采用GPS/GSM技術的防丟失個人定位系統(tǒng)設計

采用GPS/GSM技術開發(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網絡，將其位置信息發(fā)送給用戶。

用戶可以通過GSM網絡對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行設置。系統(tǒng)內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，在分析后給出相應的處理。系統(tǒng)的定位精度在10米以內，能夠及時將被保護人員的位置通知用戶。

　　0 引言

　　本設計利用GPS系統(tǒng)獲取丟失的小孩或智障老人的位置，通過GSM網絡將位置數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶，由于短消息業(yè)務是按發(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設計。

　　1 個人定位系統(tǒng)硬件設計

　　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)用戶的設置做出相應的處理。電源電路由7805和LM294lCS分別產生為+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)的結構框圖如圖1所示。

　　1．1 單片機控制電路

　　系統(tǒng)選用廣泛應用的AT89C52單片機作為MCU。其內部有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，最多可以同時追蹤20個衛(wèi)星信道。其內部有可充電電池，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，輸出驅動能力為2mA，可以直接和單片機接口。如果只使用默認設置，單片機只從該模塊讀取數(shù)據(jù)即可。2 系統(tǒng)軟件設計

　　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)。“A”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>：代表經度數(shù)據(jù)。格式為“度度分分．分分分分”。
<6>：代表經度半球，為“E”或“W”。

　　軟件在讀取經緯度數(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定的安全區(qū)域。判斷方法是根據(jù)用戶設置的活動中心點經緯度及被保護對象當前經緯度計算出是否超出預先設定的安全活動半徑。根據(jù)判斷結果設置相應的標志。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，首先應把發(fā)送模式設置為PDU模式，再把漢字轉換為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緯度數(shù)據(jù)對應的地理位置。

　　3 結束語

　　經測試，本系統(tǒng)可實現(xiàn)10m精度以內的定位，并能根據(jù)用戶的設置向用戶提供定位服務。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。