基于gps和gprs的远程定位装置的设计

基于gps和gprs的远程定位装置的设计内容摘要：

星接收机是一个重要的发展方向．其中，不仅兼容 GPS、 GLONASS以及我国的北斗等多卫星系统接收机是一个重要方向，而且将 GPRS 网络定位和网络传输功能集成到卫星 接收机中也是一个重要发展趋势，具有 GSM/GPRS 网络定位和网络传输功能的接收机有如下优势：一定位范围扩大。 GPS 定位虽然能实现全球范围内的实时定位，但是对于城市车 辆 GPS 导航来说，其很大的一个缺点是跟踪卫星的信号常常由于建筑物及树木等的遮挡而使 GPS 的定位精度大大降低，甚至无法进行正常的导航和定位。 而基于GSM/GPRS 网络的位置服务恰恰能弥补 GPS 定位的这一缺点。 特别是在室内，接收机无法接收到 GPS 信号，从而无法定位；但是一般室内 GSM/GPRS 信号则比较良好，接收机就可以通过 GSM 网络实现定位。 消息 传输。 GSM/GPRS 网络能将位置信息传送到远端，或者传输给手机用户，或者传输给控制中心，从而实现报警、监控以及调配等功能。 定位精度和定位效率提高。 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统的定位精度和效率取决于两个模块的各自的性能，而定位终端会将 GPS 和 GSM/GPRS 的定位消息都传输给用户或者控制中心，而用户和控制中心可以选择准确度更高的消息。 课题的研究设想 本文对基于 GPS 和 GSM/GPRS 集成定位系统的设计进行了比较深入的阐述。 并黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 设计 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统的演示原型。 该演示原 型主要包括三部分：GPS 和 GSM/GPRS 集成定位接收终端硬件的设计、定位终端的软件设计，以及监控中心的控制软件 设计。 该控制中心软件具有和其他系统的接口，以便二次开发。 最后还提出一些提高定位精度和效率的方法，以及整个系统的可改进之处。 定位终端的硬件设计 GPS 定位和 GSM/GPRS 网络定位双定位终端的设计思想是 集成 GPS 和GSM/GPRS 网络定位两种定位方式。 该定位终端收到定位请求之后，实时获取 GPS提供的经纬度、速度、时间等 GPS 信息和 GSM/GPRS 网络提供的位置服务信息，并以短消息或者 GPRS 上网的形式发送给请求位置的手机或者监控中心。 所以硬件设计应该包括 GPS 模块和 GSM/GPRS 两个模块，并且要有一个控制单元协调两个模块工作。 除此之外，定位终端还应该包括 LCD 显示模块和电源模块等部分。 定位终端软件的设计 接收机端的软件主要完成上电后系统的初始化，对各个模块的检测，接收 GPS 模块传来的 GPS 消息，接收 GSM/GPRS 模块传来的定位请求、定位消息并且通过GSM/GPRS 模块把定位消息发送给位置请求方。 整个软件系统应该包括主控模块、GSM 模块、 GPS 模块、 LCD 显示模块和串口操 作模块五部分。 监控中心的软件设计 监控中心主要实现对 GPS 和 GSM/GPRS 集成的定位系统中的各个定位终端的控制和跟踪，它能主动向系统中各个定位终端发送位置请求，并且获取各个终端的位置消息，解析出 GPS 消息中的经纬度、时间、速度等值以及 GSM 网络定位消息，并且通过软件界面显示，供用户察看。 同时通过软件接口将定位消息发送到与电子地图，以便其他后台程序利用终端的位置消息进一步进行分析和处理。 如果监控中心没有收到定位终端的位置消息，或者收到定位终端的位置消息不可用 （ 定位终端既无法实现GPS 定位也无 法实现 GSM 网络定位 ） ，监控中心会通过界面提示用户定位终端无法定位。 定位系统性能提高方法的研究 本文还对基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统定位性能提高的方法进行了研究和阐述。 主要方法包括：提高经纬度到位置信息的转换精度；实现多系统定位，集成多种定位导航方式。 比如惯性导航系统、俄罗斯的 “ 格鲁纳斯 ” 系统、欧盟的 “ 伽利略 ”系统以及我国的 “ 北斗二代 ” 系统。 这些方法都能有效地提高定位精度，减少定位盲区。 预期达到的目标 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 完成 GPS 和 GPRS 的远程定位装置的设计的精度达到 30m，同时显示位置、 速度和时间，在被动传送定位信息接受监控中心的指令后可设定主动传送定位信息以及紧急报警触发机制，低功耗。 组织结构 按如下的方式来组织： 第 1 章引言介绍了课题研究的背景、目的和意义，对目前国内外的研究情况作了说明，概述了本课题设计方法以及预期达到的目标； 第 2 章简单综述基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统的基本概念，原理和方法 ； 第 3 章阐述了定位终端硬件的设计方法。 从原理图设计、 PCB 版图设计一直到最后的调试中的关键技术问题一一进行了说明和解释；第 4 章详细介绍定位终端软件的总体设计、关键流程的设计和关键技术 的解决方法 ； 第 5 章对我们的工作进行总结，提出了有待改进之处和今后的工作方向。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第 2 章 基于 GPS 和 GPRS 的定位系统综述 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统的基本概念和系统架构 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统是指集成了 GPS 定位、 GSM/GPRS 网络定位并且能借助 GSM/GPRS 网络进行定位消息传输的定位系统。 主要由多个可安置在车船上或者人工携带的移动定位终端和一个控制中心组成。 该系统既能够结合 GPS 和GSM/GPRS 网络定位的优点，又克服了 他们各自的不足，定位性能明显提高。 下面给出这种定位系统构架的示意框图 ： 2 、 惯 性 导航 、 G P S网 络 定 位监 控 中 心G P S 网 络 G S M / G P R S 网 络定 位 终 端 位 置 请 求 者1 、 发 起 位 置 请 求 2 、 回 送 网 络 定 位 消 息3 、 回 送 较精 确 的 位置 消 息 图 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统结构图 图中所示的定位系统包括监控中心和定位终端。 定位终端通过 GPS 接收模块接收GPS 消息，实现 GPS 定位。 同时能够通过 GSM/GPRS 网络服务提供商提供的定位功能实现 GSM/GPRS 网络定位的功能。 监控中心主要实现对 GPS 消息的处理和对定位终端的监控。 整个定位过程是用户向定位终端发送位置请求，定位终端接收到定位请求后同时通过 GPS模块和 GSM/GPRS模块获取 GPS消息和 GSM/GPRS网络位置消息，然后定位终端将网络定位消息回送给位置请求者，并同时将 GPS 消息和 GSM/GPRS网络位置消息通过 GPRS 或者短消息发送给监控中心。 监控中心将 GPS 和 GSM/GPRS网络位置消息处理并转换成为较为精确的位置消息以后发送给位置请求者。 单片机的选择： 方案一 : 采用 TI MSP430 单片机 ， MSP430 系列单片机是美国德州仪器（ TI）于 1996 年推黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 向市场的一个 16 位、具有精简指令集、超低功耗的混合型单片机，自问世推出以来，即以其具有的低功 耗特性、丰富的外设资源和方便灵活的开发手段，成为许多电子产品设计的首选，而 1999 年一进入中国就受到了广大中国电子工程师的青睐。 MSP430 系列单片机的型号很多，德州仪器（ TI）用 3 或 4 位数字表示单片机的型号，其中 1 位数字表示一个系列。 目前的系列型号包括：不带液晶驱动器的MSP430F1XX系列、 16MIPS高速 MSP430F2XX系列、带有液晶驱动器的 MSP430F4XX系列、新推出的速度高达 25MIPS 且集成高性能外设的 MSP430F5XX 系列。 目前， TI已经推出了最新 MSP430F6XX 系列性能更高 的单片机，该型号单片机包含以太网、CAN 模块和 USB 模块等以往只有在 ARM 等高性能处理器上才有的外设，从而极大的丰富了 MCU 的功能特性，改善了传统单片机运算速度慢，性能简单的弱点，最大化地实现了片上系统。 采用 Flash ROM，内部具有 4KB ROM 存储空间，而且与 MCS51系列单片机完全兼容。 但是运用于电路设计中时由于不具备 ISP 在线编程技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。 此外，下载程序时需要专用的下载器。 方案二 : 采 用 STC89C52，片内 ROM 全都采用 Flash ROM；能以 3V的超低压工作；同时也与 MCS51 系列单片机完全兼容，该芯片内部有 8KB ROM 的存储空间， 512 字节RAM 存储空间同样具有 AT89C51 的功能，且具有在线编程可擦除技术 [17]。 在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，避免对芯片造成损坏。 此外，可直接通过串口对程序进行下载，使操作更加简便。 综上所述， 鉴于 MSP430 的价格适中，适合本系统中低成本应用，所以 选择MSP430F449 作为主控 制系统的核心。 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统的优点 定位盲区减少。 GPS 定位虽然能实现全球范围内的实时定位，但是在室内，接收机无法接收到 GPS 信号，从而无法定位；但是一般室内 GSM/GPRS 信号则比较良好，接收机就可以通过 GSM 网络实现定位。 然而， GSM/GPRS 网络定位的精度又不是很高，一般在二百米以内。 所以基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位 系 统可以克服 GPS 定位信号微弱和 GSM/GPRS 网络定位精度不高的缺点，而综合了这两个定位方式的优点 ，做到了优势互补 ， 实现 “ 遥控 ”。 GSM/GPRS 网络能将位置信息传送到远端，或者传输给手机用户，或者传输给控制中心，从而实现报警、监控以及调配等功能。 并且远端的用户或者控制中心能够主动向定位终端发送消息，对定位终端进行在线配置、工黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 作模式修改等操作，实现对移动定位终端的 “ 遥控 ”。 提高了单一定位系统的定位精度和定位效率。 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统的定位精度和效率可以采用两种定位方式中较高的一个。 用户在发出位置请求后会很快得到 GSM/GPRS 网络位置消息，同时，定位终端会将 GPS 和 GSM/GPRS 的位置消息都传输给用户或者控制中心，控制中心自动选择 准确度更高的消息。 此外控制中心会通过电子地图匹配、位置校正等技术，得到精度很高的位置消息。 所以最终用户会得到准确的位置信息 ， 提供多种增值服务。 位置消息传送到控制中心后，控制中心还可以针对该位置消息为用户提供多种服务。 比如公车路线信息、最短路径建议、酒店景点信息服务和所在位置周边情况介绍等等。 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统涉及的关键技术 基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统涉及的关键技术主要包括如下五方面 ： 硬件接口的设计和抗干扰及散热问题 由于各个模块都计划采用已有的 OEM 板 ，所以硬件主要是完成 PCB 板 设计。 各个模块要求的工作电压、电流不同，接口方式不同，所以如何成功的设计接口，使各个模块互连并正常工作是硬件设计的关键问题。 此外，由于 GPS、 GSM/GPRS 以及MCU 之间的工作频率、散热各不相同，所以模块间的抗干扰、布线时的抗干扰和散热问题是硬件设计时必须重点考虑的问题。 定位终端短消息收发的问题 短消息的收发是整个系统软件中非常基础并且关键的部分。 与短消息处理相关的问题主要有：短消息格式的转化，短消息的编码问题，短消息模块命令的操纵和使用，以及与短消息处理相关的 AT 指令。 通过 GPRS 上网传输数据 目前基于 GSM 网络之上的 GPRS 功能正在全面开通， GPRS 的按流量计费可以给用户节省大量通信费用。 而如何通过 GPRS 上网传输数据也是该系统要重点解决的关键问题。 通过程序控制 GPRS 模块实际上就是利用与 GPRS 模块相关的 AT 指令连接网络，并且成功传输数据．所以正确理解并掌握 GPRS 部分的 AT 指令是 GPRS 模块部分的核心问题。 通过 STK 编程实现网络定位 目前，网络定位功能是由网络服务提供商提供的服务，并且将该服务功能集成在SIM 卡上。 所以要实现网络定 位，就是要利用 STK 提供的 AT 指令对 SIM 卡进行操作。 而对 GSM/GPRS 模块的 STK 部分的编程开发，就是通过与 STK 相关的 AT 指令发送定位请求和接收定位消息。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 监控中心软件开发 监控中心软件主要是通过友好的软件界面使用户实现对各个终端的控制。 监控中心软件主要采用的关键技术包括 ： 基于 WINDOWS 平台的界面设计，短消息收发，GPRS 服务器端的网络守护程序，对 GPS 模块和 GSM/GPRS 模块获得的位置消息的解析， WINDOWS 下对串口的操作程序．此外和其他系统的接口设计，以便二次开发也是要采用的 关键技术之一。 本章小结 本章主要综述了基于 GPS 和 GSM/GPRS 的定位系统。