【正文】 ...................................... 28 6 系統(tǒng)調(diào)試 ............................................................................................................... 32 硬件電路調(diào)試 ................................................................................................ 32 軟件調(diào)試 ........................................................................................................ 33 系統(tǒng) 測(cè)試結(jié)果 ................................................................................................. 34 本章小結(jié) ....................................................................................................... 35 7 結(jié)論 ..................................................................................................................... 36 致謝 ............................................................................................................................ 37 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 38 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 .................................................................... 40 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 ......................................................................... 41 附錄 1 ......................................................................................................................... 42 附錄 2 ......................................................................................................................... 43 目錄 V 附錄 3 ......................................................................................................................... 44 1 緒論 1 1 緒論 課題背景 最古老、最簡(jiǎn)單的導(dǎo)航方法是星歷導(dǎo)航，人類通過觀察星座的位置變化來確定自己的方位；最早的導(dǎo)航儀是中國人發(fā)明的指南針，幾個(gè)世紀(jì)以來它經(jīng)過不斷的改進(jìn)而變得越來越精密，并一直為人類廣泛應(yīng) 用著 ,進(jìn)入二十世紀(jì)以后，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高人類逐漸發(fā)明 /發(fā)現(xiàn)了許多新的定位方法。起初的 GPS 方案由 24 顆衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星分布在互成120176。 現(xiàn)如今 方案是由21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆備用衛(wèi)星組成整個(gè)系統(tǒng)， 6 個(gè)軌道平面的每個(gè)平面上分布 4 顆衛(wèi)星，這樣的配置使同時(shí)出現(xiàn)在地平線以上的衛(wèi)星數(shù)目隨時(shí)間和地點(diǎn)而異，最少為 4 顆，最多可達(dá) 11 顆。 1991 年在歐洲開通了第一個(gè)系統(tǒng)，將 GSM更名為 “全球移動(dòng)通信系統(tǒng) ”（ Globa1 system for Mobile munications）。 1992 年大多數(shù)歐洲 GSM 運(yùn)營者開始商用業(yè)務(wù)。 1993 年歐洲第一個(gè) DCSI800 系統(tǒng)投入運(yùn)營。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前中國主要的兩大 GSM 系統(tǒng)為 GSM 900 及 GSM1800，由于采用了不同頻率，因此適用的手機(jī)也不盡相同。歐洲國家普遍采 用的系統(tǒng)除GSM900 和 GSM1800 另外加入了 GSM1900，手機(jī)為三頻手機(jī)。西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 GPS 現(xiàn)在已廣泛運(yùn)用于 各種領(lǐng)域 ： (1)陸地應(yīng)用，主要包括車輛導(dǎo)航、應(yīng)急反應(yīng)、大氣物理觀測(cè)、地球物理資源勘探、工程測(cè)量、變形監(jiān)測(cè)、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、 市政規(guī)劃控制等； (2)海洋應(yīng)用，包括遠(yuǎn)洋船最佳航程航線測(cè)定、船只實(shí)時(shí)調(diào)度與導(dǎo)航、海洋救援、海洋探寶、水文地質(zhì)測(cè)量以及海洋平臺(tái)定位、海平面升降監(jiān)測(cè)等； (3)航空航天應(yīng)用，包括飛機(jī)導(dǎo)航、航空遙 感姿態(tài)控制、低軌衛(wèi)星定軌、導(dǎo)彈制導(dǎo)、航 空救援和載人航天器防護(hù)探測(cè)等 研究意義 由于 GPS 所具有的全天候、高精度 測(cè)量 的特點(diǎn)，作為先進(jìn)的測(cè)量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國防建設(shè)和社會(huì)發(fā)展的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測(cè)，在美國，單單是汽車 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)， 2021 年后的市場(chǎng)將達(dá)到 30 億美元，而在我國， 汽車導(dǎo)航的市場(chǎng)也將達(dá)到 50 億元人民幣。 研究主要內(nèi)容 通過單片機(jī)串口通信實(shí)現(xiàn)從 GPS 模塊輸出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確的提取時(shí)間、經(jīng)緯度等數(shù)據(jù)，定位精度取決于 GPS 模塊的定位精度，天空狀況良好的情況下水平精度小于 10 米，得到的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)后能通過一定的技術(shù)手段配合使用 Google Earth、城際通 GPS 導(dǎo)航軟件、智能手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備上的 GPS 導(dǎo)航軟件等地圖軟件、在地圖上顯示出所得的經(jīng)緯度的確切地理位置，并能將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備案。 2 系統(tǒng)原理介紹 3 2 系統(tǒng)原理介紹 GPS 定位原理 a． 絕對(duì)定位原理 利用 GPS 進(jìn)行絕對(duì)定位的基本原理為：以 GPS 衛(wèi)星與用戶接收機(jī)天線之間的幾何距離觀測(cè)量 為基礎(chǔ)，并根據(jù)衛(wèi)星的瞬時(shí)坐 標(biāo)（ XS ,YS ,ZS ），以確定用戶接收機(jī)天線所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)位，即觀測(cè)站的位置?？梢钥闯觯? GPS 單點(diǎn)定位的實(shí)質(zhì)就是空間距離的后方交會(huì)。其基本定位原理為：如圖所示，用兩臺(tái) GPS 用戶接收機(jī)分別安置在基線的兩端，并同步觀測(cè)相同的 GPS 衛(wèi)星，以確定基線端點(diǎn)（測(cè)站點(diǎn)）在 WGS84 坐標(biāo)系中的相對(duì)位置或稱基線向量。意思是全球移動(dòng)通信系統(tǒng)。其中，基站子系統(tǒng)BSS 是 GSM 系統(tǒng)中與無線蜂窩方面關(guān)系最直接的基本組成部分，它通過無線接口直接與移動(dòng)臺(tái)相連，負(fù)責(zé)無線發(fā)送接收和無線資源的管理。主要負(fù)責(zé)完成呼叫處理、通信管理、移動(dòng)管理、部分無線資源管理、安全性管理、用戶數(shù)據(jù)和設(shè)備管理、計(jì)費(fèi)記錄處理、公共信道、信令處理和本地運(yùn)行維護(hù)等。 本章小結(jié) 本章的主 要內(nèi)容是對(duì)所運(yùn)用的 GPS 定位 和 GSM 通信 的原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，為后續(xù)章節(jié)打下基礎(chǔ)。 移動(dòng)端主要由 GPS系統(tǒng)、 GSM系統(tǒng)和單片機(jī)系統(tǒng)組成，其主要任務(wù)就是監(jiān)測(cè)監(jiān)控中心發(fā)來的各種指令和向監(jiān)控端發(fā)送各種數(shù)據(jù)包，如移動(dòng)端當(dāng)前的經(jīng)緯度、速度、終端所在的 GSM網(wǎng)絡(luò)的鄰近周圍各個(gè)基站的 CELL ID和場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度等信息 。一方面能夠利用來自終端的場(chǎng)強(qiáng)信息和基站信息，并快速搜索基站數(shù)據(jù)庫（通常包含了各個(gè)基站的經(jīng)緯度、基站高度、發(fā)射功率等等）得到相應(yīng)的參數(shù)對(duì)終端實(shí)行場(chǎng)強(qiáng)定位，并結(jié)合 GPS的定位信息，計(jì)算出最后坐標(biāo)；另一方面還具備了快速查找電子地圖數(shù)據(jù)庫庫的能力，找出與終端坐標(biāo)相匹配的電子地圖上的位置，以實(shí)現(xiàn)人性化管理。 GPS+GSM系統(tǒng)的性能和特點(diǎn)： ， GSM短信中心可以支持?jǐn)?shù)以萬 計(jì)的用戶，在最小配置下，一分鐘可接收超過 。 ，中國移動(dòng) GSM網(wǎng)覆蓋的地域，都是系統(tǒng)服務(wù)的范圍。 ，由于使用了 GSM為通信平臺(tái)，可以大大節(jié)省系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用。 ，在傳輸階段， GPS數(shù)據(jù)和命令都是經(jīng)過 GSM信令通道，對(duì)該部分?jǐn)?shù)據(jù)監(jiān)聽難。 擴(kuò)展的傳感器系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)將遠(yuǎn)程的一些物理量，如溫度、濕度、開關(guān)量等信號(hào)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(duì)遠(yuǎn)程的設(shè)備進(jìn)行短信指令控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程的直接協(xié)助和控制。 本系統(tǒng)監(jiān)控端采用方案：普通手機(jī) +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(jì)（論文） 7 普 通 手 機(jī)裝 有 地 圖 軟 件的 個(gè) 人 電 腦?接 收 移 動(dòng) 端發(fā) 來 的 定 位 短 信 手 動(dòng) 輸 入短 信 中 的 定 位 信 息向 移 動(dòng) 端 發(fā) 送數(shù) 據(jù) 采 集 指 令 圖 監(jiān)控端實(shí)現(xiàn)原理框圖 本方案 適用于大多數(shù)場(chǎng)合，只需普通手機(jī)和一般的電腦即可，無需特殊的硬件，本方案具有通用性強(qiáng)、超低成本、直觀、 能在手機(jī)中存儲(chǔ)歷史定位數(shù)據(jù)短信等特點(diǎn)。對(duì)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(cè)量 GPS信號(hào)的接收設(shè)備即 GPS定位模塊。近幾年，國內(nèi)引進(jìn)了許多種類型的 GPS測(cè)地型接收機(jī)。目前，各種類型的 GPS接收機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測(cè)。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。在對(duì)多種 GPS模塊進(jìn)行性能、價(jià)格、技術(shù)指標(biāo)全面分析比較后，選用了臺(tái)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）。 HOLUX GR87是一個(gè)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(jì)的第三代衛(wèi)星定位接收晶片，是一個(gè)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(gè)人消費(fèi)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。其耗電量低，且能同時(shí)追蹤 20 顆定位衛(wèi)星的訊號(hào)，每 秒接收一次，每秒更新一次定位資訊。晶片內(nèi)建 200,000個(gè)衛(wèi)星追蹤運(yùn)算器，大幅提高搜尋及運(yùn)算衛(wèi)星訊號(hào)能力。支持 NMEA0183 。 TC35模塊是西 門子公司最新推出的新一代 GSM手機(jī)通信模塊，它與 GSM phase2/2+ 兼容、可工作在900MHz或 1800MHz兩個(gè)頻段、 RS232 數(shù)據(jù)口、符合 ETSI 標(biāo)準(zhǔn) GSM0707和GSM0705且易于升級(jí)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(jì)（論文） 9 用開發(fā)及設(shè)計(jì)。 圖 TC35的功能框圖 其 中， GSM基帶處理器是整個(gè)模塊的核心，它是單芯片的模擬數(shù)字混合信號(hào)處理器，對(duì)來自蜂窩網(wǎng)絡(luò)的語音信號(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì) FR、 HR、 FFR語音信道的編碼。 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(shí)間。 Flash 用來存儲(chǔ)一些用戶配置信息、電話本和其他信息。 TC35的主要特性與技術(shù)指標(biāo)包括以下幾點(diǎn)： (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：?jiǎn)我浑妷?～ ； (6) 波特率：可選波特率 300bps～ 115kbps，自動(dòng)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(jì)實(shí)現(xiàn) 10 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 移動(dòng)端硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 移動(dòng)端硬件系統(tǒng)主要由穩(wěn)壓電源、單片機(jī)及外設(shè)、 GSM 模塊及外圍電路、GPS 模塊及外圍電路組成。 單