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| 隨著現代化科技的發展，人們對移動目標監控的要求越來越高。例如，地面目標跟蹤及報警系統可協助家長實現對孩子的監控，孩子若遭遇走失或劫持事件，監控中心通過分析手持終端發送的GPS數據確定孩子所在位置，以采取相關安全措施。 1 引言 此外，地面目標跟蹤及報警系統在城市出租車調度、物流運輸監控等領域都有著廣泛的應用前景。 地面目標跟蹤及報警系統是伴隨著GPS技術和GSM網絡的成熟而發展起來的。20世紀90 年代初，GPS技術逐漸興起，基于GPS的移動跟蹤、監控系統開始走向市場。近年來，GSM網絡發展迅速，其數據傳輸能力明顯加強，并且，GPS技術更加成熟。2000年5月1日，美國政府宣布取消GPS普通定位的選擇干擾（SA）政策，這樣，一般GPS接收機定位精度可以達到25 m。綜合上述，采用GPS和GSM網絡，以低功耗ARM微控制器展開設計的地面目標跟蹤及報警系統勢必得到迅猛發展，市場潛力巨大。 2 GPS和GSM簡介 定位系統（Global Positioning System，GPS）是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進行實時三維導航與定位能力的新一代衛星導航與定位系統。其基本原理是把高速運動的衛星瞬間位置作為已知的起算數據，采用空間距離后方的方法，確定待測點的位置。 GSM系統是目前基于時分多址技術的移動通訊體制中比較成熟、應用zui廣泛的一種系統，主要提供話音、短消息、數據等多種業務，本系統就是利用其短消息服務傳輸數據。 GPS以全天候、高精度、自動化、益等顯著特點，廣泛地應用于大地測量、地質勘探和車輛導航等方面，近年來隨著GPS模塊成本的不斷下降和地面通信系統的不斷發展，GSM和GPS技術相結合的系統正如火如荼地向前發展。 3 系統的組成結構 地面目標跟蹤及報警系統由手持終端和監控中心兩大部分組成，如圖1所示。其中手持終端以ARM微控制器為核心，通過UART0和UART1分別連接GPS模塊和GSM模塊（發送）；監控中心由PC機和GSM模塊（接收）構成，PC機中安裝的電子地圖軟件用于解析GSM模塊傳來的定位信息，并顯示出被跟蹤目標的具體地理位置。 4 系統的硬件設計 4.1 手持終端部分 手持終端由ARM微控制器、GPS模塊、GSM模塊、按鍵、LCD構成。其結構如圖2所示。 手持終端以LPC2210為主控制器，LPC2210是基于實時仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器，并帶有256 KB的嵌入高速Flash存儲器；128位寬度的存儲器接口和*的加速結構，使32位代碼能夠在zui大時鐘速率下運行[1]。由于內置了寬范圍的串行通信接口，從而給硬件設計和軟件移植都帶來了很大的便利。GPS模塊采用日本光電公司的GSU-36，體積小，功耗低，抗電磁干擾，可以同時跟蹤12顆衛星。GSM模塊采用BENQ公司的M22。 LPC2210通過串行口UART0發送GPS采樣周期的設置、GPS數據類型選擇和通信波特率等控制命令和接收GPS定位信息。通過串行口UART1發送AT指令實現控制GSM的工作和傳送SMS。LCD顯示當前的經緯度和時間等信息，按鍵用來控制是否發送信號。 4.2 監控中心部分 監控中心由GSM模塊與PC機組成。采用OziExplorer作為監控中心的電子地圖軟件，在PC機上安裝完OZI，設置好相關的端口參數，即可實現將GSM模塊傳送來的定位信息實時顯示在電子地圖上。 5 系統的軟件設計 手持終端的相關程序用C語言編寫，程序流程如圖3所示。軟件設計主要包括系統初始化、GPS數據處理、GSM數據處理3大部分。 5.1 系統初始化 系統初始化主要是對串行口的初始化，包括傳輸幀格式、波特率的設置。根據GPS模塊、GSM模塊的硬件特性，設置UART0波特率為4 800 b／s、UART1波特率為9 600 b／s，均無奇偶校驗位，1位5.2 GPS數據處理 GPS模塊接收GPS衛星定位信號，判斷其為GPRMC格式，經解析留下經緯度、UTC時間等主要信息以待下一步處理，否則繼續接收GPS衛星定位信號。 GPS模塊輸出的GPS定位信息服從NAME-0183通信標準。NAME-0183通信標準的輸出數據采用的是ASCII碼，其內容包含了緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向以及衛星狀況等信息。語句有6種，包括GGA、GLL、GSA、GSV、RMC和VGT。本系統用到的是RMC紀錄語句，它包含了定位系統需要的所有信息。格式舉例： 5.3 GSM數據處理 確認有按鍵按下時（啟動鍵盤防抖動程序），提取存儲的數據，轉換成相應的Unicode碼，即符合PDU格式。然后將zui終有效的定位信息發送至監控中心。 GSM的短信業務SMS利用信令信道傳輸，它不用撥號建立連接，把要發送的信息加上目的地址和其他控制信息發到短信服務中心，經短信服務中心完成存儲再轉發送給目標機，這種特性適合數據遠程傳送。每條短信息容量為140字符。GSM終端通過串行口控制SMS有三種接入協議，分別是BlockMode、基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode。其中PDU Mode應用。 本系統采用的是PDU Mode，采用AT命令完成短信息的讀取和發送。不同廠家生產的GSM模塊AT命令集會稍有不同，本系統采用的是BENQ公司的M22模塊，具體可以參考BENQ公司提供的數據手冊和《AT命令用戶手冊》等資料。比如發送一條消息可以采用AT+CMGS命令，格式如下： AT+CMGS=<短信長度>+<回車>+<目的>+<回車>+<短信內容>+ 系統上電后，ARM微控制器開始執行主程序。在主程序中，首*行系統初始化，初始化的內容包括GPS模塊和GSM模塊的基本參數設置，然后進入主程序的數據處理部分。 6 系統的實現 6.1 實現步驟與結果 啟動調試軟件ADS，通過實驗板上的JATG接口將編好的源代碼編譯、燒寫進ARM微控制器。將監控中心GSM模塊上的SIM卡插放到手機中，讓手機充當"臨時監控中心"。將手持終端脫機上電運行，4、5秒后按下實驗板上的中斷觸發按鈕，略等片刻，手機便收到一條來自手持終端的信息，經緯度為3907.9579N，11713.8762E，而實際經緯度為3907.8933N，11713.8668E,略存在誤差。 取下手機的SIM卡，放至監控中心的GSM模塊上。開啟PC機上的電子地圖軟件OZI，設置COM1口的各參數：波特率4 800 b／s、停止位1、無奇偶校驗，以使其與GSM模塊匹配。再一次上電運行，點擊OZI上的"導航"按鈕。定位點正好停留在了天津市河東區天津工業大學上，放大地圖，定位點落在了實驗樓所在位置，地圖窗口下方也實時顯示出了定位點的經緯度數值和當前時間（如圖4所示）。 6.2 誤差分析 系統調試初步通過，還得測試其穩定性、分析誤差所在。從實驗結果得出，定位精度的誤差基本上控制在25 m以內，誤差原因主要來自兩方面：首先是GPS模塊硬件本身的性能誤差。GSU-36要求工作電壓為直流3.1 V～3.6 V（紋波≤50 mV）。且模塊使用有源天線，若天線受附近電磁場干擾或GPS衛星所處位置不很理想時，定位精度會有不同程度的降低。另一方面，電子地圖的分辨率也大大決定了定位點的性。OZI是一個支持自主測繪、編輯電子地圖的軟件。為達到理想的定位精度，可自行測繪一份更精細的電子地圖。 7 結束語 基于ARM微控制器的嵌入式系統能夠完成所需的各種協議，能夠滿足系統的軟硬件需求。地面目標跟蹤及報警系統整合了GPS、GSM技術，利用GSM的SMS功能實現手持終端和監控中心之間的數據傳送，以實施對目標的實時定位跟蹤。在開發測試中，可明顯感覺到與自建無線數據網相比，其可操作性及實時性有顯著提高，而且成本較低，結構簡單，可靠性較高。 | |
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