t i cm o n i t o r i n go fr i v e rs y s t e mo ft h es h i pf u e l c o n s u m p t i o nc a np l a yag o o de n e r g ys a v i n ge f f e c t w i t hg p sp o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y a n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t om o n i t o rt h ef u e lc o n s u m p t i o no fi n l a n ds h i p si sa l r e a d y i n l a n ds h i p p i n gc o m p a n i e sa n do n eo ft h et e c h n i c a lp r o b l e m st ob es o l v e d t h ed e s i g no ft h i st h e s i si st h eu s eo fg p sa n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , f e a t u r e s ， a n dr i v e rc o m b i n e df u e lc o n s u m p t i o nm o n i t o r i n gd e v i c e , d e v e l o p e di nt h er i v e rc a n b eag o o dl e gt oc o n t r o lt h es h i pf u e lc o n s u m p t i o nm o n i t o r i n gs y s t e m ，b a s e do ng p s a n dc o m p u t e rt e c h n o l o g y , f u e lc o n s u m p t i o nm o n i t o ri nr i v e rh a st h e f o l l o w i n g a d v a n t a g e s ： 1 ，p o r t a b l e ：t h ec o n t r o lu n i ta n dg p s ，t h ei n f o r m a t i o nm o d u l ea n dp e r i p h e r a l e q u i p m e n tf o o t p r i mi ss m a l l 2 ，a c c u r a t ed a t aa c q u i s i t i o n ：r e a l t i m es h i pl o c a t i o na c q u i s i t i o n , r e c e i v e dp r o m p t f e e d b a c ko nf u e lc o n s u m p t i o nd a t a , p a r t i c u l a r l yd a t ac o l l e c t i o nm e t h o d s ，d a t ai sm o r e a c c u r a t e ，s t a b l ea n dr e l i a b l e 3 ，r e a l t i m et r a n s m i s s i o no fd a t a ：l o c a t i o no fe q u i p m e n tw i l ls h i pt h ef i r s tt i m e , f u e lc o n s u m p t i o na n do t h e rd a t at r a n s m i s s i o nt ot h eb a c k g r o u n d 4 ，p o w e r f u l ：m o n i t o r i n gs y s t e m 丽mt h es o f t w a r ea b l et or e a do u tt h ed a t a p r o c e s s i n ga n dr e c o r d ，s ot h a tm a n a g e r sc a nb e t t e ru n d e r s t a n dt h es h i p sp o s i t i o n , 武汉理工大学硕士学位论文 w h i l em o n i t o r i n gt h e i rs h i p se a c ht i m et h ef u e lc o n s u m p t i o nd a t a g p sa n d c o m p u t e rt e c h n o l o g yb a s e d o i lac o m b i n a t i o no fi n l a n df u e l c o n s u m p t i o nm o n i t o r i n gd e v i c e ，d a t at r a n s f e rt i m e l y , a c c u r a t e ，f a s t ，g r e a tc o n v e n i e n c e f o rf u e lm a n a g e m e n t g p sp o s i t i o n i n gd e v i c ew i n lt h et r a d i t i o n a lb a s i cf u n c t i o n s ，t ok e e pa b r e a s to f d e v e l o p m e n t sa n ds a i l i n gs h i p ss a i l i n gc o n d i t i o n s ，f u e lc o n s u m p t i o nr e c o r d sb a s e do n t h ec u r r e n ta n dh i s t o r i c a lr e c o r d s ，s t a t i s t i c sa n da n a l y s i so fi n f o r m a t i o n b a s e d0 1 1t h e s t a t i s t i c a la n a l y s i so ft h es t a t i s t i c a l a n a l y s i so fr e p o r t sg e n e r a t e dt o f a c i l i t a t et h e m a n a g e m e n to ft h es h i p ，y o uc a na l s oc h a n g e 谢t l lt h ef u e lc o n s u m p t i o nr e c o r d e d g r a p h i c a l l y w i t ht h eh i g h - t e c he l e c t r o n i cp r o d u c t si nal a r g en u m b e ro fs h i p su s i n gg p sa n d c o m p u t e rt e c h n o l o g yb a s e do nac o m b i n a t i o no fi n l a n df u e lc o n s u m p t i o nm o n i t o r i n g d e v i c ew i l lb ew i d e l yu s e d k e yw o r d s ：s i n g l e c h i pc o m p u t e r ；g p s ；i n f o r m a t i o nm o d u l e m 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 目录 1 1 本课题研究的目的和意义及现状分析1 1 2 本课题完成的主要工作2 1 3 系统功能介绍2 第2 章内河船舶油耗自动监控系统相关技术 。4 2 1 内河船舶油耗自动监控系统定位技术4 2 1 1g p s 应用概述4 2 1 2g p s 组成4 2 1 3g p s 定位原理及特点5 2 1 4g p s 的应用领域6 2 2 内河船舶油耗自动监控系统的无线传输技术7 2 2 1g s m 系统的网络结构。7 2 2 2 短消息的介绍8 第3 章船舶油耗自动监控系统的总体方案设计 3 1 船舶油耗自动监控系统的结构组成1 l 3 2 系统各模块选择1 1 3 2 1 控制模块选择1 l 3 2 2 定位模块选择一1 3 3 2 3 通信模块选择。1 4 3 2 4 显示模块选择。1 4 3 3 本章小结1 4 第4 章内河船舶油耗自动监控终端的硬件设计 1 6 4 1i t s 2 3 2 介绍1 7 4 1 1r s 2 3 2 概述17 4 1 2r s 2 3 2 接口标准、电平介绍1 7 4 2g p s 模块通信电路设计。2 0 4 3g s m 模块外围电路设计2 1 4 3 1g s m 模块t c 3 5 i 的介绍2 1 4 3 2t c 3 5 i 通信模块电源电路的设计2 4 i v 武汉理- t 大学硕士学位论文 4 3 3t c 3 5 i 通信模块启动电路的设计 4 3 4t c 3 5 i 数据通信接口电路的设计 4 3 5 通信模块的s i m 卡电路 4 4l c d 模块电路设计。 4 5 控制电路设计 4 6 本章小结 第5 章船舶油耗监控系统的软件设计 5 1 船舶油耗监控系统的软件设计基础 5 1 1 系统软件开发环境 5 1 2 通信方式及参数3 2 5 1 3 通信协议和a t 指令3 3 5 2 船舶油耗监控系统的软件设计总体框架3 5 5 3 单片机对g p s 和g s m 的控制程序设计3 6 5 3 1 主模块3 8 5 3 2 公共函数模块：3 9 5 3 3g s m 模块4 0 5 3 4g p s 模块。4 3 5 3 5l c d 模块4 9 5 3 6m c u 模块5 0 5 4 本章小结5 1 第6 章总结和展望 5 2 6 1 论文总结5 2 6 2 课题今后的研究方向5 3 参考文献5 4 致谢5 7 攻读硕士学位期间发表的论文。5 8 v 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 本课题研究的目的和意义及现状分析 g p s 的船舶油耗自动监控系统采用了g p s 技术，纵观国内外g p s 技术的发 展越来越成熟。g p s 所提供的连续、高精度的船位不仅是船舶导航定位和保证 船舶安全重要手段之一，同时利用g p s 的定位还可以监控内河船舶在不同航段 的油耗，对内河船舶的节能减排也会发挥其极其重要的作用，而后者的研究还 处于起步的阶段。 近几年来，国内的g p s 技术得到不断的发展，并且逐步走向成熟。2 0 1 1 年 4 月1 0 日4 时4 7 分，我国完成了今年北斗导航系统组网卫星的第一次发射：在 西昌卫星发射中心用“长征三号甲”运载火箭，成功将第八颗北斗导航卫星送入预 定轨道。据统计，这是我国“十二五”期间的首次航天发射。针对本次成功发射的 北斗导航卫星，具有重大的意义，它标志着北斗区域卫星导航系统的基本系统 建设已经完成，同时，我国自主卫星导航系统建设进入新的阶段。 目前，国内的g p s 油耗监控仪主要应用在车辆方面。车辆方面的g p s 油耗 监控系统具有工作稳定、使用范围广、油耗采集精度高、g p s 定位准确不漂移、 安装简单功能扩展性强等特点。一方面，可以实时监控每个时段的油耗数据； 另一方面，还可以自动生成各种油耗相关数据，更好的为控制成本提供依据【l 】。 但基于g p s 和计算机技术相结合的内河油耗监控仪的研究还处在起步阶段，因 此，开展基于g p s 和计算机技术相结合的内河油耗监控仪的研究具有极其重要 的意义。 船舶行业作为能源消耗的主要行业之一，而且以消耗成品油为主，约占全 社会油品消耗量的3 0 左右，加强交通行业节能减排工作具有重要意义。船舶 是能源消耗大户，也是污染和温室气体排放的大户。每年船舶消耗数亿吨燃油， 其节能效果的好坏对国民经济的影响很大。内河船舶是我国船舶行业很重要的 一部分，对内河船舶油耗进行监控，无疑是节能减排的重要措施之一。 随着国内外油价的上涨，而原油资源的有限，同时各种车辆、船舶的数量 也不断的快速增长，两个增长就促使我们大家要更好的利用燃油，如何提高燃 油的经济性是一个重要的课题。一方面，内河船舶油耗受到航道和水流的影响 很大，另一方面，船舶航行的工况变化也很大。针对船舶在不同航段应该对应 武汉理工大学硕士学位论文 不同的经济航速，利用g p s 定位技术，来确定船舶当前位置，从而来指导和监 控船舶的航速，以达到节能之目的。由此可见，基于g p s 的内河船舶油耗自动 监控系统能够起到很好的节能作用。 1 2 本课题完成的主要工作 本课题的主要任务是设计一个基于g p s 和计算机技术相结合的内河油耗监 控系统，达到实时监控并且指导内河船舶耗油量的目的。它可以广泛应用于各 种船舶的油耗监控领域，具有一定的通用性。船舶上的轮机人员可以通过外接 的显示器任意查询船舶在各个时间点、各个地段的油耗量。轮机人员可以根据 显示器监控的实时数据，就能够采取相应的经济航速，这样使监控任务变得更 加便捷。 本设计监控终端的具体工作可分为以下几个主要方面： 首先，对整个要设计的系统进行分析研究，同时了解内河船舶油耗的特 点。 依据对内河船舶定位、信号传输的功能特点来确定合适的定位模块、通 信模块、显示模块、控制模块，并进行详细了解。 进行总体的设计方案，同时确定系统的总体框架。 根据设计方案完成相应的硬件设计，包括定位模块电路和设计、通信模 块电路的设计、显示模块及控制电路的设计。 最后，进行程序的软件编写。 1 3 系统功能介绍 采取的研究方法和技术路线如下： 在本设计中首先对油量传感器的数据进行实时采集，与此同时，g p s 采集 的地理坐标等信息传输至微机模块，利用通信模块将相关信息传送到公司。根 据当前航道的情况确定出油耗限制值，对数据与门限值进行比较，利用显示装 置告知轮机员应该采取的相应的经济航速值。 ( 系统框图) 2 武汉理工大学硕士学位论文 本系统的监控终端外接的主要监控设备有： ( 1 ) g p s 模块，负责船舶的航段定位，主要把船舶地理坐标转换成单片机 的数字信号，之后发送到微机模块，这样单片机就得到一个准确的船舶航段信 息。 ( 2 ) 信息模块，把单片机获得的地理坐标和油耗数据信息传达到公司，公 司再通过公司的关于内河不同航段所用定量油耗的数据库做好判断，油量应该 减少或者是增加做出准确灵敏判断，把判断信息再次通过信息模块传递给微机 模块。 ( 3 ) 显示模块，采用液晶模块，可以显示到当前油耗大小和当前航段正确油 耗大小，以及流量和油份浓度的实时数值。 ( 4 ) 公司首先获得船舶的地理坐标，同时具有一个关于内河不同航段所用 定量油耗的数据库，主要是负责监控船舶油耗的机构，在监控的同时并且做出 正确的决策来决定船舶油耗的大小。 3 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章内河船舶油耗自动监控系统相关技术 2 1 内河船舶油耗自动监控系统定位技术 本系统中，对于内河船舶油耗自动监控系统的定位采用的是g p s 技术，通过 g p s 模块接内河船舶的位置信息来实现内河船舶的定位。由于g p s 技术本身的优 势使得它在目前的船舶定位系统中有很大的优势，下面简要介绍一下g p s 的相关 技术。 2 1 1g p s 应用概述 全球定位系统英文简称g p s ，也就是g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m 。基于g p s 的 很多特点，它现在是远程导航和定位的最通用的方式。g p s 全球定位系统定位有 很多优点：首先，它具有很高的可靠性和准确性，其次，它的应用覆盖了全球 的各个领域，并且提供了许多定位设备不具备的应用特性。由于g p s 全球定位系 统和它的通信性能都非常好，并且还在一致性等方面表现出前所未有的优势， g p s 受到了用户们的青睐。 g p s 全球定位系统的研制实施计划共分为以下三个阶段。第一阶段：方案的 论证阶段，这个阶段在1 9 7 2 1 9 7 6 之间；第二阶段：系统测试和工程研发阶段， 这个阶段在1 9 7 7 1 9 8 4 ，对实验卫星进行了发射并且测试，取得十分不错的成果， 在这个阶段中系统达到了预定的设计目标；第三阶段：是实用组网阶段，在 1 9 8 5 1 9 9 3 之间，这个阶段得到了初步发展。直到1 9 9 3 年，g p s 全球定位系统的 最后一颗卫星进入轨道，耗资3 0 多亿美元的g p s 全球卫星定位系统直到这时才正 式全面投入使用。 g p s 系统的用户接收设备的基本部分是g p s 信号接收器，其作用是接收，跟 踪，变换和测量g p s 卫星发射的信号，以便实现导航和定位的目的。g p s 系统 的用户是隐藏的，并且是一个单向的系统，只需要用户能接收到g p s 的传输信号， 所以g p s 系统的用户数是无限的。 2 1 2g p s 组成 g p s 全球定位系统包括空间部分，地面控制部分和用户部分。 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 1 ) 空间部分 全球定位系统的工作空间由g p s 卫星组成，总共有2 4 颗。它们共同构成全球 定位系统卫星的星座，包括2 1 颗导航卫星，3 颗备用卫星。2 4 颗卫星分布在6 个 轨道上，卫星运行周期约1 2 个小时，每个g p s 卫星的运转使g p s 用户能够更好的 导航和定位。到目前，g p s 卫星均匀地覆盖着全球。如果要确保在任何时刻都可 以看到地球上的精确位置，至少需要4 颗g p s 卫星。 ( 2 ) 控制部分 全球定位系统的控制部分，它们分布在全球的各个跟踪站，根据其不同的 作用，这些跟踪站又分为一个主控站，五个监测站和三个注入站。主控站的作 用是基于对g p s 观测数据，监测、计算卫星的时钟并修正参数，通过卫星将这些 数据发到各个跟踪站。另外，它对卫星的控制、方向有很好的作用。当工作卫 星出现故障，可以调度备用卫星，替代低效卫星的工作。此外，主控站也有监 察站的职能，该监测站接收卫星信号，起到监控卫星工作情况的作用。 ( 3 ) 用户设备部分 g p s 信号接收机的任务是：首先捕获至u g p s 信号，根据卫星信号的高度截止 角，跟踪这些卫星的运行，并对所接收到的信号进行放大、变换和处理，测量 出此信号从接收机天线到达卫星的传播时间。然后，解译出g p s 卫星所发送的导 航电文，进行实时地计算出测点的三维位置、三维速度和时间。所有的用户都 可以共享g p s 卫星发送的导航定位信息资源。不管是对于陆地，还是海洋和空间 的广大用户，只要拥有g p s 信号接收机，就可以在任何地点、任何时间利用用 g p s 信号进行导航定位。由于用户的使用目的不同，用户要求的接收机也各有差 异。至今，世界上有很多厂家生产g p s 接收机，数量繁多，性能差异很大，所以 用户要根据自身需求谨慎选择。 2 1 3g p s 定位原理及特点 g p s 定位的基本原理是在已知的卫星瞬时，坐标( 可以计算出卫星轨道参数 的基础上) 的条件下，利用全球定位系统卫星和接收天线之间的距离，采用空 间距离后方交会的方法，以确定用户的接收天线的位置。 一、g p s 定位方式 根据g p s 定位方式的不同，分为相对定位和绝对定位两种方式。 1 、相对定位：所谓相对定位是由两台g p s 接收机来决定的。他们是放置在 5 武汉理工大学硕士学位论文 基线两端，使用相同的g p s 卫星同步观测，以确定基线在地球坐标系中端点的相 对位置，被称为相对定位。就g p s 相对定位而言，它又依据g p s 接收机不同的状 态，可分为两种相对定位：动态相对定位和静态相对定位。 2 、绝对定位：所谓的绝对定位是相对于相对定位来说的。它的基本原理是 以卫星和用户接收机之间的测量距离为基础，由已知的卫星瞬时坐标，来确定 用户接收机天线的点位，这个点位就是观测站的位置。就g p s 绝对定位而言，它 又根据不同状态下的用户接收机天线，可分为静态绝对定位和动态绝对定位两 种绝对定位。 二、g p s i 贝i j 量特点 与传统的测量相比，g p s 狈i j 量具有以下特点： 定位仪器操作简单。目前，随着接收机的自动化程度的越来越高，g p s 接收机的操作也越来越智能化。所以，观测人员只需对g p s 天线做一些简单设置， 然后开机并设定参数，g p s 接收机便可进行自动观测和记录，极大方便了用户的 使用。 高精确度。利用g p s 常规测量，在不n 5 0 公里的基线内，其准确性高达 l x l 0 6 的相对定位精度；在超过1 0 0 0 公里的基线可达l x l o r s 。 三维坐标。g p s 测量可同时精确测定测站点的三维坐标，其高精度已可 满足四等水准测量的要求。 全天作业。至今，定位卫星的数量大增加，分布在地球上空的密度增加， 所以就保证了测量者在任何地点或者任何时间进行连续观测。一般情况下，不 受气候条件的影响，可以进行2 4 d 时全天作业。 观测时间短。定位技术的不断发展伴随着g p s 相关的软硬件的升级，g p s 观测的精度越来越高，时间越来越短。在静态相对定位时仅需2 0 分钟左右，而 在动态相对定位仅需几秒钟。 观测站间无需通视。在进行测量的过程中，各个测站间不需要相互通视， 并且可自行确定点位，可以更加灵活方便的进行选点工作。 2 1 4g p s 的应用领域 g p s 的应用领域极为广泛，常见的领域有：船舶，汽车，飞机等等。在每个 领域，它的应用又是多种多样的，例如：船舶远洋导航定位、船舶进港引航、 地面车辆跟踪和城市智能交通管理、紧急救生、汽车自主导航、个人旅游、飞 6 武汉理工大学硕士学位论文 机航路引导和进场降落、野外探险、个人通讯终端( 与手机，p d a ，电子地图 等集成一体) 。目前，各种智能手机一般都配备g p s 功能，常见的操作系统有安 卓、苹果、塞班。就安卓操作系统而言，h t c 品牌的手机发展的十分迅猛，例 如，h t cg 8 手机采用g p s 和e d g e 双重模式定位。 2 2 内河船舶油耗自动监控系统的无线传输技术 内河船舶油耗自动监控系统的无线传输技术主要运用到g s m 技术，g s m 是 英文g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s 的简称，中文含意是全球移动通信 系统。 我们经常提到的双频网络g s m 9 0 0 、d s c l 8 0 0 ，都是g s m 标准。这两个系统 在功能方面是相同的，而在各自的频率是不同的，如：d s c l 8 0 0 i 作在1 8 0 0 m h z 左右，而g s m 9 0 0 的工作频率在9 0 0 m h z 。在我国，最早使用的是g s m 9 0 0 网络 频率，因为用户的数量和通信网络规模的迅速发展，导致当时的网络频率变得 日益紧张，为了缓和了高话务密集区无线信道日趋紧张的状况，所以引入了 d c s l 8 0 0 。如今的通信系统采用了以前的g s m 9 0 0 网络为基础，并且d c s l 8 0 0 网 络为补充的组网方式，形成了g s m 9 0 0 d c s l 8 0 0 双频网，从而更好地满足用户增 长的需求。使用双频手机的用户，可以在s m 9 0 0 d c s l 8 0 0 两者之间进行自由的 切换，并且能够自动的选择最佳信道进行通话。为适应g s m 9 0 0 d c s l 8 0 0 双频网， 获得更高的市场份额，世界著名移动电话设备生产厂商竞相开发并推出多频段 的手机，至今，常见的生产厂家有宏达h t c 、苹果i p h o n e 、联想、摩托罗拉、飞 利浦、爱立信、诺基亚等【2 l 。 2 2 1g s m 系统的网络结构 g s m 全称全球移动通信系统，最初由欧洲国家制定设计。在整个g s m 制定 过程中，它们联合了欧洲2 0 多个国家的电信运营部门、生产厂家和研究所组成 的标准化委员会设计的。g s m 最开始提出是在1 9 8 2 年，直到1 9 9 2 年g s m 才在欧 洲各大运营者开始商业服务。至今，g s m 已经在全世界1 0 0 多个国家和地区投入 使用。我国对于g s m 的起步比较晚，在1 9 9 3 年开始建立g s m 实验网，到目前已 经建成了覆盖全国的数字蜂窝移动通信网。 1 g s m 系统的主要组成 g s m 由三个部分组成，它们包括基站子系统( 简称基站b s ) 、网络子系统和 7 武汉理工大学硕士学位论文 移动台。基站子系统由基站收发台( b t s ) 和基站控制器( b s c ) 组成；网络子系统 由操作维护中心( o m c ) 和移动交换中心( m s c ) 以及原地位置寄存器( h l r ) 、设备 标志寄存器( e i r ) 、鉴权中心( a u c ) 和访问位置寄存器( v l r ) 等组成。 2 g s m 的识别号码、识别、地址和区域划分 1 ) 识别号码 g s m 是一个十分复杂的网络系统，它由交换系统、基站子系统和移动台组 成。如果要拨向g s m 系统，要用到m s i s d n ( m 0 b i l es u b s c r i b e ri n t e r n a t i o n a l i s d n p s t nn u m b e r ) ，它用于公用交换电信网( p s t n ) 或综合业务数字网( i s d n ) 拨向g s m 系统的号码。 根据c c i t t ( 国际电报电话咨询委员会) 的建议，m s i s d n 构成如下： m s i s d n = c c + n d c + s n ( 总长不超过15 位数字) 其中c c = 国家码( 如中国为8 6 ) ； n d c = 国内地区码； s n = 用户号码。 若在以上号码中将国家码c c 除去，就成了国内身份号码，也就是我们日常 所说的”手机号码”。目前，我国g s m 的国内身份号码为1 l 位。 2 ) 区域划分 所谓的区域划分，它的依据是地理位置范围，g s m 系统分为g s m 服务区， 移动交换控制区( m s c 区) 、基站区、公用陆地移动网( p l m n ) 业务区、位置区( u ”、 和小区f 3 1 。 2 2 2 短消息的介绍 1 、s m s 的定义 通俗来说，s m s 也就是我们通常使用的手机短信。s m s 是一种存储和转发 服务，短消息并不是直接从一方发送到另一方，而是在每次发送短消息时都要 经过s m s 中心进行转发。如果电话已关机，也就是g s m 信号处于未连接状态， 则消息将在手机用户信号正常时再次进行连接并且发送。s m s ( s h o r tm e s s a g e s e r v i c e ) 短消息服务，它通过g s m 网络提供并且传输有限长度的文本数字或文字 信息。这种信息的传输是在g s m 手机之间，或者是在手机与其他短消息之间， 还可以通过业务中心进行文字信息收发。所谓的业务中心是独立于g s m 网络的 一个业务处理系统，它具有转发、存储、提交短消息的主要功能，在完成网络 8 武汉理工大学硕士学位论文 互通的同时，还可以实现来自其他s m e 的短消息的传递，这里的s m e 指短消息 实体：s h o r tm e s s a g ee n t i t y ，常见的有自动台人工台及各种s p 建立的资讯平台 等。 用户在使用手机的g s m 系统时，主要有两大功能：一个是获得通话服务， 另一个是获得短消息业务，后者是另一种特殊并且重要的服务。通常，手机用 户也把短消息称作短信息或短信。根据短消息实现的方式不同，短消息业务可 以分为点到点和点到多点两种类型。 1 ) 点到点 点到点短消息业务，是最常见的一种短消息业务。它是指将一条短消息经 短消息服务中心从一个实体发送到指定目的地址的一种业务。点到点短消息业 务发送的信息经过编码后最大长度为1 4 0 个字节( 最多发送1 6 0 个英文字母或者7 0 个中文汉字) 。 2 ) 点到多点 点到多点短消息业务，也就是小区广播短消息业务，它是指通过发送信息 的基站向指定区域中所有短消息用户发送短消息的业务。移动通信公司经常使 用这种方式，特别是针对在一个特定地区的g s m 用户，如股票信息，交通信息， 天气，新闻，广告等通用信息。例如，当你进入某个大型商场时收到一些广告； 在世博会，进入通信展馆或者汽车展馆的时候，你会收到一条欢迎信息，并且 告诉你参观须知，这些都是小区广播的信息。 2 、s m s 的特点： 1 ) 双向服务 s m s 的发送可以是一种有保证的双向服务，大部分用户的手机发送短信， 往往有一条消息报告。s m s 发送方在短消息发送后可以得到一条确认通知 传递成功或失败的信息，以及发送失败的原因。 2 ) 开通方便 现在所有的手机都自动支持短消息，不需要申请开通。只要在手机上做一 些简单的设置，就可以使用这项服务了1 4 1 。 3 ) 可存储性 可存储性，是指s m s 采用的是存储转发模式，当发出短消息后并不是 直接发送给对方。首先，短消息存储在短消息服务中心，然后，再由短消息中 心将短消息转发至接收方。如果接收方当时不在服务区内或关机，短消息服务 中心就会自动保存该条短消息( 一般情况下保存不超过3 天，通常为2 4 d 时) ，等 9 武汉理工大学硕士学位论文 到接收方开机或者在服务区出现的时候再发送给接收方。 4 1 点到点 要使用s m s ，只要知道对方的手机号码，就可以向对方发送短消息。这样 的点对点工作方式使得手机如同连接网络的计算机一样，可以随时随地的建立 连接。 除此之外，s m s 还具有收费低廉、内容丰富、随时随地、准确性、可核查 性、不可抵赖性等优点。同时，它也有一些无法忽视的缺点：单调性、长度受 限制、数据传送速率低。总体看来，本设计中使用s m s 作为g p s 信息的传送载体 是一个很好的选择。 3 、s m s 的格式规范 s m s 是由欧洲电信标准化协会( e t s i ) 制定的一个规范，主要有三种格式： b l o 式、t e x t 模式和p d u ( p r o t o c o ld e s c r i p t i o nu n i t ，协议数据单元) 模式。b l o 基本上被淘汰，不再阐述。t e x t 模式是基于a s c i i 码字符的一模式，优点是每 一条命令通俗易懂，并且容易实现；缺点是不能收发中文信息。p d u 模式是基 于十六进制形式字符的，这种模式同时支持中文和英文两种语文的短信。p d u 模式包括u c s 2 编码、8 - b i t 和7 - b i t 。 p d u 模式的三种编码介绍如下： u c s 2 编码可以用来发送u n i c o d e 字符。 8 - b i t 可以用来发送铃声和图片等。 7 - b i t 编码可以用来发送普通的a s c i i 字符。 在这三种编码中，p d u 式在g s m 移动设备中使用得最为普遍。在使用p d u 模式中，采用7 - b i t 编码，最多可发送1 6 0 个字符；采用8 - b i t ，最多可发送1 4 0 个字 符；采用1 6 - b i t 编码，最多可发送7 0 5 汉字字符。在发送时，需将8 位( h e x ) 字节 数据编码成8 位( o c t ) 字节发送；在接收时，需将( o c t ) 字节解码成7 位( a s c i i ) 字 节。由于本设计中g p s 数据都是a s c i i 码字符，设置的请求信息也是a s c i i 码字 符，所以t e x t 模式就能满足设计需求。在使用t e x t 模式时，还可以减少使用 p d u 编码和解码部分代码，从而节省了代码空间 5 1 。 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章船舶油耗自动监控系统的总体方案设计 本系统的总体设计方案，主要由g p s 模块和g s m 模块两大部分组成。首 先单片机接受g p s 模块定位的地理坐标，然后通过g s m 模块发出地理坐标到 公司系统，系统鉴别地理坐标，根据地理坐标确定船舶的位置信息。公司系统 根据内河油耗的数据库获得对应的最佳油耗，然后发送最佳油耗数据，内河船 舶油耗自动监控系统通过g s m 模块收到油耗数据，并且显示在l c d 屏上。 3 1 船舶油耗自动监控系统的组成 根据g p s 和计算机技术的内河船舶油耗自动监控系统的实现要求进行系统 设计，根据设计特点与系统要求，基于g p s 和计算机技术的内河船舶油耗自动 监控系统的设计与实现主要由四个部分组成：定位部分、控制部分、通讯部分、 显示部分。首先、定位部分获得装置所在的位置信息，是通过使用g p s 模块来 实现。其次、控制部分主要是对定位部分和通讯部分进行操作和控制。然后控 制的主控制单元是单片机依次通过接口和定位部分、通讯部分按照指定的协议 进行数据通讯，从而实现操控。其中的通讯部分主要使用g s m 模块实现无线数 据传输。显示部分主要是