GPS定位监视系统移动终端设计及实现

liyf

2014. 04
电脑编程技巧与维护
车辆使用安全是一个单位的安全工作重点， 为了实时监
视我区公务车辆的运行情况， 由区装备部提供经费， 军交部
门组织开发了卫星定位监视系统。安装卫星定位监视系统后，
我部公务车辆的运行位置和速度处于车管人员的监视之下，
杜绝了超速行车和不安规定线路运行的问题。该系统安装运
行已有一年， 系统运行稳定可靠。阐述了卫星定位监视系统
移动终端的设计思路和软硬件设计思想， 给出了总体框图及
部分线路图。
1 总体组成及软硬件实现途径
1.1 总体组成
卫星定位监视系统的移动终端用于采集移动终端所处位
置的经纬度数据， 并根据设定的时间间隔， 将采集到的数据
和采集时间传送到一个IP 地址固定的服务器上。为了完成此
功能， 需要采集时间和位置信息的GPS 模块、接入互联网的
GPRS 模块、控制数据采集和通信的CPU 以及为数据加密算法
提供计算因子的密钥输入电路。总体框图如图1 所示。
1.2 硬件
1.2.1 电源电路
电源模块选择LM2576HV 系列降压型开关稳压器， 选用
LM2576HV 而不选LM2576 是因为LM2576HV 输入电压高，
可达60 伏， 虽然小汽车蓄电池为12 伏， 大卡车蓄电池为24
伏， 两种电压都低于LM2576 的最高输入电压40 伏， 但经过
91 台车的实际使用证明， 采用LM2576 电源模块1 个月后有4
台车电源故障， 采用LM2576HV 电源模块车辆运行已经1 年
有余， 电源部分工作一直正常。因此为了电路可靠， 采用价
格比LM2576 高近10 倍的LM2576HV 电源稳压器是必要的。
电源电路如图2 所示。
图2 中的J4 是汽车电源接入插座， D9 为IN4007， 起到
极性保护作用， 当输入电压接反时， 电路不工作， 不会烧坏
电路板上的电子元器件。C16、L5、C17 构成兀型滤波电路。
D10 是大功率的TVS， 反向可承受6A 的电流， 当电压高于
30V 时， 反向导通， 拉低输入电压， 保护LM22596HV 开关电
源芯片不被高压损坏。IC3 是LM22596HV-33 开关电源芯片，
GPS 定位监视系统移动终端设计及实现
普仕凡
（海军91550 部队，辽宁大连116023）
摘要： 针对公务车辆监视需求，采用AVR 单片机为控制核心，利用内嵌TCP／IP 协议栈的GPRS 模块为通信手段，
通过GPS 模块测量位置数据，设计开发了卫星定位监视系统移动终端。阐述了设计思路和软硬件设计思想，给出了
原理框图及部分线路图。
关键词： 车辆监视； AVR 单片机； GPRS 模块； GPS 模块
GPS Positioning Monitoring System Mobile Terminal
Design and Implementation
PU Shi-fan
（The Unit 91550 of PLA , Liaoning Dalian 116023, China）
Abstract：For official vehicles monitoring requirements, the use of AVR single chip microcomputer as control core, using
the embed TCP/IP protocol stack of GPRS module as the means of communication, by GPS module measurement location data,
satellite positioning monitoring system was designed and developed a mobile terminal design idea and the hardware and
software design thought is expounded, the principle block diagram and part of the circuit diagram is given.
Key words：automatic vehicle monitoring ; AVR microcontroller ; GPRS module ; GPS module
收稿日期：2013-11-26
图2 电源电路
图1 总体框图
GPS 模块
U-blox6
电源电路
单片机
ATmega128
GPRS 模块
SIM900A
密钥输入SIM 卡电路
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它将输入为60V 以内的直流电源变换成3.3V 的直流电源VCC
输出， 为单片机电路和GPS 模块供电。D2、L3、C9、C12 构成
LM22596HV-33 的外围电路。IC4 是LM22596HV-ADJ 开关电
源芯片， 它将输入为60V 以内的直流电源变换成由反馈电阻分
压决定的输出电压大小的直流电源输出， 为GPRS 模块供电。
由GPRS 模块SIM900A 的参数可知其供应电压范围为3.1V--
4.8V， 发送数据时的瞬时最大电流可达2A。D3、L4、C10、
C13 构成LM22596HV-ADJ 的外围电路， 由于发送数据时的瞬
时最大电流可达2A， 因此， D3、L4 的载流量必须大于2A， D3
选择过流为3A 的IN5824、L4 选用过流为5A 的方形贴片电感。
本设计LM22596HV-ADJ 输出电压VBATT 的数值计算如下：
（1）
选择R17=2.3K, R18=1K,代入上式得：
4.059V 满足3.1V--4.8V 供应电压范围要求， 而且是供电
电压范围的中间值。从SIM900A 的参数可知其瞬时电流为2A
时最大会产生300mV 的下拉波动， 电压为4.059V 时， 300mV
的下拉波动最低是3.759V， 不会低于3.1V 的最小供电电压，
GPRS 模块SIM900A 不会产生低压复位。
1.2.2 单片机外围电路
单片机是卫星定位监视系统的移动终端的控制核心， 其主
要完成对GPRS 模块SIM900A 的复位、关机、联网、退网、数
据发送以及工作状态检测等等的操作； 完成对GPS 模块u-blox
NEO 6M 的设置、NMEA 协议语句的读取（只读GPRMC 语句）；
根据密钥对所获得的GPS 时间和经纬度数据进行加密处理。
1.2.3 GPRS 模块外围电路
GPRS 模块外围电路如图3 所示。
图3 中C12、R14、R15 和Q5 构成GPRS 模块复位电路，
ATmega128 单片机的PE3 管脚控制GPRS 模块复位， 程序控
制PE3 管脚输出高电平时GPRS 模块复位。图中LED2、R30、
R25、R11 和Q3 构成网络状态指示电路， NET-LED 信号用来
驱动指示网络状态的LED2 灯。图中C28、R20、R21 和Q3 构
成GPRS 模块SIM900A 的开关机电路， ATmega128 单片机的
PE2 管脚控制GPRS 模块开关机， 如果模块处于关机状态， 程
序控制PE2 管脚输出大于1S 的高电平时模块开机， 如果模块
处于开机状态， 程序控制PE2 管脚输出大于1S 小于5S 的高
电平时模块关机。图中R19 和R3 构成GPRS 模块SIM900A
的开关机检测电路， 如果模块处于关机状态， 信号VCCO 为
低电平， 信号经过R19 和R3 分压后送入， ATmega128 单片机
的外中断4 探测到低电平信号， 指示模块已关机。如果模块
处于开机状态， 信号VCCO 为高电平， 信号经过R19 和R3 分
压后送入， ATmega128 单片机的外中断4 探测到高电平信号，
指示模块已开机。图中SIMCARD1、D1、R2、R4、R6、R8、
R9、C4 和C5 构成SIM 卡接口电路。其中SIMCARD1 为带自
锁功能的8 引脚抽屉式SIM 卡座。D1 为5 集成TVS 管
SMF05C， 该集成TVS 管起到对SIM 卡的保护作用。图中的大
电容C15 为1000uF/16V 的电解电容， 为GPRS 模块SIM900A
发射瞬间提供足够的电流。GPRS 模块SIM900A 发射瞬间峰值
电流可达2A， 一般的稳压电路难于提供这么大的电流， 为了
可靠发送数据， 采用大容值的电容来提供瞬时电流。
1.2.4 GPS 模块外围电路
GPS 模块选用u-blox 公司的u-blox NEO 6M。u-blox 公司
新推出的u-blox NEO 6M GPS 模块小体积， 功能多， 支持
USB， 支持UART， 支持I2C， 支持SPI， 是目前UBLOX 家族
中性价比最高的GPS 模块。
1.3 软件
程序采用C 语音编写， 可读性强， 存于ATMEGA128 单
片机内部的FLASH 存储器中。
ATmega128 单片机上电工作后， 检测GPRS 模块SIM900A
是否处于工作状态， 如果模块SIM900A 处于关机状态则控制
模块开机， 检测到模块开机后， 延时3 秒等待模块完成内部
初始化工作。模块开机后ATmega128 单片机循环发送AT 指
令给SIM900A 模块， 用于波特率同步。完成波特率同步后
SIM900A 模块会回应一个AT 指令。使用指令“AT+CGREG=
1” 将模块注册到GPRS 网络。ATmega128 单片机通过UART1
读取GPS 模块输出的GPRMC 语句， 每次完成一句语句的读
出后， 分离出位置和时间数据， 并将数据与上一秒的数据对
比， 如果位置差大于300 米， 认为是野值丢去不用。10 秒的
数据传送间隔到时， 将最近收到的有效位置数据、时间数据
和ID 识别号与密钥进行异或处理， 加入帧头帧尾后存入单片
机开辟的发送缓存等待发送； 使用指令“AT+CSQ?” 查询网
络信号强度， 如果强度低于10 发送数据压入待发送缓存区
（最大可缓存30 分钟的数据）， 如果信号强度大于10 开始发
送数据； 使用指令“AT+CREG=1” 再次将模块注册到GPRS
网络， 使用指令“AT+CGATT=1” 附着GPRS 网络； 使用指令
“AT+CIPSTART=UDP, 211.14.192.1,3030” 与固定IP 的UDP 数
图3 GPRS 模块外围电路
(下转第66 页)
ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND IDENTIFICATION TECHNIQUES 人工智能及识别技术
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据传输； 使用指令“AT+CIPSEND=63” 开始UDP 数据传输，
探测到数据传输完成后， 使用指令“AT+CIPSHUT” 断开连
接， 使得每次数据传输的终端IP 地址跳动， 难于被时时跟踪。
2 结语
卫星定位监视系统在我部公务车辆上的运用， 使车辆的
运行位置和速度处于车管人员的监视之下， 杜绝了超速行车
和不安规定线路运行的问题， 为车辆的安全管理提供了有效
手段。该系统安装运行已有一年， 系统运行稳定可靠。
参考文献
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[6] 普仕凡. 基于AVR 单片机的无线液位监视仪设计及实现
[J] . 电脑知识与技术， 2012， (25)： 6029-6032.
息表video。
4.1 用户表users
表1 用来保存用户注册时提供的登录资料， 以便将来登
录或者找回账号提供凭证。
4.2 用户信息表userdata
表2 用以记录用户登录以后可供选择的个人信息录入，
以及收藏音频和视频。
4.3 音频信息表audio
表3 用来保存上传的音频信息的表。
4.4 视频信息表video
用来保存上传的视频信息表， 结构与音频信息表相同，
只是将音频字段中Audio 更换为Video， 含义相应为视频等。
5 系统测试
本次测试主要采取黑盒测试， 即以用户和管理员的角度
来对系统进行测试， 通过不同角色对不同功能模块进行测试
来验证功能是否完全实现以及发现未知的错误， 进而对系统
进行修改， 增强系统健全性。
通过对各功能模块的测试， 说明本系统在用户操作方面
基本上能正常实现各种功能。
关于页面效果上， 某些方面使用了国外网站上的CSS3 前
沿技术， 某些效果无法在IE 浏览器上显现， 因而以Firefox 浏
览器作为演示浏览器。
参考文献
[1] 刘万军， 郑少京， 王松波， 等. Java6 程序设计实践教程
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[7] 王晓露， 毛燕琴， 沈苏彬. 实时网络视频播放控件的优化
与实现[J/OL] . 万方数据库， 2011.
字段名称含义字段类型是否为空约束
UserID 用户名序列号Int （20） 否主键
UserName 用户名Varchar （50） 是
UserPassword 用户密码Varchar （50） 是
Email 注册邮箱Varchar （50） 是
UserRight 用户权限Varchar （10） 是
表1 用户表users
字段名称含义字段类型是否为空约束
UserID 用户序列号Int （20） 否主键
UserName 用户名Varchar （50） 是
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UserBorn 用户生日Varchar （20） 是
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RealName 用户真实姓名Varchar （50） 是
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表2 用户信息表userdata
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AudioID 音频序列号Int （20） 否主键
AudioName 音频名称Varchar （200） 是
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表3 音频信息表audio
(上接第57 页)
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