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圣约翰科技大学专题研究结合Google Map之自行车行踪记录装置单位:电机系职级:教授姓名:郭政谦执行日期:98年05月20日至99年11月19日目 录一系统架构与研究方法.031系统架构032硬件架构与流程图033软件接口与流程图12二计划研究结果.151硬件测试流程152软件测试流程163系统实测16三结论与未来展望.181结论.182未来展望18四参考数据.19摘 要为提升国人的生活质量及身心健康,近年来各县市政府均积极的普设自行车车道,以提供一个合适的健康休闲活动处所,此举使国人在自行车的骑乘比例上,迅速且不断的攀升。同时,基于我国在全球信息产业的领先地位上,积极发展资通讯科技的应用,亦为我国所与推广之要向。基于此,本计划提出一个结合GPS卫星定位系统之与GPRS无线传输之功能,研发一套自行车之行踪记录与实时通报系统,以利于自行车用户能记录所行经之路线,并透过与Google Map之结合,做行踪之查询与纪录。此外,用户亦可透过GPRS模块,达到立即的数据传送,使家人或朋友可以在网络可达之处所,立即的查询自行车用户目前所在之位置,俾利于安全性及实用性之增强。本计划所研制之装置,除可用于自行车使用者,亦可轻易的使用于病人或老人之实时追踪或行踪记录,提供一个方便且实用之平台,为未来之远距医疗,提供一个合适的工具。一、系统架构与研究方法1 系统架构 本计划在自行车上装置了一套系统,结合了GPS定位与GPRS无线传输的功能。GPS定位系统是将卫星讯号透过一个四对一多任务器将数据储存,GPRS无线传输则可透过基地台连接因特网将数据传回主机,并可实时监看,使其可记录行车路径,也可实时掌握使用者行踪,以确保使用者安全。图1 系统架构图2 硬件架构与流程图 本系统电源使用12V/1.2A电池,供给GPRS模块使用,电池经由电压转换,转成5V及3V电源供给微处理器及GPS使用,GPS接受讯号传送给多任务器,经由多任务器判断数据是否正确,再经由GPRS无线传输,将数据送回基地台,透过因特网将数据传送至主机。如图2所示。图2硬件架构图2.1 微处理器单元 本计划采用ATMEL公司所出产的AT89C52微控制器(MCU),AT89C52采用8051之核心所制成且具有以下之优点:l 内建可重复读写的8K Bytes的程序内存(ROM),最大可外接至64K Bytes。l 内建128 Bytes的数据存储器(RAM),最大可外接至64K Bytes。l 具有32个可控制的I/O接口,并将32个接口分成4组。l 具有3个16 Bit计数器/定时器。l 具有8个中断源。l 具有全双工的串行传输通讯端口。l 低功耗以及省电。除了上述优点之外还具有使用容易、方便取得、售价便宜等优势。图3 AT89C52内部方块图2.2 GPS单元GPS采用Fastrax公司所生产的UP300模块,采用第三代SIRFstar芯片,拥有绝佳的定位能力、微弱信号抓取与自动追踪功能,可自动侦测使用内建天线或是外接天线,GPS数据格式采用NMEA标准格式,可透过UART接口传送数据给单芯片。如图4所示。图4 GPS模块2.3 GPRS单元 GPRS采用弋扬科技的(EGD-01-1)模块,采用SIM300芯片,该模块能与单芯片透过UART接口沟通,并针对模块下达AT指令使其能够连上GPRS网络。表1为连接GPRS网络所需的指令。表1 连接GPRS网络相关指令表脚本结束字符范例回传间隔回传字符代表意义AT+CSTT=APN0DhAT+CSTT=”internet”0Dh立刻0Dh0AhOK0Dh0Ah已连上SIM卡厂商系统AT+CIICR0DhAT+CIICR0Dh约1秒内0Dh0AhOK0Dh0Ah已连上GPRS网络AT+CIFSR0DhAT+CIFSR0Dh立刻0Dh0AhIP地址0Dh0Ah已取得IP地址AT+CIDSTART=”TCP”,”远程主机IP地址”,”端口号”0DhAT+CIDSTART=”TCP”,”221.120.9.10”,”1234”0Dh立刻0Dh0AhOK0Dh0Ah远程主机联机中不一定约5-10秒0Dh0Ah0Dh0AhCONNECT OK0Dh0Ah已联机远程主机AT+CIPSHUT0DhAT+CIPSHUT0Dh立刻0Dh0AhSHUT OK0Dh0Ah已中断GPRS网络联机AT+CIPCLOSE0DhAT+CIPCLOSE0Dh立刻0Dh0AhCLOSE OK0Dh0Ah已中断远程主机联机AT+CIPSEND0DhAT+CIPSEND0Dh立刻0Dh0Ah20h送讯准备完成Message1AhMessage 1Ah约1秒0Dh0AhSEND OK0Dh0Ah成功送出讯息说明 代表填入一个ASCII字符IP地址代表由GPRS网络给予的IP值,格式为xxx.xxx.xxx.xxx所有送到EDS-01模块的字符或字符串,EDS-01模块会将这些字符或字符串重复输出一次例如:送出AT+CIICR0Dh指令,EDS-01模块会先响应AT+CIICR0Dh,再回应0Dh0AhOK0Dh0Ah2.4 数据储存单元 Micro SD(Micro Secure Digital)记忆卡为一种闪存,其具有体积小、可重复写入、低功耗、大容量等特性,目前已广泛使用在多种电子器材如手机、数字相机、PDA等,基于上述优点本系统选用Micro SD为储存装置。 数据储存模块采用Atmega328芯片所制成,属于开源码之模块,不仅可以自行修改韧体程序,也可以更新韧体,而控制指令也非常简单。本计划选用之Micro SD模块可利用UART传输接口控制,其控制指令如下表:表2 Micro SD模块指令表指令功能new建立新档案rm删除档案ls查看目录size显示档案大小md建立子目录cat将16进制数据写入档案read读取档案内容baud更改鲍率2.5 数据选择单元数据选择单元采用CD74HC4052E IC所完成,CD74HC4052E IC为两组连动的四对一多任务器,用途为切换GPS单元、GPRS单元、数据储存单元与单芯片之间的沟通路径。2.6 硬件成品 硬件电路如图4、5,图4为GPRS模块,该模块涵盖GSM900/1800/1900 三频寛,支持数据(Data)、传真(Fax)、简讯(SMS)、语音(Voice)传输,并提供串行通讯端口可经由AT 对模块进行控制,图5为GPS模块硬件电路,包含微处理器、GPS模块、Micro SD卡、多任务器。图5 GPRS模块图6 硬件成品图2.7 硬件流程图 启动设备之后,设备将进行初始化,判断GPRS是否运作,若是GPRS运作中,撷取GPRS数据及GPS数据,判断GPS数据是否正确,若是正确,将GPS数据写入数据储存模块,判断GPRS是否连上因特网,若是,将GPRS数据传送回主机。若GPRS非运作中,则直接抓取GPS数据存入数据储存模块,若GPS数据不正确,则一直撷取GPS数据直至正确为止,若GPRS无连接到因特网,则撷取GPS数据存入数据储存模块。如图5所示。图7 硬件流程图3 软件接口与流程图3.1 软件接口 本系统使用VB软件设计一套dat转文件成kml,其接口与操作方法及功能如图6、图7、图8所示。 当Micro SD卡数据经计算机读取,开启VB程序主页面,点取任务栏上*.dat-*.kml按钮,选取要进行转换的档案,确认档案路径,按下开始转换按钮,转换完毕之后,即可将档案传送至Google Maps观看路径。 若想要实时观看行经路径,在开启VB程序主页面时,等待GPRS模块的连入,便可随时将档案传送至Google Maps,以观看实时路径图8软件主要接口图图9 档案转换接口图图10 确认档案转换接口3.2 软件流程图 启动程序,将程序初始化,判断GPRS是否联机,若是联机,判断资料是否传入,若有传入,判断此资料是否为第一笔,若是第一笔,建立一个新档案,将GPS数据写入,返回判断资料是否有传入。若GPRS无联机,等待到GPRS联机。若数据没有传入则等待数据传入,若非第一笔数据,则开启档案,将GPS数据写入,返回判断数据有无写入。图11 软件流程图二、计划研究结果1. 硬件测试流程l GPS模式1. 插入SD卡2. 接上主电源3. 按下GPS电源开关4. 黄灯闪烁,GPS模块接收卫星数据5. 等待黄灯恒亮,GPS模块定位成功6. 开始记录路径数据7. 结束记录路径数据8. 将SD数据取出,转换档案,放到Google Map观看路径l GPS+GPRS模式1. 插入SD卡2. 接上主电源3. 按下GPRS开关4. 绿灯闪烁,GPRS联机中5. 等待绿灯恒亮,GPRS联机完成6. 按下GPS电源开关7. 黄灯闪烁,GPS模块接收卫星数据8. 等待黄灯恒亮,GPS模块定位成功9. 开始记录路径数据10. 从计算机上面连上Google Map直接观看路径11. 结束记录路径数据12. 将SD数据取出,转换档案,放到Google Map观看路径2 软件测试流程l 档案转换1. 将SD卡插入计算机2. 开启VB程序主页面3. 点取任务栏上的*.dat-*.kml按钮4. 选择要转换的档案5. 确认档案路径,按下开始转换按钮6. 转换完毕,将档案上传至Google Maps观看路径l GPRS纪录路径1. 开启VB程序主页面2. 等待GPRS模块连入3. 随时将档案传送至Google maps观看路径3 系统实测 本系统经实际走访,记录由圣约翰科技大学出发,行经淡金路三段,登辉大道,进入淡水市区,直至淡水捷运站之路径,如图1图2所示,实际行经路径与在Google maps上所显示之路径完全相符,由此可知本系统可以准确有效的记录下用户的行车路线,由卫星空照图及传统丈量地图都可以撷取到正确的行车路径。图1 Google Map 卫星空照图图2 Google Map传统丈量地图三、结论与未来展望1 结论 本计划成功运用GPRS及GPS模块结合Google Map完成一套行踪记录装置并进行实测与分析。 本系统经实际在自行车上进行测试,将GPS及GPRS的数据数据传输至Google Map,测试结果,可以精确记录行车路线,印证了本系统实用性及可靠性。2 未来展望 本计划所研究的自行车行踪记录与实时通报系统之研制,经由各种实验数据证实,不论GPS卫星定位系统或GPRS无线传输系统皆可准确记录行车路径。本计划对GPRS和GPS系统尚有可改善的空间,因此,对于未来的研究方向有几点建议: 1. 可以运用在失智老人身上,加以预防老人走失。 2. 本硬件装置体积还是略嫌过大,希望将来可以研发出携带方便的设备。四、参考文献1. Elliots D. Kaplan,,”Understanding GPS:Principles and Applications”, Artech House, 19962. Leick, A., GPS Satellite Surveying, John Wiley & Sons, New York, 20043. Cai, Jain and David J. Goodman.” General Packet Radio Service in GSM.” IEEE Communications Magazine 35(10):122-131. 1997.4. Jean-Marie_Zogg,”GPS Basics”, u-blox ag, October 2001 5. Quentin Ladetto, Vincent Gabaglio, Bertrand Merminod, ”Combining Gyroscopes, Magnetic Compass and GPS for Pedestrian Navigation”, Gerdetic Engineering Laboratory, Institude of Geomatics, Swiss Federal Institude of Technology, Lausanne, Switzerland. 6. 黄映瑞、周天颖、穆青云、陈章毅GPS 结合GIS 及GPRS 建置车队管理系统之应用,第二届数字地球研讨会,中华民国93年5月。7. 黄书猛、张中权、陈韦廷、何宣霈、袁筱GPS辆定位及GPRS回报Web版监控系统 ,台湾地信息学会会暨学术研讨会,中华民国94年。8. 彦志整合GPRSGPS应用于田间车辆行走路径数据传输之基础研究,国台湾大学生物产业机电工程学研究所硕士文,中华民国95年6月。9. 张家荣用GPS 卫星研究台湾上空电层闪烁现象,国中央大学太空科学研究所硕士文,中华民国97年6月。10. 陈木良适用于物流业之追踪系统国立成功大学工程科学学系硕士论文,中华民国96年7月。11. 苏仕杰、李瑞卿、李勇霖结合Google Maps与GPS之定位系统制作铭传大学计算机与通讯工程学系。12. 洪瑞堂以GPS卫星反射讯号量测湿沙土表面粗糙度,国立成功大学地球科学系硕士论文,中华民国

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