基于單片機(jī)gps全球定位呼救系統(tǒng)本科學(xué)位論文

基于單片機(jī)GPS全球定位呼救系統(tǒng)摘要：本作品采用51單片機(jī)為主控芯片，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)求救系統(tǒng)。給出了系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖、主要的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)，并采用LCD12864液晶顯示。實(shí)踐證明,該系統(tǒng)能達(dá)到自動(dòng)求救功能。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，自動(dòng)求救，GSM模塊，GPS模塊，LCD顯示。引言 隨著科技的發(fā)展，移動(dòng)技術(shù)的不斷成熟，定位導(dǎo)航應(yīng)用開(kāi)辟了一個(gè)重要的新興市場(chǎng)。無(wú)論是用于航海導(dǎo)航還是用于搜救系統(tǒng)，都大大地縮短了確定位置的時(shí)間。本設(shè)計(jì)利用GPS系統(tǒng)獲取發(fā)生事故的位置，通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)將位置數(shù)據(jù)發(fā)送給求救對(duì)象，由于短消息業(yè)務(wù)是按發(fā)送的短信條數(shù)收費(fèi)，只要短消息每次限制在140個(gè)字節(jié)即可，這個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度足夠傳送GPS定位信息?？梢砸粤畠r(jià)的方式明確事故發(fā)生的地點(diǎn)。本系統(tǒng)采用廣泛使用且便宜的STC89C52單片機(jī)、SIRF第三代GPS接收模塊和GSM模塊TC35i設(shè)計(jì)。 一、系統(tǒng)方案1.1功能分析硬件系統(tǒng)中主要由主控制器、液晶顯示模塊、GPS模塊和GSM模塊等組成。使用GPS模塊我們可以定位到具體的位置，然后通過(guò)GSM模塊把定位到的經(jīng)緯度發(fā)送到指定的手機(jī)上。該系統(tǒng)可以應(yīng)用于多種場(chǎng)合，比如航海路徑導(dǎo)航，假設(shè)某輪渡發(fā)生碰撞等事故或者迷路，碰撞時(shí)該系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)把準(zhǔn)確的位置發(fā)送出去（包括經(jīng)度和緯度），接收方就可以通過(guò)該經(jīng)緯度通過(guò)導(dǎo)航在最短的時(shí)間到達(dá)事故地點(diǎn)進(jìn)行救援；也可以應(yīng)用于我們的日常家庭汽車中，在我們外出迷路時(shí)，我們只要按一下開(kāi)關(guān)就可以把我們所處的具體位置發(fā)送出去，這樣就很容易得到救助。1.2硬件框圖 按鍵控制按鍵控制顯示模塊GPS模塊GSM模塊主控制器圖1系統(tǒng)硬件框圖圖1系統(tǒng)硬件框圖1.3硬件介紹1.3.1GPS模塊1.衛(wèi)星軌跡全球有24顆GPS衛(wèi)星沿6條軌道繞地球運(yùn)行(每4個(gè)一組)，GPS接收模塊就是靠接收這些衛(wèi)星來(lái)進(jìn)行定位的。但一般在地球的同一邊不會(huì)超過(guò)12顆衛(wèi)星，所以一般選擇可以跟蹤12顆衛(wèi)星以下的器件就可以了。當(dāng)然，所能跟蹤的衛(wèi)星數(shù)越多，性能越好。大多數(shù)GPS接收器可以追蹤8～12顆衛(wèi)星。計(jì)算2維坐標(biāo)至少需要3顆衛(wèi)星，4顆衛(wèi)星可以計(jì)算3維坐標(biāo)。2.并行通道由于最多可能有12顆衛(wèi)星是可見(jiàn)的，GPS接收器必須按順序訪問(wèn)每一顆衛(wèi)星來(lái)獲取每顆衛(wèi)星的信息，所以市面上的GPS接收器大多數(shù)是12并行通道型的，這允許它們連續(xù)追蹤每一顆衛(wèi)星的信息。12通道接收器的優(yōu)點(diǎn)包括快速冷啟動(dòng)和初始化衛(wèi)星的信息，而且在森林地區(qū)可以有更好的接收效果。一般12通道接收器不需要外置天線，除非是在封閉的空間，如船艙或車廂中。3.定位時(shí)間定位時(shí)間是指重啟GPS接收器時(shí)，確定現(xiàn)在位置所需的時(shí)間。對(duì)于12通道接收器，冷啟動(dòng)時(shí)的定位時(shí)間一般為3～5min，熱啟動(dòng)時(shí)為15～30s。4.定位精度普通GPS接收器的水平位置定位精度在5～10m內(nèi)。5.DGPS功能DGPS是一個(gè)固定的GPS接收器，用于接收衛(wèi)星的信號(hào)。DGPS可以準(zhǔn)確地計(jì)算出理論上衛(wèi)星信號(hào)傳送到的精確時(shí)間，然后將它與實(shí)際傳送時(shí)間相比較，并計(jì)算出差值。DGPS將這個(gè)差值發(fā)送出去，其它GPS接收器就可以利用這個(gè)差值得到一個(gè)更精確的位置讀數(shù)(5～10m或者更少的誤差)。許多GPS設(shè)備提供商在一些地區(qū)設(shè)置了DGPS發(fā)送機(jī)，供客戶免費(fèi)使用，只要客戶所購(gòu)買的GPS接收器有DGPS功能即可。6.信號(hào)干擾要獲得一個(gè)很好的定位信號(hào)，GPS接收器必須至少能接收到3～5顆衛(wèi)星。如果是在峽谷中或兩邊高樓林立的街道上，或者是在茂密的叢林里，有可能接收不到足夠的衛(wèi)星，無(wú)法定位或者只能得到二維坐標(biāo)。同樣，如果在一個(gè)建筑里面，有可能無(wú)法更新位置。一些GPS接收器有單獨(dú)的天線可以貼在擋風(fēng)玻璃上，或者將一個(gè)外置天線放在車頂上，這有助于接收器收到更多的衛(wèi)星信號(hào)。7.GPS實(shí)物如圖2所示：圖2-1GPS模塊正面圖2圖2-2GPS模塊反面8.HOLUXM-89GPS模塊與DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的連接HOLUXM-89GPS模塊安裝在一塊PCB板上，板上引出有6針間距為2.54mm的插針，可方便地與頂頂電子開(kāi)發(fā)的DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行連接，各插針管腳功能及其與DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的連接方法如下：1腳：指示燈，通電常亮，接收到衛(wèi)星開(kāi)始閃爍，模塊板上帶有LED燈，實(shí)驗(yàn)時(shí)可不接。2腳：外部復(fù)位輸入，模塊內(nèi)部有復(fù)位電路，實(shí)驗(yàn)時(shí)可不接。3腳：模塊串口數(shù)據(jù)輸出。接DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板MCU的RXD腳（P30腳）。4腳：模塊串口數(shù)據(jù)輸入。接DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板MCU的TXD腳（P31腳）。5腳：GND。接DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的地端。6腳：電源輸入，電壓范圍：3.3-5V，接DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的3.3V或5V端。9.GPS源程序?qū)嶒?yàn)步驟（1）打開(kāi)STC下載軟件，將“12864液晶屏顯示GPS數(shù)據(jù)C51源程序”中的“GPS_12864.hex”目標(biāo)文件下載到DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上。（2）取一只12864液晶顯示屏，將其插到DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板上。（3）將GPS模塊與天線連接好。（4）找四根杜邦線，將GPS模塊與DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板的連接好。斷開(kāi)232與單片機(jī)的短接插針。使單片機(jī)只能與GPS模塊進(jìn)行通信。（5）打開(kāi)DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板電源，約幾十秒后，在12864液晶屏上即可顯示出經(jīng)度、緯度、時(shí)間、海拔高度等信息，如下圖3所示：圖3GPS接收數(shù)據(jù)顯示圖3GPS接收數(shù)據(jù)顯示以上信息的意思為：東經(jīng)120度23.7285分，北緯36度17.3538分，時(shí)間為15點(diǎn)10分52秒，海拔高度為145.6米。需要注意的是，實(shí)驗(yàn)時(shí)，要將GPS模塊和天線放置在室外，以便接收到衛(wèi)星信號(hào)，另外，GPS啟動(dòng)時(shí)需要一定的啟動(dòng)時(shí)間，GPS啟動(dòng)后才能接收到并計(jì)算出正確的數(shù)據(jù)。另外，如果你沒(méi)有采用DD-900實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)板，而是采用其它實(shí)驗(yàn)板，需要將單片機(jī)晶振頻率設(shè)置為11.0592MHz，以保證GPS模塊與單片機(jī)按照9600的波特率進(jìn)行通信。1.3.2GSM模塊1．GSM介紹GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）系統(tǒng)是目前基于時(shí)分多址技術(shù)的移動(dòng)通信體制中，比較成熟完善，且應(yīng)用最廣泛的一種系統(tǒng)。目前已建成的覆蓋全國(guó)的GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式?；贕SM的短信信息服務(wù)，是一種在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上傳送簡(jiǎn)短信息的無(wú)線應(yīng)用，是一種信息在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)上存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)寄的過(guò)程。由于公眾GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，建議上述系統(tǒng)不需再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應(yīng)用將得到迅速普及。筆者開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的基于GSM網(wǎng)絡(luò)的溫度數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸系統(tǒng)正是借助該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用短信息業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)雙向傳遞。本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分三個(gè)模塊組成。數(shù)據(jù)采集模塊將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機(jī)共用E2RPOM的方式，單片機(jī)2控制數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)存入E2PROM中；單片機(jī)1負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從E2PROM中讀出，并經(jīng)GSM模塊2借助GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。單片機(jī)1不僅控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，也控制數(shù)據(jù)的接收。在這里，E2PROM是溫度數(shù)據(jù)臨時(shí)存儲(chǔ)和上傳的中轉(zhuǎn)站。終端處理模塊負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)交給計(jì)算機(jī)處理，并將處理后的結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供查詢。當(dāng)終端處理模塊需要向GSM模塊2發(fā)送控制命令時(shí)，GSM模塊2接收過(guò)程正好與上述過(guò)程相反，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)雙向傳遞。系統(tǒng)中，三個(gè)模塊相互獨(dú)立，彼此又相互依賴，共同完成數(shù)據(jù)的傳輸。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊在系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，是系統(tǒng)的核心模塊。該模塊以雙單片機(jī)為核心，以RS232通信接口，在物理層上實(shí)現(xiàn)與GSM模塊的連接。由于篇幅的限制，本文主要介紹單片機(jī)控制這一模塊工作的軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程，旨在對(duì)怎樣用單片機(jī)控制GSM模塊收發(fā)短信息進(jìn)行探討。2.串口控制GSM的工作原理單片機(jī)與GSM模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。采用這種RSM232電纜方式進(jìn)行連接時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^好。RS232接口方式連接，通過(guò)串行接口集成電路和電平轉(zhuǎn)換電路與GSM模塊連接，電路比較簡(jiǎn)單，所涉及的芯片包括單片機(jī)89C52和電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，是非常常見(jiàn)的接口電路。需要說(shuō)明的是，該接口通過(guò)I2C總線擴(kuò)展了一個(gè)E2PROM存儲(chǔ)器芯片AT24C64，它的主要作用是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會(huì)丟失，這些特性正是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)所必須的。GSM的短信息業(yè)務(wù)SMS利用信令信道傳輸，這是GSM通信網(wǎng)所特有的。它不用撥號(hào)建立連接，把要發(fā)的信息加上目的數(shù)據(jù)發(fā)送到短信息服務(wù)中心，經(jīng)短信服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后再發(fā)送給最終的信宿。所以當(dāng)目的GSM終端沒(méi)開(kāi)機(jī)時(shí)信息不會(huì)丟失。每個(gè)短信的信息量限制為160字節(jié)。TC35是Siemeils公司推出的新-代無(wú)線通信GSM模塊。自帶RS232通訊接口,可以方便地與PC機(jī)、單片機(jī)連機(jī)通訊?？梢钥焖佟踩?、可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音傳輸、短消息服務(wù)(ShortMessageService)和傳真。TC35模塊的工作電壓為3.3—5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz兩個(gè)頻段,所在頻段功耗分別為2w(900M)和1w(1800M)。模塊有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,該模塊還具有電話簿功能、多方通話,漫游檢測(cè)功能,常用工作模式有省電模式、IDLE、TALK等模式。通過(guò)獨(dú)特的40引腳的ZIF連接器,實(shí)現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音信號(hào)、及控制信號(hào)的雙向傳輸。通過(guò)ZIF連接器及50Ω天線連接器,可分別連接SIM卡支架和天線。TC35模塊主要由GSM基帶處理器、GSM射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF連接器、天線接口六部分組成。作為TC35的核心,基帶處理器主要處理GSM終端內(nèi)的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào),并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。圖4圖4TC35原理圖3.硬件連接電路只需設(shè)計(jì)一個(gè)TTL轉(zhuǎn)RS232電平電路,連接到MCU的UART口,另一端直接連接到TC35。和TC相連采用RXD-RXD，TXD-TXD直連，不可以交叉。圖5GSM和單片機(jī)硬件連接圖5GSM和單片機(jī)硬件連接4.GSM實(shí)物如圖5所示圖6-1GSM模塊圖正面圖6圖6-2GSM模塊圖反面1.3.3LCD12864顯示模塊 液晶顯示器(LCD)具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。系統(tǒng)采用控制器為ST7920的帶字庫(kù)的LCD12864用來(lái)顯示用戶機(jī)信息，該液晶顯示器由兩個(gè)64*64點(diǎn)陣屏組成，可以顯示字符、漢字、圖形等。本模塊電路如圖6所示。圖圖7LCD和單片機(jī)連接原理圖1.3.4 主控系統(tǒng)采用了達(dá)盛的單片機(jī)最小系統(tǒng)。實(shí)物圖如圖8所示：圖圖8達(dá)盛最小系統(tǒng)二、軟件設(shè)計(jì)2.1軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序初始化，液晶顯示程序，按鍵檢測(cè)，GSM模塊的發(fā)送短息和接收短息以及GPS模塊接收。2.2程序流程如圖9所示開(kāi)始開(kāi)始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化顯示歡迎界面顯示歡迎界面顯示GPS接收的數(shù)據(jù)顯示GPS接收的數(shù)據(jù)等待按鍵等待按鍵有鍵按下？否有鍵按下？否是是發(fā)送信息GSM發(fā)送信息GSMGSM向外發(fā)送信息GSM向外發(fā)送信息結(jié)束結(jié)束圖圖9源程序流程圖三、結(jié)束語(yǔ)感謝達(dá)盛科技給我們提供了寶貴的參賽機(jī)會(huì)，該設(shè)計(jì)作品是培養(yǎng)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，發(fā)現(xiàn)、提出、分析并解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)我們實(shí)際工作能力的具體考察和訓(xùn)練的過(guò)程。隨著科學(xué)技術(shù)日新日異的發(fā)展，單片機(jī)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中空前活躍的部分，在生活中無(wú)處不在，因此對(duì)于21世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握單片機(jī)的開(kāi)發(fā)技術(shù)尤為重要?；仡櫞舜螀①愖髌返脑O(shè)計(jì)過(guò)程，我們感慨頗多。從選題到定稿、從理論到實(shí)踐，在將近四個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是學(xué)到了很多很多的的東西。不僅鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，還學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有接觸過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我們懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，知道了作為一名合格的當(dāng)代大學(xué)生只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高