基于单片机和GPSGSM模块宠物定位追踪器的实际 毕业论文

本科生毕业论文题目基于单片机和GPS/GSM模块宠物定位追踪器的设计系别计算机与信息工程学院班级物联网工程121班姓名学号124634139答辩时间2016年6月新疆农业大学计算机与信息工程学院-0-目录TOC\o"1-3"\h\u242361宠物定位追踪器的研究意义及国内外现状 -3-40101.1宠物定位追踪器的意义 -3-127201.2宠物定位追踪器国内外的现状 -4-174241.3基于GPS/GSM的宠物定位终端设计 -5-74962宠物定位追踪器的系统组成 -6-131912.1单片机模块简介 -6-210582.2GPS全球定位系统基本原理 -7-153852.2.1GPS全球定位系统概念 -7-115632.2.2GPS空间部分 -9-31052.2.3地面控制部分 -9-243012.2.4用户设备部分 -10-176502.2.5GPS特点 -10-121162.3GSM基本原理 -11-132572.3.1GSM系统结构 -11-206802.3.2SMS短消息业务 -13-233323.412864LCD液晶显示屏中文资料 -14-140093.4.1概述

-14-61293.4.基本特性 -14-114113.4.3应用 -15-187503宠物定位与监控系统总体设计 -15-64563.1系统设计目标 -15-220893.2系统组成结构 -15-315623.2.1硬件设计 -16-36124宠物定位软件设计 -18-196644.1串口控制函数 -19-299914.2，GPS模块控制函数 -22-125384.3GSM模块的控制函数 -24-94894.412864液晶显示控制函数 -25-315324.4系统功能 -26-301645谢辞 -26-70116结论 -26-1233参考文献 -27-基于单片机和GPS/GSM模块宠物定位追踪器的实际摘要：基于GPS和GSM的浮标位置监控终端设计方案;GPS模块采用瑞士U-BLOX公司的NEO-5Q主芯片板的基本性能及工作原理，串行口输出数据格式,以及单片机串行口使用方法；详细介绍单片机读取GPS定位模块数据的软件实现过程,并对怎样用单片机控制GSM模块发送定位信息进行探讨。微控制器在本系统中的主要作用是控制宠物定位终端的GPS和GSM模块正常工作。负责从GPS模块读取和解析宠物的位置信息，并定时地将所接到的GPS定位信息输出到GSM模块，最终报上宠物的当前位置；GPS在本系统中的作用是利用安装在宠物定位端上的GPS接收机接收GPS卫星所发射的导航电文，并经过接收机内部的解算算法定向终端提供宠物的当前位置信息；GSM在本系统中的作用是利用GSM短消息通信方式，将宠物定位终端的GPS定位数据经过格式转换后，消息信道将其传送到监控中心，为系统对宠物进行监控尊定基础；关键字：GPS定位模块，GSM模块，定位跟踪器，单片机；PetLocationBasedonSingleChipMicrocomputerandGPS/GSMModuleDesignoftheTrackerAbstract:BasedonGPSandGSMbuoypositionmonitoringterminaldesign;GPSmoduleusesthebasicperformanceandtheworkingprincipleoftheSwissu-bloxCorporationforthemainchipboard,serialportoutputdataformat,andmicrocontrollerserialportusage;SCMdetailedreadGPSpositioningdatamoduleofthesoftwareimplementationprocess,andhowtoSCMcontrolGSMmoduletosendthelocationinformationof.ThemainfunctionofthemicrocontrollerinthissystemistocontrolthenormaloperationoftheGPSandGSMmodulesofthepetpositioningterminal.ResponsibleforthepositioninformationfromtheGPSmoduletoreadandparsethepet,andregularlyreceivestheGPSpositioninginformationisoutputtotheGSMmodule,thefinalreportonthepet'scurrentposition;theroleofGPSinthesystemisinstalledbytheGPSreceiverinthepetpositioningterminalreceivesGPSsatelliteradionavigationmessage,andthroughtheinsideofthereceiversolutionalgorithmofdirectionalterminalsprovidethepet'scurrentpositioninformation;roleoftheGSMinthesystemisusingGSMshortmessagecommunication,thepetpositioningterminalofGPSpositioningdataaftertheformatconversion,thenewschannelwillbethetransmittedtothemonitoringcenter,laysthefoundationforthesystemofpetmonitoringrespect;Keywords:GPSpositioningmodule,GSMmodule,positioningtracker,scm;1宠物定位追踪器的研究意义及国内外现状1.1宠物定位追踪器的意义近年来，随着社会经济的发展和人们生活水平不断提高，人类不仅更加注重自身的医疗和健康问题，所接受的各种健康检查和医疗护理项目与日俱增，而且也越来越关注其周围的居住和生活环境，譬如，为了保护物种，特别像是大熊猫，东北虎等稀有动物，他们开始采取野生放养和人工监护相结合的方式，为了丰富生活骂他们开始饲养像犬、猫等各类宠物。然而，所以这些在提高人们生活质量和改善人类生存环境的同时，也给人类造成了巨大的管理压力，例如，我们经常能过听到报道说某某病人又走失，某只宠物有伤人之类的消息。为此，如何有效地度各类病人特别是像老年痴呆和精神分裂的特殊病人，以及各种野生放养动物和家庭饲养宠物等进行有效的定位与监控管理，目前已经开始引起世界各国的普遍重视，逐渐成为一项热点研究问题。1.2宠物定位追踪器国内外的现状上世界90年代初期，我国宠物定位跟踪系统由于市场尚未形成，用户还没有迫切需求，加之受到资金，技术以及成本等多方面因素的制约，做成的大多是实验室刚出笼的试验品还达不到商品化的程度，所以成功者不多。90年代中期，国内最早的定位跟踪系统开始使用在运抄车，警车，消防车，救火车等公务车辆和特种车辆上，部分城市的物流配送，货车，出租汽车，租车服务等业务也已开始利用GPS技术实现对车辆的管理。90年代后期,宠物定位跟踪系统市场经历了整顿，巩固，充实和提高，在对原有技术进行改造的同时，是的系统性能有了大幅度提高。当时，专注于GPS系统研究的若干高校，研究所和公司结合我国实际情况进行了设计与开发，成果显著的有清华大学电子工程系，北京航空航天大学，西安大唐公司，北京大恒公司，云南无线电厂等。虽然取得了一定成绩，但一方面由于技术简单，定位精度不高，另一方面由于成本花费过高而不能被大众所接受，所以得不到广泛的实际应用，要想将这种系统进行实际推广使用，则必须在提高精度的同时大幅度地降低系统成本。但在2000年之后，随着我国GSM数字移动通信系统的快速发展与全国普及，作为系统瓶颈问题的通信网络通过采用GSM网络的短消息业务找到了新的曙光，随之也带动了定位跟踪系统市场不断趋于成熟，并迎来了新的发展势头，出现了快速增长的趋势。国内利用GPS定位技术放牧起步较晚，目前我国定位追踪技术主要集中应用在精准农业上。采用GPS定位技术，RS技术获取农田信息，为农田信息化管理提GPS模块能够实现物体的定位，通过它可以知道物体的经纬度信息。然后GPRS模块可以实现无线通讯功能供理论支持。无线定位技术的研究始于20世纪60年代的自动车辆系统，随后该技术，出租车调度以及公安追踪等范围内广泛应用。随着人们对基于位置的信息服务的需求增多，无线定位技术得到更多研究者的关注，全球定位系统（GPS）的出现更是的定位技术产生了质的飞跃，定位精度得到大幅度的提高，可达到10m以内，虽然直接利用GPS可以达到一种较为理想的定位效果，但是他需要专门的接收设备，对大多数用户来说并不是很方便，近年来，随着蜂蜜移动系统的普及，定位系统开始用于蜂蜜系统设计，切换，服务区确定，交通监控等方面。目前，无线定位可以卫星无线定位和地面无线定位，卫星定位利用GPS，GLONASS以及我国的北斗双星等卫星系统实现移动目标的三位定位，地面无线定位则通过测量无线电波的传播时间，信号场强，相位，入射角度等参数实现移动目标的而为定位。蜂窝无线定位属于无线定位系统。现有的蜂窝无线网中的无线定位系统按移动通信结构分为基于移动通信网络的无线定位，基于移动台的无线定位，混合定位等。近年来，随着移动用户的快速增加，对位置服务的需求也大大增加，当前的蜂窝无线定位系统中，为了避免对移动终端增加额外开销，多采用的是基于网络的定位方案，有多个基站同时接受检测移动台发出的信号，根据测量到的参数由网络对移动台进行定位估计，移动终端往往是普通手机，这就需要对基站安装检测设备，测量移动台发出的信号参数，再通过适当的算法估计出移动台的大致位置，而新号的传播很大程度上取决于移动通信信道特性，是定位精度受到很大的影响。1.3基于GPS/GSM的宠物定位终端设计本章选题从GPS和GPRS模块的功能和理论出发，设计一种基于单片机、GPS接收模块、GPRS模块、12864液晶屏等器件的实时显示器。分别从硬件和软件实现等方面进行设计，根据GPS模块和GPRS模块数据输出基本原理设计系统，在硬件方面制作一台体积小巧、携带方便、可以独立使用的全天候实时的定位导航设备。该系统将GPRS、GPS技术相结合，利用GPRS的数据传输功能，实现宠物定位器与用户的双向数据传输。2宠物定位追踪器的系统组成通常意义上的宠物定位是指，能够完成对各种宠物进行定位管理功能的系统。本课题所研究的宠物定位系统，则是一全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem,简称GPS），全球移动通信系统（GlobalSystemforMobilecommunication,简称GSM），微处理器（51系单片机）于一体，专门用于对野生动物和家庭宠物等进行定位服务。其中，微处理器在本系统中的主要作用是控制宠物定位终端的GPS和GS模块正常工作。负责从GPS模块读取和解析宠物的位置信息，并定时地将所接到的GPS定位信息输出到CSM模块，最终通过GSM短信向用户上报宠物的当前位置。GPSGPS单片机GSMLCD 单片机GSMLCD电源电源6.1宠物定位终端的硬件设计框图图6.1中，各芯片之间的连线代表了相互之间的连接关系和数据传输方式。2.1单片机模块简介本论文我是用的单片机是STC12C5A60S2这单片机的原因是STC12C5A60S2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。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。（1）增强型8051CPU，1T（1024G），单时钟/机器周期。

（2）工作电压

5.5-3.5V。

（3）1280字节RAM。

（4）通用I/O口，复位后为：准双向口/弱上拉可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过120mA。（5）有EEPROM功能。（6）看门狗。

（7）内部集成MAX810专用复位电路。

（8）外部掉电检测电路。

（9）时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器常温下内部R/C振荡器频率（10）4个16位定时器

两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1。

（11）3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，独立波特率发生器可以在P1.0口输出时钟（12）外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或电平触发中断，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，RxD/P3.0，CCP0/P1.3，CCP0/P1.3（13）PWM2路

（14）A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S

（15）通用全双工异步串行口（UART）

(16)双串口，RxD2/P1.2，TxD2/P1.3

(17)工作范围：-40~85

(18)封装：LQFP-48，LQFP-44，PDIP-40，PLCC2.2GPS定位模块本文中采用瑞士U-BLOX公司的NEO-6M模组，第6代GPS接收机，搭载了高性能的50通道U-BLOX6技术，超过100万个有效相关器32通道采集引擎的处理能力使得模组可进行大规模并行搜索。拥有SuperSense®kickstart技术，在信号微弱时可加速捕获GPS卫星信号。U-BLOXGPS接收机拥有先进的噪音抑制技术和创新的RF架构，使接收机的抗干扰能力更强。同时U-BLOXGPS接收机还提供惯性导航，精确授时和A-GPS等技术。3.2-2NEO-6M模块图3.2GPS数据包解析说明GPS接收机上电后，会自动通过串口或USB口发送数据包，数据包协议为NEMA0183，它是一组包含有各种地理位置信息的字符串，字符串格式为：$信息类型，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，xxx，每行开头的字符都是‘$’，接着是信息类型，后面是数据，以逗号分隔开。一行完整的数据如下：$GPRMC,062363.00,A,2236.33923,N,11402.35855,E,0.304,306.80,020411,,,A*62信息类型为：GPGSV：可见卫星信息GPGLL：地理定位信息GPRMC：推荐最小定位信息GPVTG：地面速度信息GPGGA：GPS定位信息GPGSA：当前卫星信息3.2.1GPRMC数据详解：1.时间，这个是格林威治时间，是世界时间（UTC），我们需要把它转换成北京时间（BTC），BTC和UTC差了8个小时，要在这个时间基础上加8个小时。2.定位状态，在接收到有效数据前，这个位是‘V’，后面的数据都为空，接到有效数据后，这个位是‘A’，后面才开始有数据。3.纬度，我们需要把它转换成度分秒的格式，计算方法：如接收到的纬度是：4546.408914546.40891/100=45.4640891可以直接读出45度4546.40891–45*100=46.40891可以直接读出46分46.40891–46=0.40891*60=24.5346读出24秒所以纬度是：45度46分24秒。4.南北纬，这个位有两种值‘N’（北纬）和‘S’（南纬）5.经度的计算方法和纬度的计算方法一样6.东西经，这个位有两种值‘E’（东经）和‘W’（西经）7.速率，这个速率值是海里/时，单位是节，要把它转换成千米/时，根据：1海里=1.85公里，把得到的速率乘以1.85。8.航向，指的是偏离正北的角度9.日期，这个日期是准确的，不需要转换3.2-1-NEO-6M模块电路图2.2.1GPS全球定位系统概念GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到(由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P(Y)码。C/A码频率1.023MHz,重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历，工作状况，时钟改正，电离层时延修正，大气折射修正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5个子帧每帧长6s。前三帧各10个字码。每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共15000b。导航电文中的内容主要有遥测码，转换码，第1，2，3数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息便可得知。GPS接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息。用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历。用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化）。以及GPS系统信息，如卫星状况等。GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位，并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。在GPS观测量中包含了卫星和接收机的钟差，大气传播延迟，多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别），应选用双频接收机。2.2.2GPS空间部分GPS的空间部分是由24颗工作卫星组成，它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上(每个轨道面4颗)，轨道倾角为55°。此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方，任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS卫星产生两组电码，一组称为C/A码。一组称为P码，P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高,因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/A码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。2.2.3地面控制部分地面控制部分由一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间，但导航精度会逐渐降低。2.2.4用户设备部分用户设备部分即GPS信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度，高度，速度，时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。地面控制系统由监测站(MonitorStation)，主控制站(MasterMonitorStation)，地面天线(GroundAntenna)所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市(ColoradoSpring)。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历，相对距离,大气校正等数据。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。2.2.5GPS特点全球定位系统的主要特点：全球，全天候工作。定位精度高。单击定位精度优于10m，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。功能多，应用广。定位精度高，应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50KM以内可达10-6，100-500KM可达10-7，1000KM可达10-9。在300-1500M工程精密定位中，1小时以上观测的解其平面其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定得边长比较，其边长较差最大为0.5mm,校差中误差为0.3mm。观测时间短，随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20KM以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟，然后可随时定位，每站观测只需几秒钟。2.3GSM基本原理TC35是Siemeils公司推出的新一代无线通信GSM模块。自带LVTTL和RS232通讯接口,可以方便地与PC机，单片机连机通讯。可以快速，安全，可靠地实现系统方案中的数据，语音传输、短消息服务和传真。TC35模块的工作电压为3.3—5.5V，可以工作在900MHz和1800MHz两个频段，所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真，以及2.4k，4.8k，9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式，IDLE，TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接，指令，数据，语音信号，及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。TC35模块主要由GSM基带处理器，GSM射频模块，供电模块(ASIC)，闪存，ZIF连接器，天线接口六部分组成。作为TC35的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音，数据信号，并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。在不需要额外硬件电路的前提下，可支持FR，HR和EFR语音信道编码。其它功能介绍可参见有关资料。3.2-2TC35模块图AT指令的简单的介绍AT+CMGCSendanSMScommand(发出一条短消息命令)AT+CMGDDeleteSMSmessage(删除SIM卡内存的短消息)AT+CMGFSelectSMSmessageformat(选择短消息信息格式：0-PDU；1-文本)AT+CMGLListSMSmessagefrompreferredstore(列出SIM卡中的短消息信息格式PDU/text:0/"RECUNREAD"为未读，1/“RECREAD”为已读2/“STOUNSENT”为待发，3/“STOSENT”为已发，4/“ALL”为全部的）AT+CMGRReadSMSmessage(读短消息)AT+CMGSSendSMSmessage(发送短消息)AT+CMGWWriteSMSmessagetomemory(向SIM内存中写入待发的短消息）AT+CMGSSendSMSmessagefromstorage(从SIM内存中发送短消息)AT+CNMINewSMSmessageindication(显示新收到的短消息)AT+CPMSPreferredSMSmessagestorage(选择短消息内存)AT+CSCASMSservicecenteraddress(短消息中心地址)AT+CSCBSelectcellbroadcastmessagemessages（选择蜂窝广播消息）AT+CSMPSetSMStextmodeparameters(设置短消息文本模式参数)丰富的标准函数库，运算速度快和可移植性强，用C语言来编写软件AT+CSMPSelectMessageService(选择短消息服务)2.3.1GSM系统结构全球移动通信系统（GlobalSystemforMobilecommunication，简称GSM）是一个复杂的通信系统，由许多单元组成。一般分为三个相对独立的部分，即移动终端子系统（MS），基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS），如图2.6所示。1.移动终端部分（MS）一般也称为移动台，它是GSM网络中用户使用的设备，也是用户和网络连接的一设备。移动台是由它所漫游到的地理区域的一个VLR管理。当有一个对此移动台的呼叫时，HLR查询VLR的当前地址。这样呼叫就可以被送到正确的MSC，并通过BSS与移动台建立无线通路。2.基站子系统（BSS）基站子系统通过无线接口直接与移动台连接，负责无线资源管理和收发信息。基站子系统与网络子系统（NSS）中的移动交换中心（MSC）相连，实现移动用户之间或固定网用户之间的通信。基站子系统由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）组成。每个小区由几个BTS控制，而几个BTS可由一个BCS管理。这个BCS与它管理的BTS共同构成一个基站子系统（BSS），并与一个移动交换中心（MSC）相连。BSS一方面通过空中接口与移动台接口，另一方面通过PCM信道提供与MSC的接口。BCS与MSC之间的话音信号可以通过16kbps或64kbps的链路传输。3.网络子系统（NSS）网络子系统（NSS）有六个主要组成单元。即移动业务交换中心（MSC），访问用户位置寄存器（VLR），归属用户位置寄存器（HLR），鉴权中心（AUC），移动设备识别器（EIR），操作维护中心（OMC）。移动交换中心（MSC）：具有号码存储译码，呼叫处理，路由选择，回波抵消和超负荷控制等功能。它可为移动用户提供三类业务：电信业务，承载业务和补充业务。MSC是网络的中心并控制着一个或多个BSS，主要执行交换功能。这种交换功能不仅是用于移动用户之间的呼叫，而且用于移动用户与固定用户（PSTN和ISDN）以及分组交换网用户之间的呼叫，因此MSC是GSM系统与ISDN/PSIN网的互联点。访问用户位置寄存器（VLR）：存储着进入其控制区内已登记的移动用户相关信息，并从HLR处获取必要的数据为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件，使MSC能够建立呼入和呼出链路。一旦移动用户离开该控制区则取消移动用户的临时数据。VLR可视为一个动态用户数据库，与HLR进行大量的数据交换。GSM系统的一个重要特性是自动国际漫游，这意味着移动台可以在任何建有GSM系统的国家内的任意地点发出或接收呼叫而无需任何特别操作，这需要移动台更新在GSM网中的位置，而且系统必须能够处理这些信息。处理位置信息是由访问位置寄存器（VLR）和归属用户位置寄存器（HLR）完成。归属用户位置寄存器（HLR）：它是GSM的中央数据库，存储着该HLR控制区内的所有移动用户注册信息的相关数据，移动用户重要的静态数据都存储在HLR中，这些数据包括用户的接入能力、申请的业务和补充业务。HLR为每个归属用户存储一个可用的三参数组（RAND/SRES/Kc），任何时候都能依照MSC/VLR的请求而提供使用。HLR还包含有当前正管理这个移动台的VLR的信息。当移动台位置改变时，HLR相应进行更新。而且，HLR向MSC提供移动台当前所在的MS地区的信息（动态数据），使被叫用户能够被立即找到。鉴权中心（AUC）：它是GSM系统的安全中心。它采取了一系列措施对用户鉴权，并对无线接口上的话音和数据信号信息加密。在鉴权中心存储着鉴权算法和密钥加密等，存储的这些信息是用来保护空中接口的通信，防止移动台受到侵扰，防止无权用户接入系统。用户的合法识别码是通过鉴权和密码计算确定的，这用于保护用户的信息不被暴露。鉴权信息和密钥存储于AUC的一个数据库，它们不会被非法访问。移动设备识别器（EIR）：存储着移动设备的国际移动设备识别码（IMEI），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三类表格，确定入网的移动设备不是盗用的或有故障的设备，从而保证注册用户的安全。GSM网络中还有另一种类型的识别码，称为国际移动用户识别码（IMSI），它与设备无关。这个与用户密切相关的信息被存储于SIM卡中，使用户可以在出租车中或其他公共场所进行呼叫，并直接计费。操作维护中心（OMC）。操作维护中心的主要任务是对GSM系统进行集中维护与操作，允许实施远程操作维护管理，支持高层维护管理中心（NMC）的接口。2.3.2SMS短消息业务随着经济的发展，移动通讯工具的普及，人们日常的交往方式也随着改变。短消息已经成为手机用户最常使用的业务之一。除了大量使用的手机用户到手机用户的点对点短消息通信业务之外，从短消息服务平台到手机用户的短消息增值服务业务也在快速发展。移动目标监控中心到移动目标定位终端的短消息数据传输就属于这种增值业务。1.短消息服务简介短消息服务（ShortMessageService，简称SMS）是通过手机发送和接收有限长度的文本信息的功能。一条短消息可以包含160个英文字母（7-bit编码）或70个非拉丁字母（16-bit编码），如中文汉字或者阿拉伯字等Unicode编码。短消息SMS属于GSM第一阶段的标准，它按照其实现方式可以分为点到点短消息业务和小区广播短消息业务。点到点短消息业务是通过移动业务起始（MobileOrigi，MO）和移动业务终止（MobileTerminal，MT）将一条短消息从一个实体发送到指定地址的业务，如移动目标的定位信息。而小区广播短消息业务则是指通过发送消息的基站向指定区域中的所有短消息用户发送短消息的业务，如天气预报信息等。2.短消息的网络结构GSM标准中定义的点对点短消息服务使得短消息能在移动台（MS）和短消息服务中心之间传递。一个GSM用户发送短消息时，必须至少在其内容中包含最终地址的识别符和处理这条消息的服务中心号码，然后请求传递。短消息业务的基本网络结构。其中，短消息业务网络体系结构中的各部分具体功能。3.短消息服务的优点SMS的优点很明显，主要有以下几点：收费低廉。对与消费者而言，资费始终是首要关心的问题。不管是长途还是市内，每发送一条短信息仅0.1元，接收免费，而在移动目标监控服务中，包月短消息费用还不足10元人民币；随时随地。短消息和电话不一样，打电话要求接听方同时在另一端，而短消息用户可以随时随地发送短消息，不用担心对方有没有开机，也不用担心对方是不是在服务区，因为短信息是采用存储-转发方式存储在短消息中心，一旦对方开机，短消息就会自动发送；能够承载多种数据。短消息有3种模式：块模式、PDU模式和文本模式。其中支持块模式的手机厂商十分少，基本上支持PDU模式和文本模式；能够保障传输中的安全。如果用户使用STK（SIMApplicationToolkit）卡，那么短消息在发送之前，可以通过STK卡将信息加密后进行传输。在到达目的地后由接收者将信息解密，实现了点到点的信息安全保障。3.412864LCD液晶显示模块3.4.1概述

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64,内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字.也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。3.4.2基本特性低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V）,显示分辨率:128×64点,内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选),内置128个16×8点阵字符,2MHZ时钟频率,显示方式：STN,半透,正显,驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS,视角方向：6点,背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED的1/5—1/10,通讯方式：串行、并口可选,内置DC-DC转换电路，无需外加负压,无需片选信号，简化软件设计,工作温度:0℃-+55℃,存储温度:-20℃-+60℃。3.4.3应用用带中文字库的128X64显示模块时应注意以下几点：欲在某一个位置显示中文字符时，应先设定显示字符位置，即先设定显示地址，再写入中文字符编码。显示ASCII字符过程与显示中文字符过程相同。不过在显示连续字符时，只须设定一次显示地址，由模块自动对地址加1指向下一个字符位置，否则，显示的字符中将会有一个空ASCII字符位置。当字符编码为2字节时，应先写入高位字节，再写入低位字节。模块在接收指令前，向处理器必须先确认模块内部处于非忙状态，即读取BF标志时BF需为“0”，方可接受新的指令。如果在送出一个指令前不检查BF标志，则在前一个指令和这个指令中间必须延迟一段较长的时间，即等待前一个指令确定执行完成。指令执行的时间请参考指令表中的指令执行时间说明。“RE”为基本指令集与扩充指令集的选择控制位。当变更“RE”后，以后的指令集将维持在最后的状态，除非再次变更“RE”位，否则使用相同指令集时，无需每次均重设“RE”位。3宠物定位与监控系统总体设计3.1系统设计目标采用基于GPS，GSM，GIS，单片机等多项技术，构建一个面向宠物定位系统，要求该系统在完成基本功能的基础上，尽量建立良好的系统接口，以便集成其它良好服务信息。3.2系统组成结构系统总体设计是整个系统设计的前提与基础本章将在上一章介绍GPS/GSM基础知识的基础上，单片机stc12c5a60s2的两个串口UART1和UART分别连接GPS接收器GSM模块，12864LED连接串行接口。系统中的电压都一样5v电压，因此每个模块都内部电压调制的好的。结合对本系统应用对象的特点分析，从系统的设计目标，设计原则，组成结构，功能等几个方面，对基于GPS/GSM的宠物定位与监控系统的总体设计技术进行研究。3.2.1硬件设计该系统设备硬件主要由GPS信号接收部分（u-blox公司的GPS芯片），控制芯片（STC12C5A60S2单片机），显示部分（12864LCD液晶显示模块），信息传输，如图3.2-1所示:

GPS信息接收模块GPS信息接收模块单片机数据处理控制模块单片机数据处理控制模块 含位置信息的数据GSM短信发送模块LCD显示模块GSM短信发送模块LCD显示模块3.2-1硬件结构图GPS接收模块将收到的GPS卫星导航电文调制解码，再送给单片机串口接收，当单片机收到GPS发送过来的导航电文后，经过片内程序的识别筛选，将筛选出来的定位电文送到显示模块及GSM模块，并且通过12864LCD显示器按照要求的编排格式所显示，将经纬度信息发送设定好的手机号码上。系统组成结构示意框图在前面对系统特性，设计目标，设计原则进行深入分析的基础上，本课题将整个宠物定位系统的基本组成结构设计为如图所示，系统主要包括宠物定位终端，GSM无线通讯网络和监控中心三大部分。3.2-2系统组成结构示意图图中，宠物定位终端分布在各个宠物上，由GPS接收机负责接收GPS卫星所发射的导航信息，并通过在单片机中编程实现宠物当前位置坐标信息的提取，之后将该位置信息经处理之后，通过符合GSM标准的无线通讯模块发送到用户。为了更加有效地实现系统，在图3.2-2系统组成结构示意图的基础上，进一步将系统的组成结构设计模块化和具体化。整个系统组成包括：定位模块，移动终端处理模块，无线通讯模块，用户接收器等四个模块。其中各模块的主要功能及系统信息的传输过程如下。定位模块：由GPS接收机及其天线两部分组成，其中接收天线用于接收GPS卫星所发射的导航电文，接收机则用于解算并以NMEA-0183数据格式提供接收机天线所在地的位置信息等，并最终提供宠物当前的定位信息，从信息传输的角度讲，定位模块在系统中属于信息发出模块，当然，这些定位信息需要后续的移动终端处理模块（51系单片机）去主动读取。移动终端处理模块：由单片机及其外围电路组成，在系统中一方面用于从定位模块读取GPS定位信息，并将所读取到的定位信息按照，解析出宠物的位置信息，另一方面用于将所解析出的位置信息定时地输出到无线通讯单元，并最终传输到用户，从信息传输的角度讲，移动终端处理模块在系统中属于信息传输模块，它同时包含了信息的获取，加工和输出三个过程，是整个信息传输过程中最为重要的一个环节。无线通讯模块：由GSM无线通讯单元组成，用于完成移动终端的定位信息向监控中心传输的功能，在系统信息的传输过程中起着桥梁的作用。3.2-3宠物定位设计图根据系统要求和设计的需要，控制核心单元MCU需要与GPS模块，GSM模块通过串口相连接，并且考虑到整个系统的中断比较多，所以选用中断级别较多的MCU。根据以上原因，本系统最终选择控制核心单元是STC12C5A60S2，它是单时钟/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。内部集成MAX810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。因此这是一款可满足复杂高性能仪表仪器要求的单片机。4宠物定位软件设计在设计该软件时采用了模块化的思想，之所以采用的模块化的设计思想，主要是想到了软件模块化后方便软件的调试，同时也方便了该软件的移植，在不同的硬件平台上运行该软件只需要更改相应的软件模块就可以实现。该软件分为了串口初始化模块，液晶模块初始化模块，数据接收模块，数据格式调整送显模块这四个主要模块。我们的程序全部都是通过单片机串口2与SIM900通讯，串口1用于接收GPRS的信息。将获取到的GPS定位经纬度数据进行数值转换，转换成十进制经纬度数据，并通过LCD12864液晶屏进行显示。屏幕第一页显示时间信息（年，月，日，时，分，秒），第二行显示位置信息（经度，纬度）。在定位过程中，如果GPS没有连接到卫星，则屏幕显示“无信号”,连接到则判断是否定位，如果没定位，则屏幕显示“GPSinit...”，之后是“Pleasewait...”。如果定位，则判断GPS模块是否处于东经，是则显示“E”，不是则显示“W”。判断GPS模块是否处于北纬，是则显示“N”，接收到的短信后判断内容是否正确，短信内容正确则发送信息，如果没有发送成功，则重新发送，短信内容不正确则继续执行下一条指令。信息发送到指定绑定的手机号，信息内容包括经度符号，经度度，纬度度。图4-1为软件程序流程图。开始开始初始化所有模初始化所有模初始化所有模Whlei(1循环)Whlei(1循环)解释GPS解释GPS初始化串口一N初始化串口一是否接收短信判断短信的内容发送的宠物位置 是否接收短信判断短信的内容发送的宠物位置 Y YN解释GPS信息并显示解释GPS信息并显示图4-1为软件程序流程图4.1串口控制函数初始化用于连接gprs的串口2，串口2只能设置为独立波特率提供波特率并打开串口2中断和全局中断。charUart2Init(chars2smod,charbrtx12,unsignedcharreload){S2CON=0X50;//8位可变波特率，无奇偶位BRT =reload;//设置独立波特率发生器波特率if(s2smod==1){AUXR|=S2SMOD;//S2SMOD=1;//波特率倍速位}elseif(s2smod==0){AUXR&=(~S2SMOD);//S2SMOD=0;//取消波特率倍速位}else{return-1;}if(brtx12==1){AUXR|=BRTx12;//BRTx12=1;1T模式 }elseif(brtx12==0){AUXR&=(~BRTx12);//BRTx12=0;12T模式 }else{return-2;} AUXR|=BRTR;//开启波特率发生器//设置串口2中断优先级 IP2H|=PS2H; //设置串口2优先级为3(最高)IP2|=PS2;if(UART2_PRIO&0x02){IP2H|=PS2H;}else{IP2H&=~PS2H;}if(UART2_PRIO&0x01){IP2|=PS2;}else{IP2&=~PS2;} IE2|=ES2;// ES2=1; //允许串口2中断EA=1; //开总中断return0; }串口2发送函数，发送单一数据voidUart2SendHex(uchari){S2BUF=i;//装入数据while((S2CON&S2TI)==0);S2CON&=(~S2TI);//S2TI=0; }串口2发送函数，发送字符串voidUart2SendStr(char*data_at){unsignedcharcnt=0;ET0=0;//关闭定时器0 while(*(data_at+cnt)) //判断一串数据是否结束{S2BUF=*(data_at+cnt);//装入数据while((S2CON&S2TI)==0);S2CON&=(~S2TI);//S2TI=0;cnt++;}ET0=1;//打开定时器0 }串口2发送接收中断函数voidUart2InterruptReceive(void)interrupt8{unsignedchartmp=0;uchari=0;IE2&=(~ES2);//关闭串口2中断//ES2=0;if(S2CON&S2RI) //if(S2RI==1){S2CON&=(~S2RI);//S2RI=0;tmp=S2BUF;#ifdefUART1_DEBUGDebugBuf_U2[Debug2RcvCnt]=tmp;Debug2RcvCnt++;if(Debug2RcvCnt>=MAXBUF-1){Debug2RcvCnt=0; }#endif GsmRcv[GsmRcvCnt]=tmp;GsmRcvCnt++;if(GsmRcvCnt>MAXRCV){GsmRcvCnt=0;}}IE2|=ES2;//ES2=1}4.2GPS模块控制函数intGPS_RMC_Parse(char*line,GPS_INFO*GPS){ucharch,status,tmp;floatlati_cent_tmp,lati_second_tmp;floatlong_cent_tmp,long_second_tmp;floatspeed_tmp;char*buf=line;ch=buf[5];status=buf[GetComma(2,buf)];if(ch=='C')//如果第五个字符是C，($GPRMC){if(status=='A')//如果数据有效，则分析{GPS->NS=buf[GetComma(4,buf)];GPS->EW=buf[GetComma(6,buf)];GPS->latitude=Get_Double_Number(&buf[GetComma(3,buf)]);GPS->longitude=Get_Double_Number(&buf[GetComma(5,buf)]);GPS->latitude_Degree=(int)GPS->latitude/100;lati_cent_tmp=(GPS->latitude-GPS->latitude_Degree*100);GPS->latitude_Cent=(int)lati_cent_tmp;lati_second_tmp=(lati_cent_tmp-GPS->latitude_Cent)*60;GPS->latitude_Second=(int)lati_second_tmp;GPS->longitude_Degree=(int)GPS->longitude/100; long_cent_tmp=(GPS->longitude-GPS->longitude_Degree*100);GPS->longitude_Cent=(int)long_cent_tmp;long_second_tmp=(long_cent_tmp-GPS->longitude_Cent)*60;GPS->longitude_Second=(int)long_second_tmp;speed_tmp=Get_Float_Number(&buf[GetComma(7,buf)]);GPS->speed=speed_tmp*1.85;GPS->direction=Get_Float_Number(&buf[GetComma(8,buf)]);GPS->D.hour=(buf[7]-'0')*10+(buf[8]-'0'); GPS->D.minute=(buf[9]-'0')*10+(buf[10]-'0');GPS->D.second=(buf[11]-'0')*10+(buf[12]-'0');tmp=GetComma(9,buf);GPS->D.day=(buf[tmp+0]-'0')*10+(buf[tmp+1]-'0');GPS->D.month=(buf[tmp+2]-'0')*10+(buf[tmp+3]-'0');GPS->D.year=(buf[tmp+4]-'0')*10+(buf[tmp+5]-'0')+2000;UTC2BTC(&GPS->D);return1;} }return0;}4.3GSM模块的控制函数CleanGsmRcv();//清除接收缓存Uart2SendStr("AT+CNMI=2,1\r\n");//设置服务商状态为数据显示DelaySec(); //Uart1SendStr("发送打开或者关闭控制LED\r\n");DelaySec();CleanGsmRcv();if(Hand("+CMTI"))//收到短信，GSM模块会发来+CMTI字符{CleanGsmRcv();Uart2SendStr("AT+CMGR=1\r\n");//读出第一个位置的短信D