基于ARM的GPS地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、基于arm的gps地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2007-07-02 15:53:15作者：汪忠華 章益品等來(lái)源：國(guó)外電子元器件瀏覽次數(shù)：279關(guān)鍵字： 接收 模塊 監(jiān)控 終端 1 引言隨著現(xiàn)代化科技的發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控的要求越來(lái)越高。例如，地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)可協(xié)助家長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)孩子的監(jiān)控，孩子若遭遇走失或劫持事件，監(jiān)控中心通過(guò)分析手持終端發(fā)送的gps數(shù)據(jù)確定孩子所在位置，以采取相關(guān)安全措施。此外，地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)在城市出租車(chē)調(diào)度、物流運(yùn)輸監(jiān)控等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)是伴隨著gps技術(shù)和gsm網(wǎng)絡(luò)的成熟而發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)90年代初，gps技術(shù)逐漸興起，

2、基于gps的移動(dòng)跟蹤、監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始走向市場(chǎng)。近年來(lái)，gsm網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，其數(shù)據(jù)傳輸能力明顯加強(qiáng)，并且，gps技術(shù)更加成熟。2000年5月1日，美國(guó)政府宣布取消gps普通定位的選擇干擾(sa)政策，這樣，一般gps接收機(jī)定位精度可以達(dá)到25 m。綜合上述，采用gps和gsm網(wǎng)絡(luò)，以低功耗arm微控制器展開(kāi)設(shè)計(jì)的地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)勢(shì)必得到迅猛發(fā)展，市場(chǎng)潛力巨大。2 gps和gsm簡(jiǎn)介全球定位系統(tǒng)(global positioning system，gps)是美國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一

3、代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。其基本原理是把高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。 gsm系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通訊體制中比較成熟、應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)，主要提供話音、短消息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，本系統(tǒng)就是利用其短消息服務(wù)傳輸數(shù)據(jù)。gps以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于大地測(cè)量、地質(zhì)勘探和車(chē)輛導(dǎo)航等方面，近年來(lái)隨著gps模塊成本的不斷下降和地面通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展，gsm和gps技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)正如火如荼地向前發(fā)展。3 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)地面目標(biāo)跟蹤及報(bào)警系統(tǒng)由手持終端和監(jiān)控中心兩大部分組成，如圖1所示。其中手持終端以arm微控制器

4、為核心，通過(guò)uart0和uart1分別連接gps模塊和gsm模塊(發(fā)送)；監(jiān)控中心由pc機(jī)和gsm模塊(接收)構(gòu)成，pc機(jī)中安裝的電子地圖軟件用于解析gsm模塊傳來(lái)的定位信息，并精確顯示出被跟蹤目標(biāo)的具體地理位置。4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 手持終端部分手持終端由arm微控制器、gps模塊、gsm模塊、按鍵、lcd構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。手持終端以lpc2210為主控制器，lpc2210是基于實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的1632位arm7tdmi-scpu的微控制器，并帶有256 kb的嵌入高速flash存儲(chǔ)器；128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)，使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行1。由于內(nèi)置了寬范

5、圍的串行通信接口，從而給硬件設(shè)計(jì)和軟件移植都帶來(lái)了很大的便利。gps模塊采用日本光電公司的gsu-36，體積小，功耗低，抗電磁干擾，可以同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星。gsm模塊采用benq公司的m22。lpc2210通過(guò)串行口uart0發(fā)送gps采樣周期的設(shè)置、gps數(shù)據(jù)類(lèi)型選擇和通信波特率等控制命令和接收gps定位信息。通過(guò)串行口uart1發(fā)送at指令實(shí)現(xiàn)控制gsm的工作和傳送sms。lcd顯示當(dāng)前的經(jīng)緯度和時(shí)間等信息，按鍵用來(lái)控制是否發(fā)送信號(hào)。4.2 監(jiān)控中心部分監(jiān)控中心由gsm模塊與pc機(jī)組成。采用oziexplorer作為監(jiān)控中心的電子地圖軟件，在pc機(jī)上安裝完ozi，設(shè)置好相關(guān)的端口參數(shù)，即可

6、實(shí)現(xiàn)將gsm模塊傳送來(lái)的定位信息實(shí)時(shí)顯示在電子地圖上。5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)手持終端的相關(guān)程序用c語(yǔ)言編寫(xiě)，程序流程如圖3所示。軟件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)初始化、gps數(shù)據(jù)處理、gsm數(shù)據(jù)處理3大部分。5.1 系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化主要是對(duì)串行口的初始化，包括傳輸幀格式、波特率的設(shè)置。根據(jù)gps模塊、gsm模塊的硬件特性，設(shè)置uart0波特率為4 800 bs、uart1波特率為9 600 bs，均無(wú)奇偶校驗(yàn)位，1位5.2 gps數(shù)據(jù)處理 gps模塊接收gps衛(wèi)星定位信號(hào)，判斷其為gprmc格式，經(jīng)解析留下經(jīng)緯度、utc時(shí)間等主要信息以待下一步處理，否則繼續(xù)接收gps衛(wèi)星定位信號(hào)。gps模塊輸出的gps定

7、位信息服從name-0183通信標(biāo)準(zhǔn)。name-0183通信標(biāo)準(zhǔn)的輸出數(shù)據(jù)采用的是ascii碼，其內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時(shí)間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息。語(yǔ)句有6種，包括gga、gll、gsa、gsv、rmc和vgt。本系統(tǒng)用到的是rmc紀(jì)錄語(yǔ)句，它包含了定位系統(tǒng)需要的所有信息。格式舉例： 5.3 gsm數(shù)據(jù)處理 確認(rèn)有按鍵按下時(shí)(啟動(dòng)鍵盤(pán)防抖動(dòng)程序)，提取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的unicode碼，即符合pdu格式。然后將最終有效的定位信息發(fā)送至監(jiān)控中心。gsm的短信業(yè)務(wù)sms利用信令信道傳輸，它不用撥號(hào)建立連接，把要發(fā)送的信息加上目的地址和其他控制信息發(fā)到短信服務(wù)中心，經(jīng)短信服

8、務(wù)中心完成存儲(chǔ)再轉(zhuǎn)發(fā)送給目標(biāo)機(jī)，這種特性適合數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送。每條短信息容量為140字符。gsm終端通過(guò)串行口控制sms有三種接入?yún)f(xié)議，分別是blockmode、基于at命令的text mode和基于at命令的pdu mode。其中pdu mode應(yīng)用最為廣泛。本系統(tǒng)采用的是pdu mode，采用at命令完成短信息的讀取和發(fā)送。不同廠家生產(chǎn)的gsm模塊at命令集會(huì)稍有不同，本系統(tǒng)采用的是benq公司的m22模塊，具體可以參考benq公司提供的數(shù)據(jù)手冊(cè)和at命令用戶手冊(cè)等資料。比如發(fā)送一條消息可以采用at+cmgs命令，格式如下：at+cmgs=+系統(tǒng)上電后，arm微控制器開(kāi)始執(zhí)行主程序。在主程序中

9、，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，初始化的內(nèi)容包括gps模塊和gsm模塊的基本參數(shù)設(shè)置，然后進(jìn)入主程序的數(shù)據(jù)處理部分。6 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)6.1 實(shí)現(xiàn)步驟與結(jié)果啟動(dòng)調(diào)試軟件ads，通過(guò)實(shí)驗(yàn)板上的jatg接口將編好的源代碼編譯、燒寫(xiě)進(jìn)arm微控制器。將監(jiān)控中心gsm模塊上的sim卡插放到手機(jī)中，讓手機(jī)充當(dāng)臨時(shí)監(jiān)控中心。將手持終端脫機(jī)上電運(yùn)行，4、5秒后按下實(shí)驗(yàn)板上的中斷觸發(fā)按鈕，略等片刻，手機(jī)便收到一條來(lái)自手持終端的信息，經(jīng)緯度為3907.9579n，11713.8762e，而實(shí)際精確經(jīng)緯度為3907.8933n，11713.8668e,略存在誤差。取下手機(jī)的sim卡，放至監(jiān)控中心的gsm模塊上。開(kāi)啟pc機(jī)上的電

10、子地圖軟件ozi，設(shè)置com1口的各參數(shù)：波特率4 800 bs、停止位1、無(wú)奇偶校驗(yàn)，以使其與gsm模塊匹配。再一次上電運(yùn)行，點(diǎn)擊ozi上的導(dǎo)航按鈕。定位點(diǎn)正好停留在了天津市河?xùn)|區(qū)天津工業(yè)大學(xué)上，放大地圖，定位點(diǎn)落在了實(shí)驗(yàn)樓所在位置，地圖窗口下方也實(shí)時(shí)顯示出了定位點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)值和當(dāng)前時(shí)間(如圖4所示)。6.2 誤差分析 系統(tǒng)調(diào)試初步通過(guò)，還得測(cè)試其穩(wěn)定性、分析誤差所在。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，定位精度的誤差基本上控制在25 m以內(nèi)，誤差原因主要來(lái)自兩方面：首先是gps模塊硬件本身的性能誤差。gsu-36要求工作電壓為直流3.1 v3.6 v(紋波50 mv)。且模塊使用有源天線，若天線受附近電磁場(chǎng)干擾或gps衛(wèi)星所處位置不很理想時(shí)，定位精度會(huì)有不同程度的降低。另一方面，電子地圖的分辨率也大大決定了定位點(diǎn)的精確性。ozi是一個(gè)支持自主測(cè)繪、編輯電子地圖的軟件。為達(dá)到理想的定位精度，可自行測(cè)繪一份更精細(xì)的電子地圖。7 結(jié)束語(yǔ)基