GPS远端定位监控系统的设计

0 引 言

GPS(全球定位系统)的主要应用之一是对车辆进行监控和管理。采用目前最完善的GSM(全球移动通信系统)技术，不仅使企业客户和个人用户对车辆的监控管理更准确、快捷，范围更宽广，而且大大降低了企业客户对GPS车辆监控的前期投入费用。只需要一台电脑，再配上监控管理软件，便可以对公司或单位内所有安装GPS的车辆进行全天候、超远程的监控。这种监控系统主要由GPS无线收发系统和监控系统两部分组成。

1 GPS无线收发系统的结构组成

GPS无线收发系统由GPS接收模块、信息处理模块、GSM发送模块3部分组成。结构见图1[1]。

1.1 GPS信号接收模块的组成及工作原理

常用的GPS模块主要由天线单元和接收单元两大部分组成。天线单元由前置放大器和频率变换器组成，接收单元由标频器、频率合成器、并行信号通道、数字信号处理器、存储器、串行接口、电源等部分组成。加电后，将自动从天线接收GPS卫星发送的射频信号，经过一系列的处理过程，通过并行通道完成对视界内最佳位置卫星的跟踪，测出从卫星到天线的传播时间，解读导航电文，从而计算出经纬度、海拔高度、日期、航向等信息。

1．2 信息处理模块

GPS模块将导航定位信息通过串口不断发送出来，通过对这些数据的处理提取所需的经纬度等信息，然后将有用信息按一定协议组装成数据包传递给GSM发送模块。其硬件组成见图2。采用AT89C51处理器，由于数据的接收和发送都是通过串口来实现，本文中采用TL16C554来扩展串口，TL16C554是一个整合4通道的异步通信组件，它的每个通道都能与外围设备进行数据通信，实行串/并或并/串转换。

1．3 GSM短信发送模块

使用GSM模块可以方便地利用GSM网进行通信。主控制器可通过AT命令控制GSM模块使其发送短消息。GSM模块与单片机之间采用标准的串行口进行通信，通信的最高波特率可达115.2 kbit/s。GSM。模块与SIM卡问主要通过SIMCLK和SIMDATA信号线进行数据通信。为了保证发送短消息与短消息到达之间的时间间隔尽量短，选用的SIM卡最好是同一个电信运营商提供的。

2 后台监控系统的组成

后台监控系统由GSM接收模块和PC机及地理信息管理软件组成。把接收到的经纬度、海拔高度等信息，通过串口传送到计算机，然后调用地理信息管理软件来显示当前目标所在的位置。其框架结构见图3。

3程序设计

3．1 GPS数据的接收处理

GPS定位信息串行输出格式大多采用美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183通信标准格式。其输出数据采用的是ASCII码，内容包含了纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向以及卫星状况等信息，语句有6种，包括GGA、GLL、GSA、GSV、RMC和VTG。

GPS模块只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS导航定位信息通过串口传送到信息处理模块中。由于从串口接收的数据帧是一长串ASCII码字节流，在没有经过分类提取之前是无法加以利用的。因此，必须通过程序将各个字段的信息从接收到的字节流中提取出来，将其转化成有实际意义的定位信息数据。对GPS信息进行提取必须首先明确其帧结构，数据帧主要由帧头、帧尾和帧内数据组成。对于不同的数据帧，其帧头是不同的，主要有"＄GPGGA"，"＄GPGSA"，"＄GPGSV"以及"＄GPRMC"等。这些帧头标识了后续帧内数据的组成和结构特点。各帧均以回车符和换行符作为帧尾，标识一帧的结束。对数据帧处理是先对帧头进行判断，然后只对感兴趣的帧进行数据的提取处理。由于帧内各数据段被逗号分割，因此在处理接收数据时一般首先通过搜寻ASCII码"＄"来判断是否是帧头，接着对帧头的类别进行识别，然后根据识别出的帧类型和逗号"，"个数确定当前正在读取的是哪个定位导航参数，并进行相应的提取和存储。本文中主要对"＄GPGGA"进行分析与处理，程序流程见图4。

3．2 控制GSM模块发送短消息

信息提取完毕后，需要控制GSM模块将信息发送回控制台。GSM模块发送短信采用AT指令。首先要设定GSM模块的短消息工作模式，一种为PDU模式，另一种为文本方式。本文中采用文本方式，AT指令为AT+CMGF=1，GSM模块返回响应字符串"OK"表示设置成功，否则返回字符串"error"表示设置失败。然后设定发送号码，命令控制字为AT+CMGS="+8613814986825"，GSM模块返回响应字符">，接着发送要发送的字符串信息，GSM返回响应字符串"OK"表示短消息发送成功，否则返旧字符串"error"表示失败。因为GSM对每一条AT命令都有响应字符，所以必须对这些字符进行验证，否则可能会出错。

程序流 程图如图5所示。

下面给出发送短信的部分程序代码。

4 结束语

采用基于GSM网络的GPS远端监控系统，便可以很好地对车辆进行监控，根据需要来进行调度。这种系统具有成本低、维护费用低、通信可靠的特点，可以广泛使用在物流、客运、航空等行业。