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基于虚拟串口的GPS/GSM远程定位技术

福州大学 杨艇 何明华 苏凌杰 杨曦?? 2009年11月10日 ?? 收藏0

  0 引 言

  全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是美国国防部于1973年提出,历时20年,耗资200多亿美元建立起来的,具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS能为用户提供连续实时、高精度的三维位置、三维速度和时间基准,是一种全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统。在目前世界上所有的卫星定位系统中,GPS是技术最成熟,应用最为广泛的。

  在远程目标定位中,需要将利用GPS技术获得的远程目标的定位信息发送到监控中心。这可利用无线电台进行发送,但是该方法容易受到干扰而且还受到电台通信距离的限制。随着移动通信的发展和GSM网络的广泛覆盖,GSM短消息业务也得到广泛应用,利用短消息服务来传输GPS定位数据是具有优势的。GSM网络容量大,通信盲区少,利用该方法不仅可以克服传输距离的限制,而且相当方便、可靠,费用也十分低廉。结合GSM网络作为数据传输方式的各种优点和GPS这一成熟的定位技术,本文研究并实现了一种利用较少的资源就可实现的基于虚拟串口的GPS/GSM远程定位技术。

  1 系统架构

  系统构成框图如图1所示。在远程目标端,单片机通过GPS模块获取有用的信息,如经纬度、时间、速度等信息,定时的以短消息的形式操控GSM短消息模块发送定位数据给监控中心。在监控中心部分,采用一个GSM模块与PC机通信,编写一个PC上的软件实现收发短消息、拨打电话、保存短消息等功能,并显示出远程目标定位信息。同时,通过拨打远程目标处TC35i模块的电话可实现系统的一些扩展功能。

系统构成框图

  1.1 GPS模块

  GPS模块采用的是Navman公司的Jupiter 21OEM板,它具有12通道,体积小、重量轻、功耗低;定位迅速准确,抗干扰性能突出;操作简便、易于开发,可通过串口与PC机进行通讯。可以根据通信的波特率选择输出NMEA-0183语句格式或者SIRF二进制格式的定位信息,默认情况下输出为NMEA-0183语句格式。该模块还具有1 PPS秒脉冲输出,且精度优于1μs,在本系统设计中用对1 PPS秒脉冲计数的方法很好地实现了收发短信的定时。

  1.2 GSM短消息模块

  GSM短消息模块采用的是SIEMENS公司的TC35i模块,这是一个支持中文短消息的工业级GSM模块,工作在EGSM 900和GSM 1800双频段,电源范围为3.3~5.5 V,可传输语音和数据信息,可以利用AT命令通过接口电路对其进行控制。TC35i模块支持以TEXT模式和PDU模式发送短消息,使用TEXT模式发送短消息代码简单,容易实现,但不能收发中文短信,而PDU格式实现较复杂,但可以收发中文短信。系统设计中处于简单且能满足系统需要考虑,采用的TEXT 模式收发短消息。

  1.3 主控单元

  主控单元采用AT89S52单片机作为控制器,单片机通过串口与GPS模块以及GSM模块进行通信。在此需要两个串口,而AT89S52单片机本身只有一个串口,常规的解决方法是采用具有双串口的单片机或者ARM等控制器,或者通过硬件来扩展串口。前者会使系统的硬件成本大大提高,而后者不仅会增加系统的成本,还会增大系统硬件的体积。本文采取的解决办法是,AT89S52单片机本身的串口用于跟GPS模块进行通信,而利用I/O口P1.4和P3.2编程实现一个虚拟串口与TC35i模块进行通信。由于单片机内部定时/计数器只能实现较小时间的定时,所以巧妙利用了单片机的T2定时/计数器(P1.0)对 Jupiter 21OEM板的1PPS秒脉冲输出进行计数方便地实现5 min定时,用于收发短信所需的定时。该部分还扩展了报警电路和控制开关通断等功能电路,这是由监控中心通过拨打远程目标端的电话来控制的。同时,还保留了单片机的剩余I/O口用于系统的进一步扩充。

  2 系统软件设计

  2.1 单片机部分软件设计

  单片机部分的程序流程图如图2所示。该部分程序采用C语言编程实现,主要包括定位信息的提取、虚拟串口通信以及短消息的发送三个部分。

单片机部分的程序流程图

  2.1.1 定位信息的提取

  单片机采用4 800 b/s波特率与GPS模块进行异步串行通讯,从GPS模块输出的是NMEA-0183语句格式的数据。该语句格式的数据以“$”开头,包括$GPRMC,$GPGGA,$GPGSV,$GPVTG,$G-PGSA,$GPGLL等语句。系统设计中只从中提取出$GPRMC语句,再进一步提取出里面包含的经纬度、速度、时间等信息,已经可以满足系统的需求。该部分的软件流程图如图3所示。


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虚拟串口? GPS? GSM? 远程定位?

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