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基于GSM的GPS車輛定位監控系統(圖) 作者：桂林電子工業學院電子工程系 許川佩 王偉 日期：2006-6-1 來源：本網
介紹了基于GSM的GPS車輛定位監控系統的系統組成和工作原理，該系統可提供車輛的定位、跟蹤、監控、防盜防劫報警等業務，并能中文接收短信息 利用GPS(Global Positioning System)來作定位導航是GPS的最基本應用，隨著我國城市建設規模的擴大,車輛日益增多,交通運輸的經營管理和合理調度已成為一個廣泛關注的問題,尤其是全球定位系統(GPS)從軍用轉為民用以后,GPS技術應用于移動目標的監控有著其他監控手段無法比擬的優勢,所以采用GPS技術對各種車輛實施監控、調度管理是一個新的研究熱點。 系統的總體結構與工作原理 基于GSM的GPS車輛定位監控系統,是對車輛管理提出的較理想解決方案。該系統采用GPS技術對移動目標進行實時定位,利用GSM數字移動通信網絡進行實時數據傳輸,以電子地圖和空間信息系統為支撐平臺,實現定位跟蹤、監控報警、反劫防盜、指揮調度和信息查詢管理。整個系統是由GPS衛星定位系統和地面移動通信系統兩大部分組成,而地面移動通信系統是由指揮監控中心、車載移動單元和GSM通信網絡三個部分組成。車載移動單元設備可以為指揮監控中心實時提供每一個移動目標的最新定位數據、運行狀況和報警信息等,并自動記錄這些信息以便事后查詢分析，是用戶終端。指揮監控中心結合GIS（Geographic Information System）電子地圖,實時地顯示出當前監控、指揮的車輛的地理位置。GSM通信網絡則進行數據、語音、圖像的傳輸。 系統監控中心 系統監控中心結構如圖1所示，主要包括GSM通信網絡、GIS終端、電子顯示屏、監控終端、主控計算機。監控中心接收車載移動單元傳送來的車輛GPS定位數據信息，并對車輛的報警和調度信息進行處理，通過GIS地圖匹配就能在電子地圖上實時顯示車輛當前精確位置，從而方便的實現對車輛的調度、監控、指揮等功能；同時也可通過GSM無線通信網絡向指定的車載臺發送各種控制指令，實現對車輛的遠程控制和信息查詢服務。
圖1 GPS車輛監控指揮系統中心結構圖
車載移動單元主要組成部分的設計 車載移動單元是由主控制器CPU、GPS接收機、GSM無線通信模塊、功能控制單元（手柄）和液晶顯示屏組成，其結構原理如圖2所示。
圖2 車載移動單元硬件結構原理圖
車載移動單元通過GPS接收天線接收GPS衛星發射的定位信號，經過CPU主控器處理，計算出車輛的日期、時間、經緯度、速度和行駛方向等定位數據。主控制器CPU是核心，處理接收機發來的定位信息，將定位信息和監控中心發來的控制信息顯示在液晶屏上，并控制GSM模塊進行短信息的收發，手柄控制單元實現遙控監聽、請求服務、中文短信息接收及通話等功能。由于GSM無線模塊和GPS模塊都以串口通信方式與MCU相連，因此硬件設計較簡單，在本設計中MCU選擇華邦公司的W77E58，是因為它帶有兩個串行口能同時與GSM模塊、GPS模塊進行通信，并且它的指令完全兼容MCS-51，片內有32k flash MTP ROM，可編程的看門狗定時器等，采用它可以省去很多外圍元器件，提高了系統的穩定性。系統主控制器電路如圖3所示。 GSM無線通信 GPS車輛定位監控管理系統的通信方式有兩種：專用無線通信網和公眾GSM網。GPS/GSM車輛定位監控管理系統利用GSM短信息業務實現數據的雙向傳輸，短信息業務在移動臺和移動業務交換中心之間建立的是信令連接，具有優先權，可通率極高，誤碼率極低。這是GSM公眾網帶來的專用網和集群網無法比擬的好處。短消息用于車輛監控最大的優點在于建立連接簡單，接續快，服務費用低，這適合定時把定位信息發送到監控中心。
圖3 系統主控制器電路
圖4 WM01-G900/1800外圍電路設計框圖
在實際應用中，我們選用WM02-G900/1800。它的外圍電路設計框圖如圖4所示，其相關的性能指標如表1所示。它與單片機之間采用標準的串行口進行通信，通信的最高波特率可以達到 115 200b/s。GSM模塊與SIM卡之間主要通過SIMCLK和SIMDATA信號線進行數據通信。為了保證發送短消息與短消息到達之間的時間間隔盡量短，選用的SIM卡最好是同一個電信運營商提供的。在使用GPRS功能時，還需要選擇支持GPRS的SIM卡，并開通GPRS服務。該模塊還支持驅動兩路麥克風、兩路揚聲器和一路蜂鳴器。其中一路麥克風和揚聲器可以連到手柄的聽筒上，以實現車載電話功能；另一路可以實現監聽和免提功能，但這兩路不能同時工作，如果在通話中需用免提方式，可以通過AT指令：AT+SPEAKER=0或1進行切換。 WM02-G900/1800的I/O接口的邏輯電平是3V，當它與微控制器串口通信時，要進行電平轉換，筆者在應用中選用MAX3237/3238進行轉換，如果需用GPRS業務，也可以選擇西門子公司生產的TC-45模塊和索尼愛立信公司的GR47，它們支持GSM/GPRS格式的傳輸。 控制WM02-G900/1800模塊進行短信息的收發及語音通信是設計的關鍵，如果對相關的AT指令不熟悉就不能進行正確地設置，那么就會影響本系統的正常工作，帶來難以預料的后果。 GPS接收機及其數據格式 GPS OEM板用于接收GPS衛星的信號，并計算出車載終端目前所在位置。它由變頻器、信號通道、微處理器和存儲單元組成。GPS模塊通過串行口向主控制器發送定位坐標；主控制器也可以向GPS模塊發送設置命令，以控制GPS模塊的狀態和工作方式。GPS模塊需要配備專門的GPS天線接收GPS衛星信號。一般在比較開闊的地區，需接收到三顆以上的GPS衛星信號才能進行準確定位。在車載GPS智能終端系統中，把天線放置在車頂可以有比較好的定位效果。我們選擇TFAG10 GPS RECEIVER。其性能指標如表2所示。
TFAG10 GPS RECEIVER接收機語句的輸入、輸出是通過RS-232串行接口完成，符合美國國家海洋電子協會制定的NMEA-0183通信標準格式。其通信端口的數據格式應該設置為8個數據位、1個起始位和1個停止位；無奇偶校驗；波特率為4800b/s。NMEA-0183通信標準的輸出數據采用的是ASCII碼，其內容包含了緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向以及衛星狀態等信息。語句有五種，對于不同的應用，選用的語句記錄也不同，在本設計中只關心日期和時間、經緯度、地面速度，因此只選用RMC記錄語句。一條$GPRMC語句包含13個記錄：語句標識頭、世界時間、定位狀態、緯度、緯度方位、經度、經度方位、地面速度、地面路線、日期、磁偏角、校驗和結束標記，它一共占用70字節(其中還包括用于分隔記錄所使用的11個逗號)，例如:
$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,,*10 電源設計 車載設備的電源設計中我們重點考慮如下問題： ● 充分考慮汽車電源的波動和脈沖干擾，選擇合適的電源濾波器；
● 由于汽車電瓶有+12V和+24V，車載設備的電源應設計成寬輸入電壓（我們選擇的電源模塊的輸入電壓范圍為7～35V）；
● 車載設備應選用低功耗器件和采取停車時使GPS模塊和GSM模塊斷電等措施，最大限度地降低車載設備的功耗，以免汽車停車時間較長時損壞汽車電瓶。對50AH的汽車電瓶而言，如果車載終端的待機電流為140mA，則泊車時能堅持357小時約15天；
● 應采取過流、過壓保護措施。 在本系統中，我們采用LM2596系列開關穩壓集成電路，其主要性能指標如表3所示。 經實際使用證明，采用LM2596系列開關穩壓集成電路作為本系統的電源模塊不僅可以提高電源的工作效率，減少能源損耗，減少對核心器件的熱損害，而且可減少外部汽車電平電壓大幅波動對器件的干擾，同時可降低經電源竄入的脈沖干擾，這對保障系統的安全和可靠運行能起到事半功倍的作用。電源電路如圖5所示。 系統設備的工作方式 設備安裝好后首次通電，車載設備即開始工作。 車輛熄火后，用戶應用遙控器開啟防盜功能，此時各防盜輸入、車門開閉檢測馬上起作用，直到用戶使用遙控器撤防。車輛的設/撤防憑借聯動汽車尾燈與警笛進行確認。如設防時車門未關好，能通過聲光提示。
通常，車載設備的GSM模塊處于待機狀態。當接收到中心的指令時，車載設備才依中心指令發送短信息。
無論車輛在行駛中或正常停放，一旦車上的緊急報警按鈕被按下，或醫療求助、交通救援按鈕被按下，車載設備可立刻自動通過移動電話以短信息方式向中心報告位置及報警類型。而與車載設備相連接的防盜報警感應裝置只有在車輛停駛并已經設防的情況下被觸發后，才立刻自動通過GSM模塊以短信息方式向中心報告位置及報警類型。 車載設備可通過接收中心的熄火/點火及開、關車門指令，并通過聯動配接的裝置完成相應操作。 手柄除具有正常的電話功能外。可用來設置車載設備所對應的短信息服務中心號碼，報警監控中心與監控服務中心的短信息被叫號碼，監聽電話號碼、設備ID號、密碼，并且能中文顯示接收到的短信息等。 可通過遙控編程方式更改車載設備的ID編號、報警監控中心與監控服務中心的短信息被叫號、數據傳輸時間間隔、超速限制值、行駛區域限制值等。
基于GSM的GPS車輛定位監控系統(圖)
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