GPS卫星定位及短信接收发送系统.doc
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1、本科生毕业论文GPS卫星定位及短信接收/发送系统 作者姓名 指导教师 所在学院 物理科学与信息工程学院 专业(系) 电子信息工程 班级(届) 目 录中文摘要、关键词 (1)1、 绪论(1)2、整体方案论证(1)3、电路组成和工作原理(4)3.1 显示电路的设计 (5)3.2 GPS信息采集电路的设计 (6)3.3 GPS发短信电路的设计 (6)3.4 数据存储器扩展电路设计 (7)3.5 单片机处理系统的设计 (8)4、整体制作 (11)5、程序部分的整体设计 (11)5.1 采集GPS信息流程 (11)5.2 发短消息流程 (13)5.3 程序整体流程 (17)6、电路的测试 (18)6.1
2、 GPS数据采集和G18通信电路的调试 (18)6.2 显示电路的调试 (18)6.3 整体电路调试及性能分析 (19)7、结束语 (20)附录:控制源程序清单(20)参考文献 (41)英文摘要、关键词(41)摘要:本系统是基于中国移动短信平台,利用全球卫星定位系统模块GARMIN15L和摩托罗拉工业手机模块G18实现实时显示受控单位的位置信息以及通过短消息的形式控制受控单位实现相应的功能。本系统的中央控制单元MCU采用美国ATMEL公司的AT89C51控制单元,通过串口实现与GPS模块GARMIN15L和G18之间的数据通信。三个数码管显示位置信息,G18通过手机短信定时向固定手机号发送GA
3、RMIN15L采集到的位置信息,用手机通过短消息形式可以控制系统实现特定的控制功能,并显示出相应的控制指令。 由于对位置和状态信息的数据要求有一定的实时性。同时受控单位与调控中心之间的信息沟通实际上也是一种数据的通信方式,其信息量一般也不会超过GSM短信息的长度范围。因此利用GSM的短消息业务基本可满足系统通信的需要。 其次,通过短信息方式发送数据其成本代价远远低于其它方式(如通过话音信道)。本系统具有一定的实时性,非常适合用于车辆或大型设备的的定位、数据反馈和远程监控。关键词:AT89C51 GPS 短消息 GARMIN15L G181、 绪论本系统基于移动通信平台,利用全球卫星定位系统模块
4、GARMIN15L和摩托罗拉工业手机模块G18实现实时显示受控单位的位置信息以及通过短消息的形式控制受控单位实现相应的功能。GPS模块通过接收卫星的信息可以准确的记录受控终端的位置信息、速度信息、海拔高度等等。这些数据通过串行输入口把数据送给控制器(AT89C51单片机)处理,控制器把处理好的数据转换成固定格式的数据,通过串行输出口送给G18手机模块发送给监控终端或指定的手机号。报告受控终端的位置信息。在本系统中采集和发送经纬度信息。本系统具有一定的实时性,非常适合用于车辆或大型设备的定位、数据反馈和远程监控。2、 整体方案论证本系统利用AT89C51单片机通过串行输入口(RXD)和串行输出口
5、(TXD)分时实现对GARMIN15L的定位数据采集和处理G18接收到的控制信息及传送给G18要发送的定位信息,并通过四位数码管显示出相应的信息。GPS位置信息显示用四个数码管轮流动态显示,G18由中央处理器MCU控制定时向指定的手机号上发送短消息来报告受控单元的位置信息(本系统设定3分钟发送一次)。同时G18接收处理另外一个指定的G18(或指定的的手机)发送的信息或命令执行相应的命令并显示。该系统本着精确、可靠、先进、实用、经济、合理的原则进行设计,在设计过程中应该把握以下系统设计原则:1、 准确性:确保数据在传输中的准确性,可在数据的传输中加入校验和。2、 可靠性:软件设置要合理,在通信失
6、败后要有相应的操作,以便重要数据不被丢失。3、 及时性:对于控制中心的命令要及时的处理。4、 先进性:系统设计尽可能不以降低系统的可靠性为代价,真正做到不仅具有当今先进技术,采用先进的概念、技术和方法,而且具有发展潜力。GPS接收板在市场上品种较多5,GARMIN公司的GPS15LVS系列OEM(Original Equipment Manufacturer)接收板具有很高的性价比,是目前应用最广泛的GPS接收处理板,能满足各种导航和实时领域的需要。GPS15LVS系列OEM板采用单一5V供电,内置保护电池,RS232、TTL两种电平自动输出NMEA0183 2.0格式(ASCII字符型)语句
7、,其主要性能特点如下:l 并行12通道,可同时接收12颗卫星;l 定位时间:重捕2s,热启动为15s,冷启动45s,自动搜索90s;l 定位精度:15 mRMS/差分时5 m;l RS232输出,波特率可由软件设置(12009600);l 工作环境温度:3585。C;l 尺寸:46.5mm69.8mm11.4mm;l 输入电压(DC):5.0(10.05)V;l 后备电源:板置3V锂电池(10)年寿命;l 功耗:1W;l 天线接口:50 MCX接头有源天线(5V);l 电源/数据口:单排12插针。GARMIN15L输出的数据格式如下 5:$GPGGA,M,M,*hh传送的信息说明如下:$GPG
8、GA: 起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据) UTC时间,时时分分秒秒格式 纬度,度度分分.分分分分格式(第一位是零也将传送) 纬度半球,N或S(北纬或南纬) 经度,度度分分.分分分分格式(第一位零也将传送) 经度半球,E或W(东经或西经) GPS质量指示,0=方位无法使用,1=非差分GPS获得方位,2=差分方式获得方位(DGPS),6=估计获得 使用卫星数量,从00到12(第一个零也将传送) 水平精确度,0.5到99.9 天线离海平面的高度,-9999.9到9999.9米M 指单位米 大地水准面高度,-999.9到9999.9米M 指单位米 差分GPS数据期限(RTCM SC-1
9、04),最后设立RTCM传送的秒数量(如无DGPS为0) 差分参考基站标号,从0000到1023(首位0也将传送。如无DGPS为0)* 语句结束标志符hh 从$开始的所有ASCII码的校验和 此项在GPS25-LVS板中不传送 此项在GPS25-LVS板中不传送OEM板输出的信息可在PC机的超级中端中显示,也可在GARMIN公司提供的GPSCFG.EXE设置软件中显示,如在PC机上看到的实时接收GPGGA语句为: $GPGGA,114641,3002.3232,N,12206.1157,E,1,03,12.9,53.2,M,11.6,M,*4A这是一条GPS定位数据信息语句,意思为UTC时间为
10、11时46分41秒,位置在北纬30度2.3232分,东经122度6.1157分,普通GPS定位方式,接收到3颗卫星,水平精度12.9米,天线离海平面高度53.2米,所在地离地平面高度11.6米,校验和为4AH。G18是摩托罗拉公司生产的GSM通信模块,性能指标超群,稳定性极高,广泛应用于短信中心、GPRS无线上网、GPS-GSM卫星导航、监控系统、遥控遥测系统、无线公话、无线传真机、无线POS机、无线售卖机等无线通信及数据传输的产品。与其他无线电台等传统方式比较,采用GSM短信息网络系统具有以下优点:1、 速度快,实时性好,不掉线;2、 可以双向通信,及时返回终端信息;3、 设备体积小,操作简
11、单; 4、 由于控制中心基于移动平台无须专门设置大功率发射电台,将大大降低安装费用;5、 覆盖面广受地理环境的影响小;6、 不受气候影响。考虑到端口的使用要求,决定使用四并行口的AT89C51单片机作为控器,用LED共阳数码管及GPS15-LVS系列OEM接收板和G18工业手机模块实现系统功能。3、 电路组成和工作原理 单片机在GPS卫星定位及短信遥控系统中的应用系统框架图如图3-1所示。图3-1 整体系统框架图1、 主控制器MCU部分 2、硬件看门狗电路部分3、G18模块部分 4、GPS模块部分 5、数据存储器扩展部分 6、数码管显示部分7、时钟电路部分3.1 显示电路的设计3用四位共阳数码
12、管作为系统的显示部分,因控制器(AT89C51单片机)的并行输入输出口有四路,而系统扩展占用了P0口和P2口,串行口有用到了P3.0和P3.1。静态显示并口资源不足,故采用四位数码管动态轮流显示。P1口用于段码数据输出P2.1 P2.2 P2.3 P2.4通过三极管驱动作为LED位选控制线。段码驱动采用74LS244集成驱动块。(74LS244集成驱动块框图如图3-2所示) 图3-2 74LS244集成驱动块框图74LS244是一个半导体集成电路,它由两部分主要电路组成.每部分由4个分立的普通的输入输出电路组成,而且还可以有高阻态输出.它的功能有:低输入负载系数, 磁滞提供 (400 mV 典
13、型的),很高的破坏电压(大于等于15V),负载能力强,三态输出,宽的温度范围(-20到+75度)。电路原理图如图3-3所示 图3-4 显示部分原理图3.2 GPS信息采集电路的设计GPS15LVS系列OEM接收板采用12脚的接口,接口各引脚的功能如图3-3所示。设计中使用了串口1或12脚的NMEA输出口,串口1可用于PC机对OEM接收板进行参数设置,12脚NMEA输出口用于单片机信息接收处理。图3-5 GPS15LVS板引脚接口功能3.3 G18发短信电路的设计G18是摩托罗拉公司生产的GSM通信模块,性能指标超群,稳定性极高,广泛应用于短信中心、GPRS无线上网、GPS-GSM卫星导航、监控
14、系统、遥控遥测系统、无线公话、无线传真机、无线POS机、无线售卖机等无线通信及数据传输的产品。G18虽然支持无线上网,但是它没有内置的协议栈.在远程控制通信中即可采用SMS方式,又可采用GPRS方式。表3-1 G18的电流消耗情况:方式消耗电流G18没有配件、没有呼叫,睡眠模式4mA DRX9. 7.5mA DRX2.G18没有配件,但是TS是打开的 50mA.G18 在搜索的时间期间180mA 典型的平均 80mAG18带有DSC配件(类似电话听筒),没有呼叫时平均45 mA在最大水平的呼叫时1.8A, 平均 300mA 5V.G18在 GSM 水平力量为#10 的一个呼叫的时候 (举例子)
15、0.7A, 平均 175mA 5V.注意: DRX2/9是基础状态的速率,询问模块的状态.网络设置这个参数.本系统无线数据传输模块使用摩托罗拉公司的G18无线模块,因为CPU 模块串口与G18 模块串行接口间电平一致,都为TTL电平,所以不需加电平转换电路. 在系统中主要使用G18 模块传输数据,在数据通信中,用于接受和发送数据的设备称为数据终端设备DTE(Date Terminal Equipment)。用来连接DTE 与数据通信网络的设备称为DCE ( Date Communications Equipment)。在本系统中,单片机是DTE,G18 模块是DCE。 G18 模块引脚说明如下
16、图所示图3-6 G18 模块引脚说明3.4 数据存储器扩展电路设计2考虑到系统的实用性和二次开发性,系统需要加一外部数据存储器.来保存由外部输入到单片机系统的数据,而随机存储器作为一种使用方便的数据读写存储器,在计算机应用系统中有着广泛的应用,本系统采用6264(8K)。6264是目前单片机系统常用的8K的RAM存储器(13位寻址),电源提供Vcc是5.0V10%,输入高电压范围是2.2V到Vcc+0.3V,输入低电压是 -0.3V到0.8V,它匹配TTL电平.具有访问数度快、低功耗(825毫瓦)。其管脚图见图3-7。图3-7 数据存储器6264管脚图本系统设计的外部RAM扩展电路如图3-8所
17、示。图3-8 外部RAM扩展电路3.5 单片机处理系统的设计23.5.1 AT89C51单片机 目前随着电子技术的发展,单片机的功能日益丰富,集成度日益提高国,运行速度也越来越快。国内广泛应用的单片机主要有INTEL 公司的MCS-51 系列8 位单片机、MCS-96 系列16 位单片机、MICROCHIP 公司的PIC 单片机、TI 低功耗的MSP430 和日立、MOTOROLA 的其他类型单片机。其中MCS-51 系列单片机应用范围最广、方便易用、文档详尽。制造工艺为CMOS 的AT89C51 单片机采用的是40引脚的双列直插封装方式。其片内的结构如果按功能划分,它由8 个部分组成,即微处
18、理器(CPU),数据存储器(RAM),程序存储器(ROM),I/O 口(P0 口、P1 口、P2 口、P3 口),串行口,定时器/计数器,中断系统及特殊功能寄存器(SFR)。 对各功能部件作进一步的说明:1、数据存储器(RAM):片内为128个字节,片外最多扩至64K字节。2、程序存储器(ROM):AT89C51 单片机含有8K 字节的快擦写可编程/擦除只读存储器,片外最多可扩至64K 字节.3、中断系统:具有5 个中断源.4、定时器/计数器:2 个16 位的定时器/计时器,具有四种工作方式。5、串行口:1 个全双工的串行口.6、P0 口、P1 口、P2 口、P3 口:为4 个并行8 位I/O
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