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1、基于单片机GPS全球定位呼救系统 摘要：本作品采用51单片机为主控芯片，设计并实现了自动求救系统。给出了系统组成结构框图、主要的硬件电路和软件设计，并采用LCD12864液晶显示。实践证明,该系统能达到自动求救功能。关键词：单片机，自动求救，GSM模块，GPS模块，LCD显示。引言随着科技的发展，移动技术的不断成熟，定位导航应用开辟了一个重要的新兴市场。无论是用于航海导航还是用于搜救系统，都大大地缩短了确定位置的时间。本设计利用GPS系统获取发生事故的位置，通过GSM网络将位置数据发送给求救对象，由于短消息业务是按发送的短信条数收费，只要短消息每次限制在140个字节即可，这个数据长度足够传送G
2、PS定位信息。可以以廉价的方式明确事故发生的地点。本系统采用广泛使用且便宜的STC89C52单片机、 SIRF第三代GPS接收模块和GSM模块TC35i设计。一、 系统方案 1.1 功能分析 硬件系统中主要由主控制器、液晶显示模块、GPS模块和GSM模块等组成。使用GPS模块我们可以定位到具体的位置，然后通过GSM模块把定位到的经纬度发送到指定的手机上。该系统可以应用于多种场合，比如航海路径导航，假设某轮渡发生碰撞等事故或者迷路，碰撞时该系统就会自动把准确的位置发送出去（包括经度和纬度），接收方就可以通过该经纬度通过导航在最短的时间到达事故地点进行救援；也可以应用于我们的日常家庭汽车中，在我们
3、外出迷路时，我们只要按一下开关就可以把我们所处的具体位置发送出去，这样就很容易得到救助。1.2 硬件框图按键控制显示模块GPS模块GSM模块主 控 制 器图1 系统硬件框图1.3硬件介绍1.3.1 GPS模块1.卫星轨迹全球有24颗GPS卫星沿6条轨道绕地球运行(每4个一组)，GPS接收模块就是靠接收这些卫星来进行定位的。但一般在地球的同一边不会超过12颗卫星，所以一般选择可以跟踪12颗卫星以下的器件就可以了。当然，所能跟踪的卫星数越多，性能越好。大多数GPS接收器可以追踪812颗卫星。计算2维坐标至少需要3颗卫星，4颗卫星可以计算3维坐标。2.并行通道由于最多可能有12颗卫星是可见的，GPS
4、接收器必须按顺序访问每一颗卫星来获取每颗卫星的信息，所以市面上的GPS接收器大多数是12并行通道型的，这允许它们连续追踪每一颗卫星的信息。12通道接收器的优点包括快速冷启动和初始化卫星的信息，而且在森林地区可以有更好的接收效果。一般12通道接收器不需要外置天线，除非是在封闭的空间，如船舱或车厢中。3.定位时间定位时间是指重启GPS接收器时，确定现在位置所需的时间。对于12通道接收器，冷启动时的定位时间一般为35 min，热启动时为1530 s。4.定位精度普通GPS接收器的水平位置定位精度在510 m内。5.DGPS功能DGPS是一个固定的GPS接收器，用于接收卫星的信号。DGPS可以准确地计
5、算出理论上卫星信号传送到的精确时间，然后将它与实际传送时间相比较，并计算出差值。DGPS将这个差值发送出去，其它GPS接收器就可以利用这个差值得到一个更精确的位置读数(510 m或者更少的误差)。许多GPS设备提供商在一些地区设置了DGPS发送机，供客户免费使用，只要客户所购买的GPS接收器有DGPS功能即可。6. 信号干扰要获得一个很好的定位信号，GPS接收器必须至少能接收到35颗卫星。如果是在峡谷中或两边高楼林立的街道上，或者是在茂密的丛林里，有可能接收不到足够的卫星，无法定位或者只能得到二维坐标。同样，如果在一个建筑里面，有可能无法更新位置。一些GPS接收器有单独的天线可以贴在挡风玻璃上
6、，或者将一个外置天线放在车顶上，这有助于接收器收到更多的卫星信号。7. GPS实物如图2所示：图2-1 GPS模块正面图2 -2 GPS模块反面8. HOLUX M-89 GPS模块与DD-900实验开发板的连接HOLUX M-89 GPS模块安装在一块PCB板上，板上引出有6针间距为2.54mm的插针，可方便地与顶顶电子开发的DD-900实验开发板进行连接，各插针管脚功能及其与DD-900实验开发板的连接方法如下：1脚：指示灯，通电常亮，接收到卫星开始闪烁，模块板上带有LED灯，实验时可不接。2脚：外部复位输入，模块内部有复位电路，实验时可不接。3脚：模块串口数据输出。接DD-900实验开发
7、板MCU的RXD脚（P30脚）。4脚：模块串口数据输入。接DD-900实验开发板MCU的TXD脚（P31脚）。5脚：GND。接DD-900实验开发板的地端。6脚：电源输入，电压范围：3.3-5V，接DD-900实验开发板的3.3V或5V端。9. GPS源程序实验步骤（1）打开STC下载软件，将“12864液晶屏显示GPS数据C51源程序”中的“GPS_12864.hex”目标文件下载到DD-900实验开发板上。（2）取一只12864液晶显示屏，将其插到DD-900实验开发板上。（3）将GPS模块与天线连接好。（4）找四根杜邦线，将GPS模块与DD-900实验开发板的连接好。断开232与单片机的
8、短接插针。使单片机只能与GPS模块进行通信。（5）打开DD-900实验开发板电源，约几十秒后，在12864液晶屏上即可显示出经度、纬度、时间、海拔高度等信息，如下图3所示：图3 GPS接收数据显示以上信息的意思为：东经120度23.7285分，北纬36度17.3538分，时间为15点10分52秒，海拔高度为145.6米。需要注意的是，实验时，要将GPS模块和天线放置在室外，以便接收到卫星信号，另外，GPS启动时需要一定的启动时间，GPS启动后才能接收到并计算出正确的数据。另外，如果你没有采用DD-900实验开发板，而是采用其它实验板，需要将单片机晶振频率设置为11.0592MHz，以保证GPS
9、模块与单片机按照9600的波特率进行通信。1.3.2 GSM模块1GSM介绍GSM（Global System for Mobile communication）系统是目前基于时分多址技术的移动通信体制中，比较成熟完善，且应用最广泛的一种系统。目前已建成的覆盖全国的GSM数字蜂窝移动通信网，是我国公众移动通信网的主要方式。基于GSM的短信信息服务，是一种在移动网络上传送简短信息的无线应用，是一种信息在移动网络上存储和转寄的过程。由于公众GSM网络在全球范围内实现了联网和漫游，建议上述系统不需再组建专用通信网络，所以具有实时传输数据功能的短信应用将得到迅速普及。笔者开发设计的基于GSM网络的温度
10、数据采集与无线传输系统正是借助该网络平台，利用短信息业务实现数据的自动双向传递。本系统由数据采集部分、数据接收和发送部分、终端处理部分三个模块组成。数据采集模块将采集到的温度数据存入存储器中。数据收发模块采用双单片机共用E2RPOM的方式，单片机2控制数据从存储器转存入E2PROM中；单片机1负责将数据从E2PROM中读出，并经GSM模块2借助GSM网络将数据发送出去。单片机1不仅控制数据的发送，也控制数据的接收。在这里，E2PROM是温度数据临时存储和上传的中转站。终端处理模块负责将接收到的数据交给计算机处理，并将处理后的结果存放到数据库中，以供查询。当终端处理模块需要向GSM模块2发送控制
11、命令时，GSM模块2接收过程正好与上述过程相反，从而实现数据的自动双向传递。系统中，三个模块相互独立，彼此又相互依赖，共同完成数据的传输。数据收发模块在系统中起着承上启下的作用，是系统的核心模块。该模块以双单片机为核心，以RS232通信接口，在物理层上实现与GSM模块的连接。由于篇幅的限制，本文主要介绍单片机控制这一模块工作的软件实现过程，旨在对怎样用单片机控制GSM模块收发短信息进行探讨。2. 串口控制GSM的工作原理单片机与GSM模块一般采用串行异步通信接口，通信速度可设定，通常为19200bps。采用这种RSM232电缆方式进行连接时，数据传输的可靠性较好。RS232接口方式连接，通过串
12、行接口集成电路和电平转换电路与GSM模块连接，电路比较简单，所涉及的芯片包括单片机89C52和电平转换芯片MAX232，是非常常见的接口电路。需要说明的是，该接口通过I2C总线扩展了一个E2PROM存储器芯片AT24C64，它的主要作用是存储数据，而且断电信息也不会丢失，这些特性正是存储数据所必须的。GSM的短信息业务SMS利用信令信道传输，这是GSM通信网所特有的。它不用拨号建立连接，把要发的信息加上目的数据发送到短信息服务中心，经短信服务中心完成存储后再发送给最终的信宿。所以当目的GSM终端没开机时信息不会丢失。每个短信的信息量限制为160字节。TC35是Siemeils公司推出的新-代无
13、线通信GSM模块。自带RS232通讯接口,可以方便地与PC机、单片机连机通讯。可以快速、安全、可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。TC35模块的工作电压为3.35.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2w(900M)和1w(1800M)。模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。此外,该模块还具有电话簿功 能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK等模式。通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现
14、电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。通过ZIF连接器及50天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。作为TC35的核心,基带处理器 主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。图4 TC35原理图3.硬件连接电路只需设计一个TTL转RS232电平电路,连接到MCU的UART口,另一端直接连接到TC35。和TC相连采用RXD-RXD，TXD-TXD直连，不可以交叉。图5 GSM和单片机硬件连接4.GSM实物如图5所示图6-1
15、GSM模块图正面图6-2 GSM模块图反面1.3.3 LCD12864显示模块液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。系统采用控制器为ST7920的带字库的LCD12864用来显示用户机信息，该液晶显示器由两个64*64点阵屏组成，可以显示字符、汉字、图形等。本模块电路如图6所示。图7 LCD和单片机连接原理图1.3.4 主控模块 主控系统采用了达盛的单片机最小系统。实物图如图8所示：图8 达盛最小系统二、 软件设计2.1 软件设计主要包括主程序初始化，液晶显示程序，按键检测，GSM模块的发送短息和接收短息
16、以及GPS模块接收。2.2 程序流程如图9所示开始系统初始化显示欢迎界面显示GPS接收的数据等待按键有键按下？否是发送信息GSMGSM向外发送信息结束图9 源程序流程图三、 结束语 感谢达盛科技给我们提供了宝贵的参赛机会，该设计作品是培养知识的综合运用能力，发现、提出、分析并解决实际问题的能力，锻炼实践能力的重要环节，是对我们实际工作能力的具体考察和训练的过程。随着科学技术日新日异的发展，单片机已经成为当今计算机应用领域中空前活跃的部分，在生活中无处不在，因此对于21世纪的大学来说掌握单片机的开发技术尤为重要。回顾此次参赛作品的设计过程，我们感慨颇多。从选题到定稿、从理论到实践，在将近四个星期
17、的日子里，可以说是苦多于甜，但是学到了很多很多的的东西。不仅巩固了以前所学过的知识，还学到了很多在书本上所没有接触过的知识。通过这次设计使我们懂得了理论与实际相结合的重要性，知道了作为一名合格的当代大学生只有理论知识是远远不够的，只有把所学理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计过程中，可以说是困难重重，毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题，同时发现了自己的不足之处，比如说对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，不懂一些元器件的使用方法，对单片机C语言掌握得不好等等，在以后的学习当中，我们会更有针对性的进行练习。这次参赛作品终于顺利完成了，虽然在设计中遇到了很多困难，但最后在滕丽丽、贾玉凤老师的辛勤指导下，问题都游刃而解。同时，在滕丽丽、贾玉凤老师那里我们也学到了很多实用的知识，在此我们表示衷心的感谢！同时，也感谢大赛组委会给我们这次实践的机会。