采用GPS/GSM技術(shù)的防丟失個人定位系統(tǒng)設(shè)計

采用GPS/GSM技術(shù)開發(fā)防丟失個人定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)用于搜索和保護丟失的小孩或智障老人。系統(tǒng)利用GPS定位技術(shù)獲得被保護人員的位置，判斷其是否脫離安全區(qū)域，并可通過GSM網(wǎng)絡(luò)，將其位置信息發(fā)送給用戶。

用戶可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行設(shè)置。系統(tǒng)內(nèi)部的控制是通過單片機完成的，其接收GPS數(shù)據(jù)和來自用戶的命令，在分析后給出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)的定位精度在10米以內(nèi)，能夠及時將被保護人員的位置通知用戶。

　　0 引言

　　本設(shè)計利用GPS系統(tǒng)獲取丟失的小孩或智障老人的位置，通過GSM網(wǎng)絡(luò)將位置數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，由于短消息業(yè)務(wù)是按發(fā)送的短信條數(shù)收費，只要短消息每次限制在140個字節(jié)即可，這個數(shù)據(jù)長度足夠傳送GPS定位信息?？梢砸粤畠r的方式實現(xiàn)對小孩和老人的保護。本系統(tǒng)采用廣泛使用且便宜的AT89C52單片機、 SIRF第三代GPS接收模塊和GSM模塊TC35i設(shè)計。

　　1 個人定位系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　個人定位系統(tǒng)主要由四部分組成，即GSM模塊、GPS接收機模塊、單片機控制電路和電源電路。GPS模塊負責接收定位數(shù)據(jù)；GSM模塊在單片機的控制下收發(fā)短信；單片機控制電路對GPS定位數(shù)據(jù)進行分析，并根據(jù)用戶的設(shè)置做出相應(yīng)的處理。電源電路由7805和LM294lCS分別產(chǎn)生為+5V和+4．2v 直流電壓。+5V直流電壓作為單片機、GPS模塊的工作電源，+4．2V直流電壓提供給GSM模塊使用。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　1．1 單片機控制電路

　　系統(tǒng)選用廣泛應(yīng)用的AT89C52單片機作為MCU。其內(nèi)部有8k字節(jié)的Flash程序存儲器和1256字節(jié)的RAM。該單片機內(nèi)部僅有一個通用異步串口。為了能夠同時與GPS以及GSM模塊通信，單片機需要兩個串口。所以本系統(tǒng)利用串口擴展芯片GM8123實現(xiàn)對GPS數(shù)據(jù)和GSM數(shù)據(jù)的同時收發(fā)。單片機與GM8123模塊的接口電路如圖2所示。

　　串口擴展芯片GM8123工作在多通道工作模式下時，模式控制引腳MS=0。多通道模式允許3個子串口同時全雙工地工作。在此工作模式下，芯片的地址線 STADDl～O是輸入口，由MCU控制選擇希望發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口，地址線SRADDl～0是輸出口，用于向MCU返回接收到數(shù)據(jù)的子串口地址。通過對該芯片的控制，單片機可以同時與GPS模塊和GSM模塊全雙工通信。

　　1．2 GSM模塊

　　GSM模塊負責在被保護對象和監(jiān)控用戶之間傳遞信息。本系統(tǒng)采用德國西門子工業(yè)的GSM模塊TC35i。TC35i模塊是一個的工業(yè)級GSM模塊，工作在 GSM900和GSMl800雙頻段，支持中文短信息。TC35i的數(shù)據(jù)接口(CMOS電平)通過AT命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，它支持Text和PDU 格式的SMS(短消息)。GSM模塊接口電路如圖3所示。

　　1．3 GPS模塊

　　本系統(tǒng)采用的GPS模塊為SIRF第三代高靈敏度引線式GPS接收模塊SIRF starⅢ。該芯片定位精度在10m以內(nèi)，最多可以同時追蹤20個衛(wèi)星信道。其內(nèi)部有可充電電池，可以保存星歷數(shù)據(jù)，便于快速定位。串口數(shù)據(jù)格式為TTL 電平數(shù)據(jù)輸出，通訊速率為4800通訊波特率，每秒輸出一次GPS全數(shù)據(jù)。該模塊GPS天線采用MMCX接口，數(shù)據(jù)線接口為6線接插件，排線輸出，使用簡單，一般情況下只需用到三根輸出線，第一腳接3．5～5．5V的直流正電源，第五腳是電源地，第二腳是GPS的輸出線，它是TTL電平的串口信號，高電平大于2．4V，低電平小于0．4V，輸出驅(qū)動能力為2mA，可以直接和單片機接口。如果只使用默認設(shè)置，單片機只從該模塊讀取數(shù)據(jù)即可。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　2．1 GPS定位數(shù)據(jù)的接收

　　默認情況卜，GPS接收模塊SIRF star III每秒輸出一次定位數(shù)據(jù)，通常采用$GPRMC精簡數(shù)據(jù)格式，該數(shù)據(jù)包含了目標的經(jīng)度、緯度、速度(knot)、運動方向角、年份、月份、時、分、秒、毫秒、定位數(shù)據(jù)是有效的還是無效的等重要信息。語句格式如下：

　　$GPRMC，<1>、<2>、<3>、<4>、<5>、<6>、<7>、<8>、<9>、<10>、、<12>、*hh

　　由于只需要知道位置信息，所以在實際應(yīng)用中只用讀取其中的<1>至<6>即可。

<1>：代表UTC當?shù)貢r間。格式為“時分秒”，時、分、秒均為兩位。
<2>：代表工作狀態(tài)?！癆”表示數(shù)據(jù)可用，“V”表示接收器報警，數(shù)據(jù)不可用。
<3>：代表緯度數(shù)據(jù)。格式為“度度分分．分分分分”。
<4>：代表緯度半球，為“N”或“S”。
<5>：代表經(jīng)度數(shù)據(jù)。格式為“度度分分．分分分分”。
<6>：代表經(jīng)度半球，為“E”或“W”。

　　軟件在讀取經(jīng)緯度數(shù)據(jù)后，對當前位置進行分析，判斷當前位置是否處于用戶設(shè)定的安全區(qū)域。判斷方法是根據(jù)用戶設(shè)置的活動中心點經(jīng)緯度及被保護對象當前經(jīng)緯度計算出是否超出預(yù)先設(shè)定的安全活動半徑。根據(jù)判斷結(jié)果設(shè)置相應(yīng)的標志。其流程圖如圖4所示。

　　2．2 GSM模塊的控制及短消息處理

　　單片機可以通過AT指令來控制GSM模塊TC35i，發(fā)送短信常用TEXT和PDU模式，使用TEXT模式收發(fā)短信代碼簡單，實現(xiàn)起來十分容易，但缺點是不支持中文短信；而PDU模式不僅支持中文短信，也能發(fā)送英文短信。
兩種模式的選擇由AT+CMGF來決定，當AT+CMGF=0時為PDU模式，當AT+CMGF=1時為TEXT模式，當需要發(fā)送的短信中含有漢字時，首先應(yīng)把發(fā)送模式設(shè)置為PDU模式，再把漢字轉(zhuǎn)換為16位的Unicode代碼然后進行發(fā)送，而對于數(shù)字則在其ASCII碼之前補8位二進制0，湊足16位后發(fā)送。當手機收到短信時，通過程序判斷收到的短信是否有漢字，再決定用何種模式來讀取短信。

　　單片機主要通過GSM模塊傳輸兩類信息：一類是接收用戶的設(shè)置及請求命令，并在處理后給予回復；另一類是當單片機判斷出在被保護對象離開了安全區(qū)域而發(fā)送給用戶的提醒及位置信息。

　　用戶設(shè)置及請求信息的格式如表1所示。單片機主程序流程圖如圖5所示。

　　當用戶收到定位短信時，即可確定被保護對象的位置。用戶可以通過智能手機或計算機通過谷歌地圖查詢經(jīng)緯度數(shù)據(jù)對應(yīng)的地理位置。

　　3 結(jié)束語

　　經(jīng)測試，本系統(tǒng)可實現(xiàn)10m精度以內(nèi)的定位，并能根據(jù)用戶的設(shè)置向用戶提供定位服務(wù)。系統(tǒng)操作方便，適合保護智障老人和小孩的安全，有較好的實用價值。