【文章內(nèi)容簡介】 傳送來的定位信息，該定位信號每秒都輸出從衛(wèi)星傳送來的定位信號，該定位信號每秒鐘輸出一幀，信號的波特率通常選用4800bps，在定位信號中，包括GPGGA\GPRMC等多種數(shù)據(jù)格式。GPS模塊TXD和RXD引腳與擴(kuò)展串行口的2和12引腳相連接，然后連接到單片機(jī)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和存儲。GPS模塊的外連接電路非常簡單只需要連接VCC、GND、TXA和RXA引腳，對模塊的引腳功能說明見表31所示。表31 GPS模塊引腳功能說明Pin引腳名字功能說明1VCC_5V+~2TXA串口數(shù)據(jù)輸出A3RXA串口數(shù)據(jù)輸入A4NCNC5GND地6Default：TIMEMARKOption：RESETGPS STATUSDefault：1PPS time mark output orOption：Reset input（Active Low）/For GPS status（LED）indication在進(jìn)行GPS模塊調(diào)試時，為了操作簡便，沒有利用擴(kuò)展串行口，直接把GPS模塊和單片機(jī)相連接，GPS的引腳TXA和RXA分別連接單片機(jī)RXD和TXD引腳，引腳VCC接電源，引腳GND接地，單片機(jī)通過USB數(shù)據(jù)線與電腦相連接。由于GPS模塊時刻接受衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，并通過模塊的TXD引腳自動輸出從衛(wèi)星傳送定位信息到單片機(jī)，當(dāng)GPS模塊通電后（即接上VCC和GND后），打開上位機(jī)就能接收到GPS接收的數(shù)據(jù)，并在電腦上顯示出來，GPS接收數(shù)據(jù)如附錄五。 短消息模塊 短消息模塊概述通信模塊是車載端的一個重要的組成部分，它負(fù)責(zé)車載端與監(jiān)測中心之間的通信，車載端通過通信模塊把GPS模塊所接收到的位置信息傳送到監(jiān)測中心，通信模塊是通過與一定通信網(wǎng)絡(luò)連接來完成通信功能的，因此不同的通信網(wǎng)絡(luò)所用的通信模塊也不同。GSM的短消息業(yè)務(wù)就是通過信令信道傳輸信息，它不需要撥號建立連接，可直接把要發(fā)的信息加上信宿地址先發(fā)送到短消息服務(wù)中心然后在發(fā)送到監(jiān)測中心或需求者。短消息業(yè)務(wù)用于GPS車輛監(jiān)控最大的優(yōu)點在于其建立連接簡單、服務(wù)費(fèi)用低[5]。因此對于此次畢業(yè)設(shè)計采用GSM移動通信模塊，GSM模塊選用的是SIMCOM公司的SIM300，該模塊內(nèi)備有TCP/IP協(xié)議，使用方便，而且集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，如移動電話、無線數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程測量等。 SIM300的芯片SIM300是一款三頻段GSM/GPRS模塊，可在全球范圍內(nèi)的EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、PCS 1900MH的三種頻率下工作，能夠提供GPRS多通道類型多達(dá)10個，并且支持CSCSCS3和CS4四種GPRS編碼方案。SIM300結(jié)構(gòu)小巧，幾乎可滿足所有對產(chǎn)品尺寸有要求的工業(yè)應(yīng)用。模塊與移動應(yīng)用設(shè)備通過一個60引腳的板板連接器相連，它還提供了除了RF天線接口的其它所有模塊與開發(fā)板的硬件接口。SIM300具有低功耗設(shè)計。SIM300內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議，并且擴(kuò)展了TCP/IP指令，使用戶利用該模塊開發(fā)板數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備變得特別簡單、方便[22]。~；支持分組廣播控制信道（PBCCH）；電路交換數(shù)據(jù)傳輸速率：,，非透明傳輸；支持點到點短消息移動發(fā)送和接受、文本、PDU模式；短消息存儲于SIM卡中；支持CSD和GPRS模式的短消息發(fā)送，用戶可以根據(jù)自己需要選擇傳輸模式；外部有天線進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收；并通過AT指令來控制信息的發(fā)送。如圖34所示是SIM300的芯片簡圖，SIM300與單片機(jī)的連接非常簡單，它只需要引出四根線即可，引腳VCC接電源，引腳GND接地，引腳TXD和引腳RXD分別與串行口的引腳1和引腳11相連接，其它引腳不用設(shè)計。表32SIM300芯片引腳功能說明引腳名稱I/O說明RXDIReceive Data 接收數(shù)據(jù)TXDOTransmit Data 發(fā)送數(shù)據(jù)VCC接電源GND接地圖34 SIM300芯片簡圖在實現(xiàn)短消息發(fā)送消息時，為了操作簡便，沒有利用擴(kuò)展串行口，直接把短消息模塊和單片機(jī)相連接，短消息模塊的引腳TXD和引腳RXD分別和單片機(jī)的引腳RXD和引腳TXD相連接，引腳VCC接電源，引腳GND接地。用USB把單片機(jī)與電腦連接起來，打開下載軟件把程序的下載到單片機(jī)，同時為檢測下載下來的程序是否在運(yùn)行，用一個二極管作為指示燈，二極管的正極連接單片機(jī)的一個I/O口，負(fù)極接地。當(dāng)二極管在一直閃爍時證明程序在運(yùn)行。為了操作簡便，在編寫短消息發(fā)送程序時，設(shè)置了一個按鍵作為短消息發(fā)送的控制端，當(dāng)按一次鍵，發(fā)送一條短消息。電路連接完畢，程序也下載到單片機(jī)但是手機(jī)卻沒有接收到短消息模塊發(fā)送的消息。分析原因可能程序?qū)懙牟粚蜓訒r設(shè)置的不對，但是由于能力有限沒有查找出真的的原因。 擴(kuò)展串行口本此畢業(yè)設(shè)計的研究是基于短消息和GPS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，控制核心單元MCU需要與GPS模塊和短消息模塊連接，由于此次選用的單片機(jī)只有一個輸出和輸入口即（TXD和RXD），這樣就需要一個擴(kuò)展串行口把GPS模塊和短消息模塊與單片機(jī)連接起來。由于CD4052鏈接簡單、容易控制和轉(zhuǎn)換、性價比高，且適合本電路的要求，所以此次電路連接的串行口選擇CD4052。CD4052是一個差分4通道數(shù)字控制模擬開關(guān)，有A、B兩個二進(jìn)制控制輸入端和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。~~20V的數(shù)字信號可控制峰峰值至20V的模擬信號。例如，若VDD=+5V，VSS=0,VEE=,則0~~~~，這些開關(guān)電路在整個VDDVSS和VDDVEE電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功耗，與控制信號的邏輯狀態(tài)無關(guān)，當(dāng)INH輸入端=“1”時，所有通道截止。二位二進(jìn)制輸入信號選通4對通道中的一個通道，可連接該輸入至輸出。此次畢業(yè)設(shè)計的研究需要利用單片機(jī)和GPS模塊、短消息模塊，而單片機(jī)只有一個串行口，需要利用外圍的電路進(jìn)行擴(kuò)展一個串行口，把短消息模塊和GPS模塊連接起來。此次利用CD4052芯片進(jìn)行擴(kuò)展把三個模塊連接起來。引腳（5）是Y通道的輸出端，引腳3為Y通道輸入端，引腳（11115）為X通道的輸出端，引腳13為X通道輸入端，引腳VEE為模擬信號接地端，引腳VSS為數(shù)字信號接地端，引腳VDD為電源連接端。，引腳INH為禁止端，當(dāng)INH輸入端=“1”時，所有通道截止。引腳10是控制端，設(shè)引腳9為二進(jìn)制00、011四種狀態(tài)，引腳10也為二進(jìn)制00、011四種狀態(tài)，當(dāng)接收的GPS原始數(shù)據(jù)從引腳3或引腳13傳進(jìn)CD4052擴(kuò)展芯片時，由引腳9和10進(jìn)行控制，當(dāng)引腳9為00時從引腳1輸出，當(dāng)引腳9為01時從引腳2輸出，當(dāng)引腳10為00時引腳11輸出，當(dāng)引腳10為01時從引腳12輸出。引腳1和11連接短消息模塊，引腳2和12連接GPS模塊，由此實現(xiàn)把GPS模塊接受到的數(shù)據(jù)傳送到短消息模塊，再由短消息模塊把數(shù)據(jù)以短消息的方式發(fā)送到監(jiān)控中心或地面需求者。表33CD4052的引腳功能說明引腳號符號功能1 2 4 5IN/OUTY通道輸入/輸出端11 12 14 15IN/OUTX通道輸入/輸出端9 10A B地址端3OUT/INY公共輸出/輸入端13OUT/INX公共輸出/輸入端6INH禁止端7VEE模擬信號接地端8VSS數(shù)字信號接地端16VDD電源圖35 CD4052芯片圖 硬件的總體電路設(shè)計此次畢業(yè)設(shè)計需要利用單片機(jī)、GPS模塊和短消息模塊的，畢業(yè)設(shè)計的重點是把GPS模塊和短消息模塊的原理弄明白，并畫出它們的電路圖然后利用擴(kuò)展串行口把單片機(jī)和GPS模塊、短消息模塊三個模塊連接起來。，。單片機(jī)的引腳TXD和RXD連接芯片CD4052的引腳3 （Y公共輸出/輸入端）和引腳13（ X公共輸出/輸入端），實現(xiàn)串行口的擴(kuò)展，由兩個串行口擴(kuò)展為八個串行口。其中四個一組，引腳（5）為Y通道輸入/輸出端，引腳（1 1115）為X通道輸入/輸出端。引腳VEE為模擬信號接地端，引腳VSS為數(shù)字信號接地端，引腳INH為禁止端，當(dāng)INH輸入端=“1”時，所有通道截止。芯片CD4052的引腳1和11連接短消息模塊的TXD和RXD，引腳4和引腳5懸空，芯片CD4052的引腳2和12連接GPS模塊的TXA和RXA，引腳14和引腳15懸空。如何實現(xiàn)短消息模塊和GPS模塊的通信？需要利用軟件程序進(jìn)行控制，來實現(xiàn)引腳11通信還是引腳12通信，芯片CD4052的引腳9和10為地址控制端，引腳9和10的工作方式都為00、011，當(dāng)輸出為00時引腳1和11通信，短消息模塊工作，當(dāng)輸出為01時引腳2和12通信，GPS模塊工作。由此電路圖的連接來實現(xiàn)硬件功能，此次畢業(yè)設(shè)計的信息采集和傳輸?shù)墓δ?。圖36 總體電路圖 本章小結(jié)本章主要介紹了此次畢設(shè)的硬件電路的設(shè)計和電路圖的繪制和連接，其次對各個模塊進(jìn)行了簡單的介紹和分析，并對各個模塊的功能進(jìn)行詳細(xì)介紹和模塊的引腳功能進(jìn)行說明，以使此次畢設(shè)的硬件電路設(shè)計詳細(xì)明了。最后對硬件電路進(jìn)行了連接和描述。第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計和實現(xiàn) 第4章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計和實現(xiàn)車輛監(jiān)控系統(tǒng)的功能是在程序控制下實現(xiàn)的。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計方法與硬件設(shè)計相對應(yīng)，采用模塊化的設(shè)計思想，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進(jìn)行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后通過主程序?qū)⒏鞒绦蚰K連接起來。這樣有利于程序修改和調(diào)試，增強(qiáng)了程序的可移植性。車輛監(jiān)控系統(tǒng)的軟件部分主要分為：GPS信息的采集，短消息模塊中信息的發(fā)送。 軟件設(shè)計的總體流程初始化GPS定位信息的采集A/D轉(zhuǎn)換將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)有無詢問指令？檢測串行口打開與否？定位數(shù)據(jù)在緩沖區(qū)進(jìn)行字符轉(zhuǎn)換（GSM字符譯成ASCII碼字符發(fā)送定位數(shù)據(jù)結(jié)束無有否是圖41 車輛信息的采集和發(fā)送的總流程圖 系統(tǒng)的主程序設(shè)計主要完成系統(tǒng)初始化、中斷優(yōu)先級設(shè)定以及判斷調(diào)用各模塊程序，即主要實現(xiàn)各程序模塊的連接。系統(tǒng)初始化主要包括單片機(jī)中寄存器、存儲單元的配置、單片機(jī)的I/O口設(shè)置、GPS模塊和短消息模塊的初始化。根據(jù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計和電路原理，按照硬件連接和各個模塊芯片的特性以及功能實現(xiàn)，初始化包括GPS模塊輸入口、單片機(jī)的端口輸入輸出設(shè)置、串行口的輸入輸出和短消息模塊的輸入端口。主程序的流程是通過GPS模塊接收GPS信息（車輛的具體位置包括經(jīng)度、緯度、速度和時間），然后傳送到單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。并把經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存儲在緩沖區(qū)進(jìn)行存儲，如果有訪問指令把緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)經(jīng)過變換以短消息的方式發(fā)送到地面監(jiān)控中心或地面需求者。 系統(tǒng)各模塊子程序的流程設(shè)計 GPS模塊定位數(shù)據(jù)的采集GPS只要處于工作狀態(tài)就會不斷地接收車輛位置的數(shù)據(jù)并計算出定位信息，通過串行口傳送到計算機(jī)，并將其放置于緩存中，在沒有處理之前，緩存中是一長串字節(jié)流，這些字節(jié)流在沒有經(jīng)過分類提取之前是無法加以利用的。因此，我們必須通過程序?qū)⒏鱾€字段的信息從緩存字節(jié)流中提取出來，并將其轉(zhuǎn)化成有實際意義的，可供高層決策使用的定位信息數(shù)據(jù)。同其它通訊協(xié)議類似，對GPS進(jìn)行信息提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，然后才能根據(jù)其結(jié)構(gòu)完成對各定位信息的提取。對于本次畢設(shè)所使用的天線板，其發(fā)送到計算機(jī)的數(shù)據(jù)主要有幀頭、幀內(nèi)數(shù)據(jù)和幀尾組成，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，幀頭也不同，主要由“$GPGGA”，“$GPGSV”等，通常情況下，我們關(guān)心的定位數(shù)據(jù)如經(jīng)度、緯度和時間等均可從“$GPGGA”幀中獲得，而航向和速度等均可從“$GPRMC”幀中獲得。GPS模塊從GPS衛(wèi)星上接收當(dāng)前車輛定位信息，其中包括車輛當(dāng)前位置的經(jīng)度、緯度和速度等信息，而每次收回的這些重要信息都是集成在一個字符串中，本部分的工作就是如何按照NMFA—0183協(xié)議的規(guī)則把該字符串分解、提取出所需要的信息[13]。開始打開串行口，設(shè)置波特率為4800設(shè)置定時器為1秒，定時讀串行口讀取串行口1緩存，判斷是否GPRMC語句？復(fù)制該語句并從緩存中刪除該語句刪除復(fù)制語句中的表頭$GPRMC提取UTC時間并轉(zhuǎn)化為北京時間判斷接受狀態(tài)是否有效？分別提取經(jīng)緯度和速度提取UTC日期否是否是圖42 GPS信息的采集和提取流程圖GPS模塊的設(shè)計實現(xiàn)了GPS接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)并在電腦的上位機(jī)上顯示出來，但由于沒有編寫出顯示模塊的程序，無法在顯示管上顯示出來接收到的數(shù)據(jù)。 短消息模塊的軟件設(shè)計短消息通信模塊主要包括初始化、發(fā)消息，工作狀態(tài)的監(jiān)控三大功能。開始設(shè)置短消息格式短信PDU編碼向串行口寫AT指令是否成功？設(shè)置接收號碼結(jié)束否是圖43 發(fā)送流程圖此模塊的軟件設(shè)計是要實現(xiàn)數(shù)據(jù)以短消息的方式發(fā)送，利用C++和動態(tài)連接技術(shù)編程，編寫一個用于短信的工程界面，使用AT指令進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，并通過編碼和解碼的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)來實現(xiàn)短消息的發(fā)送。硬件上STC12C5628AD是通過CD4052接口與短消息模塊進(jìn)行通信，而在軟件上則通過國際標(biāo)準(zhǔn)AT指令歲短消息模塊進(jìn)行控制，達(dá)到我們要實現(xiàn)的功能。AT指令集是從TE（Terminal Equipment）或DTE（Data Terminal Equipment）向TA（Terminal Adapter）或DCE（Data Circuit Terminating Equipment）發(fā)送的。通過TA，TE發(fā)送AT命令來控制MS（Mobile Station）的功能，與GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互。用戶通過AT命令進(jìn)行短信的控制。程序中對GSM模塊的操作使用到的AT指令主要有以下一些：（1）AT+CMGF選擇消息格式；消息格式為TEXT或PDU格式。程序中如果需要將當(dāng)前值設(shè)