基于GPS的群组动态跟踪定位系统

1、基于GPS的群组动态跟踪定位系统作品编号A330组长 周文斌小组成员 谢皓 谷小婧引言 该作品是以GPS网络为基础，以无线通信网络为依托，通过ARM7和uClinux平台来实现群组成员之间的相互动态跟踪定位。由GPS接受器、ARM微控制器、CDMA无线模块、Flash存储芯片，以及LCD液晶屏组成。本群组动态跟踪定位系统能帮助使用者获得极佳的地理信息导航帮助，以及实现对集群内其他成员的位置信息监控，可用于考察队、车队、消防、公安等小组成员的相互定位和控制中心对所有成员的定位。. 总体方案1.1 作品介绍及特点随着近年来科技的发展以及人们对通信及导航技术的要求进一步提高，以全球定位系统(GPS)

2、 定位技术为主的定位导航及监控技术得到了高速的发展。GPS导航定位技术在众多的行业中都得到了广泛的应用，如交通、航海、安全等众多的领域。然而，大多数已经投入使用的GPS导航监控设备都只有接收功能，只能实现自身定位或把位置信号传送给监控中心，无法实现在任意GPS终端上显示其他终端的位置信息。市场上也没有现成的软件可以支持多的数据采集、实时显示。而在网络连接方面，目前附带了数据传输功能的设备大多数也仅仅是通过GSM网络发送短消息或使用无线路由器的方式进行数据的传输和接收。但是由于短消息延时不确定、速度慢、容易丢失；而无线路由器通信的有效距离太短，受地势限制较强，需外接天线，携带不方便。这些缺点使得

3、目前这类系统的稳定性低，适用性差。而现有的使用GPS与CDMA技术结合的混合定位系统产品仅是把CDMA网络作为对GPS信号不佳时的补充，没有充分利用无线通讯网络的优势，并不能实现多终端的相互定位功能。本系统通过基于的CDMA2000无线网络来发送和接收终端的GPS位置信息，采用LCD液晶屏作为显示设备，采用高性能的基于ARM7内核的微控制器作为控制核心。除了可以把终端的GPS位置信息传给监控中心外，还实现了在任意GPS终端上显示其他终端的位置信息的这一新功能，并且可靠性、可升级性高，运营成本低。特别适用于考察队、车队、消防、公安等行动需要密切配合群组，用于小组成员间的相互定位和控制中心对所有成

4、员的定位。1.2 系统组成在本跟踪定位设备中，涉及的核心技术是全球定位系统GPS和无线通信网络，下面简单介绍这两个系统的核心模块。GPS（Global Positioning System，全球定位系统），是美国的国防导航卫星系统，是一个全球性、全天候、全天时、高精度的导航定位和时间传递系统。24颗卫星位于6个倾角为55°的轨道平面内，高度为20 182 km，周期近12小时。卫星用两个 L波段频率发射单向测距信号，区别不同卫星采用码分多址。它是一个军民两用系统，提供两个等级的服务。GPS系统是为全球范围内的飞机、舰船、坦克、地面车辆、步兵、导弹以及航天飞机等提供全天候、连续、实时、

5、高精度的三维位置、三维速度和精确时间，因此，具有极高的军用价值和民用前景。CDMA是码分多址的英文缩写（Code Division Multiple Access），CDMA是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端由使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。 CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、成本低等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。GPS-CDMA群组动态跟踪

6、定位系统的一个终端的组成如图1所示：图1 群组动态跟踪定位系统的组成框图群组动态跟踪定位系统大致工作流程为:首先，终端定位设备通过自带的GPS接收模块获得自身的具体地理位置信息以及附属信息（如速度和时间等）。然后设置自带的CDMA模块，将刚才通过GPS接收模块所获得的具体信息传输给集群中其他的终端和监控中心。之后通过CDMA接受模块接受其他终端传输的GPS信息和监控中心的监控信息。最后通过键盘控制在LCD液晶屏上显示自身的状态（如速度、时间、航向）和集群中其他终端的位置信息。本系统内各终端通过相应的传输协议，对所监视的终端设备进行当前所在的位置、速度等相关信息的实时监视,并可通过无线网络对受控

7、终端进行控制,实现移动终端之间的双向数据传输，用于集群内各终端间的跟踪定位。通过键盘操作，本跟踪定位系统可以自由添加群组内的任意终端为接受或发送信息的对象；也可以选择是否开启CDMA收发功能，不需要发送或接收时就可以关闭该功能，来提高电池的续航能力。2. 系统硬件框架整个群组动态跟踪定位系统的硬件框图如图2所示。其中核心控制器使用意法半导体的的STR710F，该芯片是一款基于ARM7内核的芯片，它一方面具有ARM处理器的低功耗,高性能等优点，同时又具有丰富的片上资源,非常适合嵌入式产品的开发；GPS接收模块采用Atmel公司的ATR0601和ATR0625,由于内嵌了uBlox公司的GPS F

8、irmware Super Sense系统，信号接收能力强；CDMA模块采用CDMA2000 1×，特点是内嵌了TCP/IP协议，使用简单，性能稳定。显示部分采用的是SMG240128A(240*128)点阵图型液晶模块,可显示8行汉字,每行15个的高品质点阵。片外存储设备使用的是意法公司生产的Flash存储体M28W320ECB。SRAM芯片使用的是TOSHIBA公司生产的TC55V8200FT-12，优点是价格便宜，与控制器的接口简单(高速SPI总线)，每块2M容量,两块并联使用。键盘使用ZLG7290B，不使用数码管，只使用其键盘扫描管理功能。图2 群组动态跟踪定位系统的硬件框

9、图3. 系统软件框架在整个群组动态跟踪定位系统中，全套软件系统由用户软件和定位系统底层驱动软件组成。这里以定位系统底层驱动软件的流程图来说明整个系统的软件是如何设计和运作的。整个群组动态跟踪定位系统的底层驱动软件划分成8个模块，由主模块和多个子模块组成。这里，使用了实时嵌入式系统uClinux, 其优点是功能强大，对系统资源的占用要求小，实时响应，而且可以很轻松地实现多个任务的调度。更重要的是由于STR710F没有内置存储器管理单元(MMU),而uClinux不支持MMU。软件的工作流程如下：系统加电后首先启动uClinux内核，等系统完成加载后启动应用程序。程序首先对串口和usb接口进行初始

10、化，然后主程序开启多进程，分别运行GPS接收进程、CDMA收发进程、键盘和显示器响应进程。GPS接收进程主要完成对GPS模块通过串口发送过来的数据流的提取和分析；CDMA收发进程完成对CDMA模块的USB接口操作，判断是否处于发送或接收状态，如果是提取存储的队友列表然后将自己的信息发送给他们，而接收模块则定期到USB接口提取收到的信息，当不需要发送或接收就可以关闭该功能，来提高电池的续航能力；键盘和显示器进程则对键盘的按键进行响应和定时刷新显示器。 主函数流程图 GPS接收模块流程图 CDMA发送模块流程图 CDMA接收模块流程图 键盘主流程图 键盘对应的PIO中断 定时器中断 LCD显示流程

11、图4. 系统移植uClinux就是Micro-Control-Linux，即针对微控制领域而设计的Linux系统，uClinux是有一个Linux内核裁剪而来，最大的不同是uClinux不支持MMU，特别时候没有MMU的处理器芯片。uClinux具有一个完整的TCP/IP协议栈，同时对其他很多网络协议提供支持，因此在众多的SOC中，uClinux在网络方面的表现特别突出。因此，我们引入uClinux作为我们的STR710F片上系统，这样可以利用uClinux的丰富接口和底层驱动，帮助我们缩短开发时间，提高开发质量。搭建一个uClinux，需要做的是：首先在Linux下建立一个交叉编译环境，然后对Linux内核进行裁剪编译，制作成镜像，并且建立根文件系统，接着编写系统引导程序，最后加载到ARM芯片上。 5进一步的工作进一步的工作包括板子的制作与调试，系统的移植与调试，应用程序编写与调试以及最后的总体调试。3. 总结与展望本套跟踪定位系统，以GPS网络、无线通信网络为基础，不但实现了监控中心对各终端的定位，还实现了在任意终端上显示其他终端的位置信息的这一新功能。并且可靠性高，可升级性高，运营成本低。本套跟踪定位系统的控制核心采用的高性能的基于ARM7内核的微控制器，因而无论是性