【正文】 C。 SIM900 采用省電技術(shù)設(shè)計(jì)，所以在休眠模式下最低耗流只有 1mA。頻段頻率可由 AT指令設(shè)置，默認(rèn)頻段是 EGSM900 和 DCS1800。 SIM900 是緊湊型、高可靠性的無線模塊，此模塊屬于四頻 GSM／ GPRS 模塊，完全采用 SMT 封裝形式，同時(shí)采用了功能強(qiáng)大的 ARM926EJS 芯片處理器，性能穩(wěn)定，外觀小巧，性價(jià)比高， 采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語音、 SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的傳輸。 SIM900 模塊 特性 GSM 模塊是一種典型的 GSM 使用終端，它是由以下幾部分構(gòu)成的，下圖 為 GSM 模塊的功能框圖。 GSM 基站幾乎遍布任何地方，基站定位的定位精度也隨著 第 26 頁 共 81 頁 基站的不斷增多而提高。本次設(shè)計(jì)，由于元器件 采購 問題，未進(jìn)行此項(xiàng) 設(shè)計(jì) 。 2 22 管腳 TxD1 和 RxD1 是 NEO5Q 和控制模塊單片機(jī)的串 第 24 頁 共 81 頁 口連接端。 圖 NEO5Q 外觀圖 表 NEO5Q 性能指標(biāo) 接收器類型 50 通道 /GPS L1 頻率 /C/A 碼 啟動(dòng)時(shí)間 冷啟動(dòng)： 29s 溫啟動(dòng) :29s 熱啟動(dòng) :1s 輔助啟動(dòng) 1s 跟蹤靈敏度 160dBm 水平定位精度 時(shí)鐘精度 RMS:30ns 定位速度精度 航向 精度 176。在本課題中，我們選用的是 ublox 公司的一款 GPS 接收芯片： NEO5Q。通常所用的 GPS 衛(wèi)星定位系統(tǒng)都是民用的 GPS 系統(tǒng)，在民用 GPS 產(chǎn)品的各領(lǐng)域應(yīng)用上， GPS 模塊就顯得至關(guān)重要 了。 信號(hào)處理模塊包括多通道相關(guān)器，其作用是對(duì) GPS 信號(hào)進(jìn)行采集接收以及解調(diào)等，對(duì) GPS 發(fā)送的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行提取解讀。 GPS 接收機(jī)由三部分組成：射頻前端模塊、 信號(hào)處理模塊以及應(yīng)用處理模塊 [31]。 MSP430F149 單片機(jī)的外圍電路如圖 所示 ,， MSP430F149 單片機(jī)外部晶振電路圖如 圖 所示。 單片機(jī)模塊設(shè)計(jì) MSP430 單片機(jī) MSP430 是德州公司新開發(fā)的一類具有 16 位總線的帶 FLASH 的單片機(jī) ， 它采用16 位的總線 ， 外設(shè)和內(nèi)存統(tǒng)一編址 ， 尋址范圍可達(dá) 64K， 還可以外擴(kuò)展存儲(chǔ)器 ， 具有統(tǒng)一的中斷管理 ， 具有豐富的片外圍模塊 ， 片內(nèi)有精密硬件乘法器、兩個(gè) 16 位定時(shí)器、一個(gè) 14 路的 12 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、一個(gè)看門狗、 6 路 P 口、兩路 USART 通信端口、一個(gè)比較器、一個(gè) DCO 內(nèi)部振蕩器和兩個(gè)外部時(shí)鐘 ， 支持 8M 的時(shí)鐘 [28]。 控制模塊：控制模塊調(diào)節(jié)各模塊之間信息的 傳輸，控制 GPS 模塊和 GSM 模塊的工作狀態(tài)。 第 18 頁 共 81 頁 3 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 硬件 總結(jié)構(gòu) 電 源 模 塊P 1 . 0 P 1 . 5 U R X D 0 單 片 機(jī)U T X D 0 U T X D 1 U R X D 1P 1 . 4G P S V C C G P S 模 塊R X D 1T X D 1V S I MD A T AC L K S I M 卡R S TP R E S E N C E供 電 控 制狀 態(tài) 指 示S T A T U S S I M V D D S I M D A T AR X D G S M 模 塊 S I M C L K T X D S I M R S TP W R K E Y P R E S E N C E 圖 信息監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)硬件總結(jié)構(gòu)框 圖 系統(tǒng)硬件 主要由 MSP430 單片機(jī)， GPS 定位模塊， GSM 通信模塊等構(gòu)成。在 PDU模式中，當(dāng)使用 7bit 編碼時(shí)，最多可發(fā) 160 個(gè)字符；使用 8bit 編碼時(shí)，最多可發(fā) 140個(gè)字符； 6bit 編碼時(shí)，最多可發(fā) 70 個(gè)漢字字符。 7bit 編碼用于發(fā)送普通的 ASCII 字符，它將一串 7b 的字符 (最高位為 0)編碼成 8bit 的數(shù)據(jù)，每 8 個(gè)字符可“壓縮”成 7 個(gè)。 TEXT 模式是基于 ASCII 碼字符的一種結(jié)構(gòu)模式。 短消息也稱作短信息或短信， 短消息業(yè)務(wù)按其實(shí)現(xiàn)的方式可以分為點(diǎn)到點(diǎn)短消息業(yè)務(wù)和小區(qū)廣播短消息業(yè)務(wù) (點(diǎn)到多點(diǎn) )[24][25]。 GSM 數(shù)據(jù)通信平臺(tái)是利用 GSM 短消息功能傳輸各種檢測(cè)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號(hào)和控制命令的通用通信平臺(tái)，可以廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集、移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控以及個(gè)人信息終端。現(xiàn)已發(fā)展到 phase2+階 段，這一階段的核心問題就是高速移動(dòng)數(shù)據(jù)通信 [21][22]。 第 16 頁 共 81 頁 N M C D P P S P C S N M CO M CH L R / A U CM S C / V L RE I RP S I NI S D NP D NB S CB T SB T SB S SN S SO S S 圖 GSM 機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖 由圖可見， GSM 系統(tǒng)主要由 MS(移動(dòng)臺(tái) )、 NSS(網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng) )、 BSS(基站子系統(tǒng) )、OSS(操作維護(hù)子系統(tǒng) )幾個(gè)主要部分組成 [20]。如圖 所示。 以 A， B 基站的位置坐標(biāo)為焦點(diǎn)列 雙曲線方程，移動(dòng)臺(tái)就在雙曲線一支的某一點(diǎn)上： 14/)(4/ 22222 ??? br yrx (式 22) 上式中， x、 y 為未知量，距離差 r 通過測(cè)量計(jì)算是已知量， b 為兩個(gè)基站之間的距離是已知量。 （ 2）到達(dá)時(shí)間差 TDOA(Time Difference of Arrival)定位 到達(dá)時(shí)間差 TDOA 定位原理：由于傳輸信號(hào)的移動(dòng)臺(tái)距離周圍基站的距離不同，信號(hào)到達(dá)每個(gè)基站的時(shí)間也就不同，利用到達(dá)基站的時(shí)間來測(cè)量出移動(dòng)臺(tái)的位置坐標(biāo)就是到達(dá)時(shí)間定位的方法（ TOA），而通過信號(hào)到達(dá)多個(gè)基站的時(shí)間差來對(duì)目標(biāo)移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行定位的方法就是到達(dá)時(shí)間差 TDOA 定位 [18]。首先設(shè)從移動(dòng)臺(tái)發(fā)出信號(hào)到信號(hào)到達(dá)基站 的時(shí)間為 t，這個(gè)時(shí)間是可以通過測(cè)量得出的，而電磁波在空氣中的傳播速度 c=3x108m/s，那么移動(dòng)臺(tái)和該基站之間的距離就是 R=ct，公式如下所示： 第 13 頁 共 81 頁 Ci=Cti= 2))((ii yyxx ?? (式 ) 上式中（ x1， y1）為基站的位置坐標(biāo)是已知量，（ x， y）為移動(dòng)臺(tái)的位置坐標(biāo)是未知量。我們用移動(dòng)設(shè)備在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中通信，實(shí)際上就是通過某一個(gè)蜂窩基站接入 GSM 網(wǎng)絡(luò)，然后通過 GSM 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)（語音數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù) 、多媒體數(shù)據(jù)等）傳輸?shù)?[15]。該數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下： $GPGGA,1,2,3,4,5,6,7,8,9,M,10,M,11,12*xxCRLF $GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明 (本句為 GPS 定位數(shù)據(jù) )； 1 UTC 時(shí)間，格式為 ； 2 緯度，格式為 (第一位是零也將傳送 )； 3 緯度半球， N 或 S(北緯或南緯 ) 4 經(jīng)度，格式為 (第一位零也將傳送 )； 5 經(jīng)度半球， E 或 W(東經(jīng)或西經(jīng) ) 6 定位質(zhì)量指示， 0=定位無效， 1=定位有效； 7 使用衛(wèi)星數(shù)量，從 00 到 12(第一個(gè)零也將傳送 ) 8 水平精確度， 到 第 12 頁 共 81 頁 9 天線離海平面的高度， 到 米 M 指單位米 10 大地水準(zhǔn)面高度， 到 米 M 指單位米 11 差分 GPS 數(shù)據(jù)期限 (RTCM SC104)，最后設(shè)立 RTCM 傳送的秒數(shù)量 12 差分參考基站標(biāo)號(hào)，從 0000 到 1023(首位 0 也將傳送 )。 GPS 接收機(jī)可 以輸出多種 語句 格式。它是在過去海用電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)格式 0180 和 0182 的基礎(chǔ)上，增加了 GPS 接收機(jī)輸出的內(nèi)容而完成的。在 GPS 相對(duì)定位中，至少需要兩臺(tái)精密測(cè)地型 GPS 接收機(jī)。 第 10 頁 共 81 頁 圖 GPS 絕對(duì)定位原理 2)相對(duì)定位原理 GPS 相對(duì)定位，也叫差分 GPS 定位 [11]，是目前 GPS 定位中精度最高的一種定位方法，它廣泛地應(yīng)用于大地測(cè)量、精密工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)的研究和精密導(dǎo)航。如果同時(shí)觀測(cè)了 3 顆衛(wèi)星， 便得到了 3 個(gè)球面。 1)絕對(duì)定位原理 [9][10] GPS 絕對(duì)定位也叫單點(diǎn)定位，它是利用一臺(tái)接收機(jī)觀測(cè)衛(wèi)星獨(dú)立地確定出自身在WGS84 地心坐標(biāo)系 (GPS 衛(wèi)星的參考系 )中的絕對(duì)位置。 圖 衛(wèi)星圖 GPS 信號(hào)接收機(jī) GPS 衛(wèi)星接收機(jī)的基本結(jié)構(gòu)是天線單元和接收單元兩部分，結(jié)構(gòu)如圖 所示。它的任務(wù)主要是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行基于 GPS 的車輛調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)至上空時(shí)把這類導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。主控站設(shè)在范登堡空軍基地。衛(wèi)星的分布使得在全球的任何地方，何時(shí)間都可觀測(cè)到四顆以上的衛(wèi)星，并能保持良好定位解算精度的幾何圖形 (DOP)，這就提供了在時(shí)間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?[8]，衛(wèi)星 圖如 圖 所示。 全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System)是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。 信息監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)的性能指標(biāo) a、能夠不斷地發(fā)出從 GPS 衛(wèi)星上接收的定位信息； b、 GPS 定位精度在 10 米以內(nèi)； c、 GSM 模塊從 GSM 網(wǎng)絡(luò)搜尋基站輔助定位信息； d、定位信息以手機(jī)短信形式發(fā)送出去； e、工作溫度： 20176。 第 6 頁 共 81 頁 G S M 網(wǎng) 絡(luò)遠(yuǎn) 程 信 息 監(jiān) 測(cè) 系 統(tǒng)S a t e l l i t eS a t e l l i t e目 標(biāo) 手 機(jī) 圖 信息監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)的示意圖 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 是由電源模塊、單片機(jī)控制模塊、 GPS 模塊和 GSM 模塊四部分組成的。其中的 GSM 網(wǎng)絡(luò)基站定位方法由于基站各區(qū)域密度的不同及定位精度不高的原因只作為 GPS衛(wèi)星定位方法的輔助。 第五章 ：主要介紹 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 關(guān)鍵技術(shù)的調(diào)試。 簡(jiǎn)單介紹 信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 的研究意義和目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，然后說明本文的主要內(nèi)容和具體所做的工作 。 圖 系統(tǒng)框圖 本課題設(shè)計(jì)一個(gè) 基于 GSM+GPS 綜合模塊的傳感器信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng) ， 實(shí)現(xiàn)位置信息在目標(biāo)機(jī)的顯示 。 主要研究?jī)?nèi)容 通過 MSP430 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)綜合控制 GPS 模塊和 GSM 模塊進(jìn)行工作。相信不遠(yuǎn)的將來，我們也能享受 第 4 頁 共 81 頁 到我國(guó)自己的衛(wèi)星定位系統(tǒng)給我們帶來的方便。美國(guó) 1994年宣布在 10 年內(nèi)向全世界免費(fèi)提供 GPS 全球定位系統(tǒng)的使用權(quán)，使世界各國(guó)爭(zhēng)相利用這一系統(tǒng)。在公路導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用方面，旅行時(shí)間、交通堵塞、大氣污染和交通事故每減少 1%，就會(huì)節(jié)約 2020 億歐元；在民用航空方面，相應(yīng)的數(shù)字約為 5 億歐元。僅出售航空和航海終端設(shè)備一項(xiàng)，就可在 2020 年到 2020 年收入 150 億歐元。美國(guó)的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)為它的經(jīng)銷公司每年創(chuàng)造的銷售額高達(dá) 80 億歐元。 第 3 頁 共 81 頁 GPS 技術(shù)在國(guó)內(nèi)剛剛起步，具有廣闊的應(yīng)用前景，其應(yīng)用熱點(diǎn)已從前幾年的漁業(yè)領(lǐng)域轉(zhuǎn)入車輛應(yīng)用，尤其是車輛定位監(jiān)控和指揮調(diào)度應(yīng)用，通信、 INTERNET 突飛猛進(jìn)的發(fā)展，針對(duì)位置的信息服務(wù)也將走上快車道。由于現(xiàn)在可用于組建系統(tǒng)的技術(shù)選擇比較多，每個(gè)公司都在根據(jù)自己最熟悉的技術(shù)，或依據(jù)自己對(duì)市場(chǎng)和現(xiàn)有以及未來技術(shù)發(fā)展方向的理解。本課題“基于 GSM+GPS 綜合模塊的傳感器信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”就是利用 GPS 定位和 GSM 移動(dòng)定位兩種技術(shù)，同時(shí)利用 GS