【文章內(nèi)容簡介】 提取經(jīng)緯度、時間、速度及運動方向等定位數(shù)據(jù) ?將采集到的定位數(shù)據(jù)通過GSM 模塊以短信的方式發(fā)送至監(jiān)控中心的手機上 ?等待下一個命令。 擴(kuò)展的傳感器系統(tǒng)可實現(xiàn)將遠(yuǎn)程的一些物理量，如溫度、濕度、開關(guān)量等信號通過短信方式發(fā)送至監(jiān)控中心，這樣更有助于監(jiān)控中心了解遠(yuǎn)程的各種情況，并且監(jiān)控端可通過短信指令執(zhí)行系統(tǒng)對遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行短信指令控制，實現(xiàn)對遠(yuǎn)程的直接協(xié)助和控制。 監(jiān)控端實現(xiàn)方案 監(jiān)控端工作流程：使用普通手機向移動端拔號以發(fā)送采集數(shù)據(jù)的命令 ?通過 普通手機或 GSM 模塊接收移動端發(fā)來的定位短信 ?通過手動的方式或GSM 模塊自動的方式將短信中的經(jīng)緯度輸入至個人電腦的地圖軟件中 ?地圖上將顯示移動端所在的地理位置 ?發(fā)送下一個命令。 本系統(tǒng)監(jiān)控端采用方案：普通手機 +裝有數(shù)字地圖軟件的電腦，示意圖如下： 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 普 通 手 機裝 有 地 圖 軟 件的 個 人 電 腦?接 收 移 動 端發(fā) 來 的 定 位 短 信 手 動 輸 入短 信 中 的 定 位 信 息向 移 動 端 發(fā) 送數(shù) 據(jù) 采 集 指 令 圖 監(jiān)控端實現(xiàn)原理框圖 本方案 適用于大多數(shù)場合，只需普通手機和一般的電腦即可，無需特殊的硬件，本方案具有通用性強、超低成本、直觀、 能在手機中存儲歷史定位數(shù)據(jù)短信等特點。 GPS 模塊選擇 GPS衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要擁有能夠接受、跟蹤、變換和測量 GPS信號的接收設(shè)備即 GPS定位模塊。目前世界上已有幾十家工廠生產(chǎn) GPS模塊，產(chǎn)品也有幾百種。近幾年，國內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的 GPS測地型接收機。各種類型的 GPS測地型接收機用于精密相對定位時，其雙頻接收機精度可達(dá) 5MM十，單頻接收機在一定距離內(nèi)精度可達(dá) 10MM+，用于差分定位其精度可達(dá)亞米級至 厘米級。目前，各種類型的 GPS接收機體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測。 GPS和 GLONASS兼容的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)接收機己經(jīng)問世。這些產(chǎn)品就性能而言已能較好地滿足普通 GPS定位系統(tǒng)的各方面要求。對于本定位監(jiān)控系統(tǒng)來講，主要從成本、定位精度以及模塊的大小和抗干擾性這幾個方面來考慮。在對多種 GPS模塊進(jìn)行性能、價格、技術(shù)指標(biāo)全面分析比較后，選用了臺灣長天 (HOLUX)公司的 GR85模塊， GR85外觀如圖 33（其中 J1 connector為串行接口； MMCX Active Ant connector為天線接口）。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 GR85模塊外觀 本系統(tǒng)中 GPS接收機采用了 HOLUX GR85 GPS接收模塊。 HOLUX GR87是一個高效能、低耗電的智慧型衛(wèi)星接收模組或稱作衛(wèi)星接收引擎，它采用美國瑟孚 (SiRF star III)公司所設(shè)計的第三代衛(wèi)星定位接收晶片，是一個完整的衛(wèi)星定位接收器，具備全方位功能，能滿足專業(yè)定位的嚴(yán)格要求與個人消費需求，適用范圍從汽車導(dǎo)航、保全系統(tǒng)、地圖制作、各種調(diào)查到農(nóng)業(yè)用途等。使用的基本需求只有適當(dāng)?shù)碾娫垂?yīng)和面對天空，藉由 RS232或 TTL 相容介 面，與其它電子設(shè)備溝通，并以內(nèi)建充電電池（內(nèi)建電池為選用功能），儲存衛(wèi)星資料如衛(wèi)星訊號狀態(tài)、上次使用的最后位置、日期及時間。其耗電量低，且能同時追蹤 20 顆定位衛(wèi)星的訊號，每 秒接收一次，每秒更新一次定位資訊。體積超小，僅 7mm。晶片內(nèi)建 200,000個衛(wèi)星追蹤運算器，大幅提高搜尋及運算衛(wèi)星訊號能力。內(nèi)建 RTCM SC04 DGPS和WASS/EGNOS解調(diào)器，具備有省電模式（ TricklePower）功能每秒鐘只工作部分時間，其余時間則處在節(jié)省電力的關(guān)閉狀態(tài)，更提 供在設(shè)定的時間才啟動的定時定（ PushtoFix）功能。支持 NMEA0183 。 GR87的性能指標(biāo)如下： 接口格式： RS232 或 CMOS TTL電平串行接口 輸出信息： SiRF二進(jìn)制 NMEA0813， GGA， GSA， GSV 工作電壓： +~ 定位精度： 25m 串口通信協(xié)議： 8位數(shù)據(jù)位和 1位停止位、無校驗位、波特率為 9600bps GSM 模塊選擇 本系統(tǒng)中 GSM網(wǎng)無線接入模塊選用 TC35模塊。 TC35模塊是西 門子公司最新推出的新一代 GSM手機通信模塊，它與 GSM phase2/2+ 兼容、可工作在900MHz或 1800MHz兩個頻段、 RS232 數(shù)據(jù)口、符合 ETSI 標(biāo)準(zhǔn) GSM0707和GSM0705且易于升級為 GPRS模塊；該模塊集射頻電路和基帶于一體，向用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的 AT命令接口，為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，短消息支持中文傳送，支持 text文本和 PDU兩種模式，方便用戶的應(yīng)西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 用開發(fā)及設(shè)計。 TC35主要由 GSM基帶處理器、 GSM射頻模塊、 ASIC(Application SpecificInte grated Circuit )電源模塊、 Flash、 40腳的 ZIF連接器和天線連接接口等成，如圖 34所示。 圖 TC35的功能框圖 其 中， GSM基帶處理器是整個模塊的核心，它是單芯片的模擬數(shù)字混合信號處理器，對來自蜂窩網(wǎng)絡(luò)的語音信號和傳真數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在沒有增加額外硬件電路的情況下，它還可以實現(xiàn)對 FR、 HR、 FFR語音信道的編碼。 GSM射頻部分是一個單片收發(fā)器 SMARTi，它由一個外差式接收器、上變頻調(diào)制環(huán)路發(fā)送器、一個射頻鎖相環(huán)路和一個全集成中頻合成器 4個功能塊組 成，共同完成對射頻信號的接收和發(fā)送等處理。 TC35使用專用 ASIC電源芯片，保證穩(wěn)定可靠的供電，其有 3種工作模式 (省電、 IDLE、 TALK)，選擇前兩種模式可以延長電池供電時間。電源管理系統(tǒng)能在電源反接的情況下啟用保護(hù)模式保護(hù)模塊不被損壞。 Flash 用來存儲一些用戶配置信息、電話本和其他信息。此外， TC35還具有電話簿、多方通話、漫游檢測等功能。 TC35的主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點： (1) 頻帶：雙頻 EGSM900 和 GSM1800 ( GSM Phone2+ )； (2) 支持?jǐn)?shù)據(jù) 、語音、短消息和傳真； (3) 高集成度 ( 36mm )； (4) 重量： 18 g； (5) 電源電壓：單一電壓 ～ ； (6) 波特率：可選波特率 300bps～ 115kbps，自動波特率 ～ 115kbps； (7) 電流消耗：空閑模式小于 ，語音模式平均 300mA， 峰值 ，掉電模式 ( Power down) 100μ A； (8) 溫度范圍：正常操作 20～ +55℃，存放 30～ +85℃； (9) SIM 電壓： 3V/4 系統(tǒng)硬件設(shè)計實現(xiàn) 10 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計實現(xiàn) 移動端硬件設(shè)計實現(xiàn) 移動端硬件系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓電源、單片機及外設(shè)、 GSM 模塊及外圍電路、GPS 模塊及外圍電路組成。單片機需要和兩個模塊串行通信，但采用的AT89S52 單片機只有一個串口，所以在此外加模擬開關(guān)電路作串口的切換，實現(xiàn)單串口和兩模塊分時通信，示意圖如下： G S M 模 塊 及外 圍 電 路模 擬開 關(guān)G P S 模 塊 及外 圍 電 路穩(wěn) 壓電 源單 片 機系 統(tǒng)鍵 盤 及 指 示燈 外 設(shè)供 電電 源電源輸入串行數(shù)據(jù)串 行 數(shù) 據(jù)串行數(shù)據(jù)開 關(guān) 切 換 控 制 圖 移動端硬件系統(tǒng)示意圖 下面對移動端的硬件結(jié)構(gòu)圖中的單片機系統(tǒng)、模擬開關(guān)電路、穩(wěn)壓電源、GPS模 塊（ GR85）和 GSM模塊（ TC35）及其外圍結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的介紹。 單片機系統(tǒng) 本部分電路主要由復(fù)位電路、 ISP 編程接口、鍵盤及 LED 外設(shè)組成，晶振采用 以減小串口波特率誤差，保證單片機與模塊準(zhǔn)確通信，圖中 R8為上拉電阻， GSMIGT 為 GSM 模塊開機控制 IO 口， 3587 為模擬開關(guān)串口切換控制 IO 口，用于切換單片機串口與兩模塊之間的連接， GSM 模塊的關(guān)機采用軟件關(guān)機方式，以防止未關(guān)機突然斷電對模塊造成不必要的損害。 本系統(tǒng)采用 AT89C55 單片機作為中央處理器，它采用 51 內(nèi) 核，內(nèi)置全雙工 RS232 異步串行通信接口，方便與 GPS 及 GSM 模塊通信，支持 ISP 在線編程，且售價低廉，有效降低了系統(tǒng)成本。 AT89C55 是一種低功耗、高性能CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用 Atmel 公司西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計（ 論文 ） 11 高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8KB 的 Flash， 256 字節(jié)片內(nèi) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計 數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。 由于系統(tǒng)移動終端采用電池供電，如何盡可能地降低終端的功耗是設(shè)計時要考慮的總要問題。單片機的功耗往往是比較大的耗能單元之一， AT89C55可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種節(jié)電模式：空閑模式和掉電模式。在空閑模式下， CPU進(jìn)入睡眠狀態(tài)，而片內(nèi)接口部件（中斷系統(tǒng)、串行口和定時器）仍然有效。在空閑模式下，片內(nèi) RAM和 SFR中的內(nèi)容保持不變，可用硬件復(fù)位或任何一個可允許的中斷退出空閑模式。掉電模式下所有的時鐘和內(nèi)部的振蕩電路都降停止工作，使 處理器的功耗降到最低。 本部分電路圖如圖 42： 圖 單片機系統(tǒng)電路圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 模擬開關(guān)電路 圖 模擬開關(guān)電路圖 由于 AT89C55 單片機只有一個雙工的異步串口，而 GPS 模塊（ GR85）和 GSM 模塊（ TC35）都是通過串口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的，因此需要用到串口切換。本系統(tǒng)采用三 2 選 1 模擬開關(guān)芯片 CD4053，單片機通過本電路來切換串口是與 GPS 模塊連接還是與 GSM 模塊連接，只要單片機控制 上圖 4053 芯片11 腳高低電平即可，從而解決單串口無法與兩個模塊通信的問題， GSM 模塊的關(guān)機采用軟件關(guān)機方式，以防止未關(guān)機突然斷電對模塊造成不必要的損害。 穩(wěn)壓電源 因 AT89C55的工作電壓為 ~，考慮到單片機必須始終監(jiān)控電池管理系統(tǒng)的運行狀況。為此，在系統(tǒng)供電設(shè)計上，我們采用 7805穩(wěn)壓芯片外部供電，電壓穩(wěn)壓至 5V后給系統(tǒng)的各單元供電，外加電容濾波以增強電路的穩(wěn)定性及抗干擾能力， LED POW為電源指示燈。 7805 穩(wěn)壓源的特點：能為 CMOS、 TTL 和其他數(shù)字集成電路提供電源； 內(nèi)部有過熱保護(hù)；內(nèi)部有短路電流限制；輸出電流都超超過 1A；符合 IEC65（國際電子委員會）的標(biāo)準(zhǔn)； DPAK 封裝。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 44 穩(wěn)壓電源部分實際電路圖 GR85 的接口及外圍電路 GR85模塊沒有給出直連的串口，只是給出了 6根引腳。引腳示意圖如圖 表 GR85模塊引腳定義 圖 GR85 引腳示意圖 由于 GPS 模塊與單片機通信是通過串口，那么需要我們自己做一個串口來使得 GPS 模塊和單片機連接進(jìn)行通信。在與單片機進(jìn)行通信的時候必須要注意一點， GPS 模塊串口上的 TXD 端口與單片機串口上的 RXD 相連， GPS 模塊串口上的 RXD 端口與單片機串口上的 TXD 相連，如果接反了則不能進(jìn)行通信。 GPS 模塊外圍 電路如圖： 引腳編號 引腳名稱 引腳功能 1 VCC_5V 接 — 2 TXA 接 A端口的串口輸出數(shù)據(jù) 3 RXA 接 A端口的串口 輸入數(shù)據(jù) 4 RXB 接 B端口的串口輸入數(shù)據(jù) 5 GND 接地 6 Reset 復(fù)位鍵 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 圖 GPS 模塊與主電路板連接圖 模塊與主電路板通過三芯排線連接，本系統(tǒng)采用剛好三芯的立體聲耳機接口，方便實用，而且還能通過上圖中的 LED 指示出模塊有沒有連接。 TC35 的接口及外圍電路 TC35模塊對外提供