基于GPS和GPRS的追踪系统研究报告

1、.1基于GPS和GPRS的追踪器1 引 言 随着GPRS无线通讯、Internet网络以及民用领域GPS的普遍应用，将三者合一使用已成为当今热门的研究领域 GPRS(General Packed Radio Service，通用分组无线业务)采用TCPIP协议，非常容易和现有的Internet技术及应用平台整合，即将各种IP技术和效劳同移动通信技术相结合，为用户提供各种高速度、高质量的移动数据通信业务GPRS的移动通信、价格低廉、快速登陆、永远在线、组网灵活、信道保障、小功率防雷击等特点使得GPRS已逐渐取代GSM网络 GPS(Global Positioning System，全世界定位系统

2、)除了更多地应用于高精尖端测量、测绘及导航领域外，也更多地推动了其在低本钱、低精度的民用小型GPS设备领域的开展和使用GPS收发机的主要任务就是捕获一定高度截止角所选择的待测卫星的信号，同时对接收到的GPS信号进展变换放大和处理，解译出GPS卫星所发送的导航电文，最终实时计算出该观测站的三维位置、三维速度和时间 整个系统方案如图1所示，带有两个串口的微控制器一方面获取来自GPS接收模块的导航数据，另一方面将这些数据经过适当处理后转换为GPRS可以传送的数据，并通过网络送入控制中心，当用户需要获得相应的追踪数据时，通过网络即可2 总体方案 基于微控制器的GPS+GPRS系统，主要由以下几个局部组

3、成：微控制器模块、GPS+GPRS模块、键盘及LCD显示屏等其根本原理框图如以下图所示MCU 串口1GPS模块 串口2GPRS模块MCU通过两个串口接收和发送信号到GPS和GPRS模块，MCU通过串口0中断接收GPS发出的状态信息(包括三维位置、三维速度、时间、航向等)并保存，经软件打包后通过串口1发送到GPRS模块GPRS模块受MCU控制将此信号转换为射频信号短信网络发送网址，手机用户通过翻开短信里的网址，就可以得到追踪器所在位置。3 硬件选型 该系统在选型时，在满足使用要求的根底上，主要的选择目标是体积重量小、能耗低的产品以满足室外使用和便于老人小孩携带的要求3.1 MCUSTC12C5A

4、60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。部集成MA*810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。1.增强型8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统80512.工作电压：STC12C5A60S2系列工作电压：5.5V- 3.3V5V单片机STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V- 2.2V3V单片机3.工作频率围：0 - 35MHz，相当于普通8051的 0420MHz4

5、.用户应用程序空间8K /16K / 20K / 32K / 40K / 48K / 52K / 60K / 62K字节.5.片上集成1280字节RAM6.通用I/O口36/40/44个，复位后为：准双向口/弱上拉普通8051传统I/O口 可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏 每个I/O口驱动能力均可到达20mA，但整个芯片最大不要超过55mA7. ISP在系统可编程/IAP在应用可编程，无需专用编程器，无需专用仿真器 可通过串口P3.0/P3.1直接下载用户程序，数秒即可完成一片8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无部EEPROM)

6、9. 看门狗10.部集成MA*810专用复位电路外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地11.外部掉电检测电路:在P4.6口有一个低压门槛比较器 5V单片机为1.32V，误差为+/-5%,3.3V单片机为1.30V，误差为+/-3%12.时钟源：外部高精度晶体/时钟，部R/C振荡器(温漂为+/-5%到+/-10%以) 1用户在下载用户程序时，可选择是使用部R/C振荡器还是外部晶体/时钟 常温下部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz 3.3V单片机为： 8MHz12MHz 精度要求不高时，可选择使用部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准13.共4个16位定

7、时器 两个与传统8051兼容的定时器/计数器,16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器 做串行通讯的波特率发生器 再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟15.外部中断I/O口7路,传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块， Power Down模式可由外部中断唤醒， INT0/P3.2, INT1/P3.3, T0/P3.4, T1/P3.5, R*D/P3.0, CCP0/P1.3(也可通过存放器设置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也

8、可通过存放器设置到P4.3)16. PWM(2路/PCA可编程计数器阵列,2路 -也可用来当2路D/A使用 -也可用来再实现2个定时器 -也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)17.A/D转换, 10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)18.通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口19. STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，R*D2/P1.2(可通过存放器设置到P4.2)，T*D2/P1.3(可通过存放器设置到P4.3)20.工作温度围：-4

9、0 - +85(工业级) / 0 - 75(商业级)21.封装：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接 74HC164/165/595均可级联来扩展I/O口, 还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU,三线通信，还多了串口。 3.2sim300模块 Sim300是Siemens推出的一款集合了三频GSMGPRS的模块预先配置的功能和超级紧凑的尺寸(体积53345.1 mm3重11 g)使其十分易于集成在新的小巧型的应用设备中，节省了大量的时间和费用来做额外的硬件集成可用于传输短信、语音、 ，用于数据传输时最论传输速率可达85.6

10、 kbs，缺省值为14.kbs，工作电压为3.34.8 V。3.3GPS模块GPS模块选用了国的廉价方案，该模块性能好 ，价格低廉。是追踪系统的首选。该模块符合nmea183国际标准，定位时间迅速。精度到达4m以。 4 系统构成 4.1 硬件设计 硬件设计上主要是MCU与GPS、GPRS两个模块之间的串口连接其中GPRS模块与微控制器之间的通信协议是AT命令集，除处理串口发送、串口接收之外，微控制器与GPRS模块之间还有一些硬件握手信号 硬件连接完成后，在进展发短信之前，首先要对GPRS模块进展一定的设置，主要的设置工作有：设置通信波特率，一般设置为9600 bs，无奇偶位，一位停顿位；设置接

11、入网关，通过AT+CMGF=1sim300模块Sim300板共有上下两局部组成，上面是SIM300 的核心模块板，主要有模块的接口电路、天线接口等电路组成；下面是底板，主要有电源电路、语音电路、sim卡电路、按键电路、串口电路、来电提示电路组成。Sim300的电路图如以下图所示：Sim300的电源局部电路图：MCU模块MCU模块包括整个系统的供电系统和mcu控制模块总的硬件连接图如下： 4.2 软件设计 程序中所有代码都是由C语言编写的，并采用分层构造。 利用单片机的双串口实现GPS和GSM信息的畅通传送。串口1实现GPS的nmea183协议的解析并得到GPS的定位信息，串口2实现SIM300

12、模块的AT指令操作。4.2.2 AT指令1、常用发短信的AT指令AT+CMGD 删除SMS 短信(DELETE SMS MESSAGE)AT+CMGF 选择SMS 短信格式(SELECT SMS MESSAGE FORMAT)AT+CMGL 从首选存储器的SMS短信清单(LIST SMS MESSAGES FROM PREFERRED STORE)AT+CMGR 读SMS短信(READ SMS MESSAGE)AT+CMGS 发送SMS短信(SEND SMS MESSAGE)AT+CMGW 往存写SMS短信(WRITE SMS MESSAGE TO MEMORY)AT+CMSS 从存储器发送S

13、MS短信(SEND SMS MESSAGE FROM STORAGE)AT+CMGC 发送SMS短信指令(SEND SMS MAND)AT+MI 新的SMS短信标志(NEW SMS MESSAGE INDICATIONS)AT+CPMS 首选SMS短信存储区(PREFERRED SMS MESSAGE STORAGE)AT+CRES 恢复SMS 设置(RESTORE SMS SETTINGS)AT+CSAS 保存SMS短信设置(SAVE SMS SETTINGS)AT+CSCA SMS 效劳中心地址(SMS SERVICE CENTER ADDRESS)AT+CSCB 选择小区播送短讯(SEL

14、ECT CELL BROADCAST SMS MESSAGES)AT+CSDH 显示SMS 文本方式参量(SHOW SMS TE*T MODE PARAMETERS)AT+CSMP 设置SMS 文本方式参量(SET SMS TE*T MODE PARAMETERS)AT+CSMS 选择信息效劳(SELECT MESSAGE SERVICE)2、SIM300发送短信的流程是：1，AT+CMGF=1设置短信为TE*T方式2，AT+CSCA=“GSM 设置模块为发短信模式3，AT+CMGS=“13*设置发送短信的目标4，发送短信容5，发送完毕标志0*1a4.2.3NMEA183协议NMEA183协议

15、有4个根本命令1，GPGGAGPS定位信息2，GPGSV 可见卫星信息3，GPGSA 当前卫星信息4，GPRMC 推荐定位信息以下是他们各自的格式$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,0000*77 UTC时间，hhmmss时分秒格式 纬度ddmm.mmmm度分格式前面的0也将被传输 纬度半球N北半球或S南半球 经度dddmm.mmmm度分格式前面的0也将被传输 经度半球E东经或W西经 GPS状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 正在使用解算位置的卫星数量0012前面的0也将被

16、传输 HDOP水平精度因子0.599.9 海拔高度-9999.999999.9 地球椭球面相对水准面的高度 差分时间从最近一次接收到差分信号开场的秒数，如果不是差分定位将为空 差分站ID号00001023前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空$GPGSV,3,1,12,16,65,013,43,06,48,143,03,42,167,23,39,323,49*741) 天空中收到讯号的卫星总数。2) 定位的卫星总数。3) 天空中的卫星总数，00 至 12。4) 卫星编号， 01 至 32。5) 卫星仰角， OO 至 90 度。6) 卫星方位角， OOO 至 359 度。实际值。7) 讯号噪

17、声比C/No， 00 至 99 dB；无表未接收到讯号。8) Checksum.(检查位).$GPGSA,A,3,14,15,05,22,18,26,2.1,1.2,1.7*3D$GPGSA, $GPGSA,A,3,16,23,31,32,14,1.53,1.20,0.95*0A 模式 ：M = 手动， A = 自动。 定位型式 1 = 未定位， 2 = 二维定位， 3 = 三维定位。 PRN 数字：01 至 32 表天空使用中的卫星编号，最多可接收12颗卫星信息。 PDOP位置精度因子0.599.9 HDOP水平精度因子0.599.9 VDOP垂直精度因子0.599.9 Checksum.(

18、检查位).$GPRMC,050458.000,A,2459.8991,N,10242.8698,E,0.37,130.03,190808,A*66 UTC时间，hhmmss时分秒格式 定位状态，A=有效定位，V=无效定位 纬度ddmm.mmmm度分格式前面的0也将被传输 纬度半球N北半球或S南半球 经度dddmm.mmmm度分格式前面的0也将被传输 经度半球E东经或W西经 地面速率000.0999.9节，前面的0也将被传输 地面航向000.0359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输 UTC日期，ddmmyy日月年格式 磁偏角000.0180.0度，前面的0也将被传输 磁偏角方向，E东

19、或W西总结本设计的创新点在于利用了成熟GPS和GSM网络实现了大围的准确追踪，精度到达4m以。利用高速单片机不仅是本钱降低，且反响速度也很快。目前，本系统经过测试，根本到达了预期的目标要求，但是还存在一定的局限性。有待在以下方面作进一步的研究:(l)降低系统功耗，进一步完善电源模块设计，充分考虑车用电源的特性;(2)实现车载终端的图像采集和上传功能，并在图像压缩算法上有所尝试;(3)随着高端手机的开展，手机支持电子地图也越来越普及，下一步将实现车载终端和手机之间的GPRS数据传输，彻底摒弃车载终端、车主和监控中心三方组成的定位模式，降低监控中心的效劳费用。参考文献1蔡声镇，吴允平等.基于GSM/GPRS和嵌入式技术的环保监控系统.师大学学报:自然科学版，2005，21(3):142筱管，孟庆春等.GPS技术在城市交通状况实时检测技术中的应用J.海洋大学学报，2002，32(3)3基余，征航，王越虎等.全球定位系统原理及其应用四.测绘，19934ElliotD.Kaplan著，邱致和等译