基于GPS和GSM的车辆自动跟踪系统的原理与设计

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0 引言

随着人们生活水平的提高，汽车已逐渐进入了普通家庭，随着汽车数量的逐年增加，汽车被盗、被抢也成为一个较为严重的社会问题。在解决汽车防盗问题上，大部分汽车的报警方式主要采用灯光闪烁和喇叭鸣响，这种防盗方式存在有三种缺陷，一是报警器容易被破坏，而失去防盗功能；二是喇叭鸣响声会造成周边居民生活被严重干扰；三是汽车被盗后，外观稍加改动，就很难追踪。为了解决这些问题，本系统利用GPS定位系统实时跟踪汽车位置，在被盗情况下可利用GSM短信模块随时向车主或公安部门发送汽车的GPS定位信息，加快破案速度。
1 系统工作原理及框图
　　当车主离开车辆时，即可启动防盗系统，首先车主需设置手机号，以备接收车辆的定位信息，此时，单片机控制GPS模块，不断获取GPS定位数据，并对获取的GPS数据进行分析，从而获取包括车辆的经、纬度以及速度等信息。系统通过车辆的速度或经、纬度的变化来判断车辆是否被移动，如果车辆被非法移动，单片机将控制GSM模块将车辆的定位信息通过短消息，以每间隔十分钟时间发送到车主指定的手机中，同时，单片机将此信息存储在EEPROM中，以做将来的证据使用。车主第一时间知道车辆位置后，即可通过GSM远程网络控制防盗系统，切断车辆的点火电路，使车辆熄火。同时，车主将车辆定位信息提供给警方，尽快找回自己的车辆。系统工作原理框图见图1。


2 硬件系统设计
　　2．1 单片机控制核心
　　采用宏晶科技公司的单时钟机器周期的单片机STC12C5A60S2，它是高速、低功耗、超抗干扰的新一代51系列单片机，指令代码完全兼容传统的8051，但速度快8～12倍，具有60kB在系统可编程Flash存储器，其具有两个独立的采用UART工作方式的全双工串行通信接口，可方便地实现单片机同时与GPS和GSM进行数据通信。
　　2．2 GPS数据采集部分
　　GPS模块采用瑞±u-blox公司的NEO-5Q主芯片，该芯片采用u-blox最新的KickStart微弱信号攫取技术，能确保采用此模组的设备在任何可接收到信号的位置及任何天线尺寸都能够有最佳的初始定位性能并进行快速定位，且具有成本低廉，体积小，功能强等优点。

单片机与GPS模块的连接如图2所示，采用了串口通讯的方式，模块在上电后，会实时接收GPS数据包，数据包的类型有：GPCSV：可见卫星信息；GPGLL：地理定位信息；GPRMC：推荐最小定位信息；GPVTG：地面速度信息；GPGGA：GPS定位信息；GPGSA：当前卫星信息等。设计中，只对GPPMC型数据包进行解析，数据包的内容为：$GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，<12>*hh
　　<1>UTC时间，hhmmss(时分秒)格式
　　<2>定位状态，A=有效定位，V=无效定位
　　<3>纬度ddmm．mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
　　<4>纬度半球N(北半球)或S(南半球)
　　<5>经度dddmm．mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
　　<6>经度半球E(东经)或W(西经)
　　<7>地面速率(000．0～999．9节，前面的0也将被传输)
　　<8>地面航向(000．0～359．9度，以正北为参考基准，前面的0也将被传输)
　　<9>UTC日期，ddmmyy(日月年)格式
　　<10>磁偏角(000．0～180．0度，前面的0也将被传输)
　　磁偏角方向，E(东)或W(西)
　　<12>模式指示(仅NMEA0183 3．00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)
　　2．3 GSM模块部分
　　GSM模块采用德国西门子公司的TC35I，可以实现单片机控制GSM模块接收和发短信等功能。单片机通过向GSM模块发送AT指令，控制GSM运行。发送短消息用到的AT指令有：
　　AT：握手命令
　　AT+CMGF=1：设置短信方式为文本方式；
　　AT+CSCS=GSM：设置为GSM字符集；
　　AT+CSMP=17．67．0．0：设置编码类型和字符集；
　　模块与单片机的连接如图2所示，采用了串口通讯的方式，当需要发送短消息时，就按顺序给模块发送AT指令和数据，将信息发送给车主。
　　2．4 人机接口和存储部分
　　人机接口包括矩阵键盘和液晶显示部分，主要用于实现预置的手机号码的输入、显示和防盗功能的开启与关闭功能。存储器采用HC总线的EEPROM AT24C08，其为非易失性存储器，存储的数据可保存100年以上，并可进行上万次擦写。单片机将GPS上接收来的数据进行解析后，所获得的车辆所处的经、纬度，速度等信息保存在该存储器中，为以后做为公安机关的证据依据。
3 系统软件设计
　　自动跟踪系统软件由界面程序、信号处理程序和控制信号输出程序等三部分组成。信号处理程序实现了单片机对GPS信号的采集、解析等以及通过GSM网络向用户发送车辆定位信息等，是软件程序的重点；界面程序主要完成手机号设置、键盘处理、液晶显示等，实现了与用户良好的沟通；控制信号程序实现对GSM信号的接收与分析，完成对车辆的点火开关的控制；其软件总框图如图3所示。


4 结束语
　　本系统利用单片机对GPS和GSM模块的控制，实现了车辆防盗系统的设计。实验模拟，当车辆被盗时，系统的工作可不受恶劣环境影响，接收、发送信息准确、实时。