基于GPS和GSM的跟踪器设计文档格式.docx
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第一阶段：
1974～1978年为方案论证阶段，在美国加利福尼亚的范登堡空军基地，采用AtlasF火箭，从1978年2月22日发射第一颗GPS试验卫星起，到1985年10月9日发射完最后一颗卫星，共发射了11颗代号为BLOCK的GPS试验卫星在轨道上，运行轨道呈椭圆形，长半轴为26560km，倾角为64度，轨道高度约20000km。
目前仍有4颗卫星在工作。
第二阶段：
1979～1987年为系统论证阶段。
第三阶段：
1988～1993年为生产实验阶段。
自1989年初开始，在美国佛罗里达州肯尼迪空间中心的卡纳维拉尔角基地，采用Delta火箭，发射了代号为BLOCKⅡR型的第三代GPS试验卫星，组成了GPS的卫星星座。
它是由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成，称为（21+3）GPS星座。
卫星轨道面有6个，长半轴为26609km，偏心率为0.01，倾角为55度，轨道高度约20200km，运行周期为11小时58分钟（恒星时12小时），载波频率为1575.42MHz和1227.60MHz，卫星能覆盖地面面积38%，通过天顶时可见时间为5小时。
在地球表面上的任何时间和地点，在高度角15度以上，平均可同时观测到6颗以上卫星。
由于卫星对地面的距离和波束覆盖面积基本不变，因此在覆盖区域内，接收机接收到的信号近似相等，这非常有利于定位精度的提高。
GPS卫星是由洛克菲尔国际公司空间部研制的，卫星重774kg，使用寿命为7年。
卫星采用蜂窝结构，主体呈柱形，直径为1.5m。
两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板，全长5.33m接受日光面积为7.2平方米。
对日定向系统控制两翼电池帆板旋转，使板面始终对准太阳，为卫星不断提供电力，并给三组镉镍电池充电，以保证卫星在地球阴影部分能正常工作。
在星体底部装有多波束定向天线，能发射张角大约为30度的两个L波段的信号。
在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线，用于与地面监控网的通信。
此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统，以便使卫星保持在适当的高度和角度，准确对准卫星的可见地面。
GPS卫星的作用主要有三点：
1．用L波段的两个无线载波向广大用户连续不断地发送导航定位信号。
2．在卫星飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段（10cm波段）发送到卫星的导航电文和其他有关信息，并通过GPS信号电路，适时的发送给用户。
3.接收地面主控站通过注入站发送到卫星的调度命令，适时地改正运行偏差或者起用备用时钟等。
GPS接收机（用户部分）
由于近十几年来，世界各国的企业公司和科研单位竞相开发出各种类型的接收机，因此GPS接收机的分类形式很多。
常规分为两种：
导航型和测地型。
导航型接收机结构简单，体积小，价格便宜，采用C/A码伪距接收技术，定位精度一般可达100～20m，最高可达3～1m。
若采用P码接收技术，达到的精度将更高。
普通C/A码伪距接收机的价格大约在2～3千左右。
测地型接收机结构复杂、精度高，它采用双频伪距和载波相位接收技术，测量基线的精度和高度都比导航型接收机高许多数量级。
双频接收机可达5mm+1ppm?
D,单频接收机可达10mm+2ppm?
D,若用差分定位其精度可达亚米及厘米级。
目前，GPS接收机的体积是越来越小，重量越来越轻，价格越来越低。
1．2GSM概述
我国于20世纪90年代初引进采用此项技术标准，此前一直是采用蜂窝模拟移动技术，即第一代GSM技术（2001年12月31日我国关闭了模拟移动网络）。
GSM（全球移动通信系统）是一种广泛应用于欧洲及世界其他地方的数字移动电话系统。
GSM使用的是时分多址的变体，并且它是目前三种数字无线电话技术（TDMA、GSM和CDMA）中使用最为广泛的一种。
GSM将资料数字化，并将数据进行压缩，然后与其它的两个用户数据流一起从信道发送出去，另外的两个用户数据流都有各自的时隙。
GSM实际上是欧洲的无线电话标准，据GSMMoU联合委员会报道，GSM在全球有15亿的用户，并且用户遍布140多个国家。
因为许多GSM网络操作员与其他国外操作员有漫游协议，因此当用户到其他国家之后，仍
可以继续使用他们的移动电话。
美国著名通信公司Sprint的一个辅助部门，美国个人通信正在使用GSM作为一种宽带个人通信服务的技术。
这种个人通信服务将最终为爱立信、摩托罗拉以及诺基亚现在正在生产的手持机建立400多个基站。
手持机包括电话、短信寻呼机和对讲机。
GSM及其他技术是无线移动通信的演进，无线移动通信包括高速电路交换数据、通用无线分组系统、基于GSM网络的数据增强型移动通信技术以及通用移动通信服务。
1．3总述
GSM网络的不断发展使我们生活交往拉近了距离。
GPS定位系统的不断完善以及不断解禁，使我们知道了我们的精确地立足点。
于是两者的结合形成了一套系统让我们实现了传说中的“千里眼、顺风耳”概念。
今年来该系统广泛应用于航海、航空、陆地交通、地质勘探等行业。
为了进一步了解给系统，本课题基于GSM、GPS技术结合单片机总控管理来实现远程跟踪的目的。
第二章方案论证
2．1设计要求
设计一款大众实用性机动车辆远程跟踪防盗仪。
2．2实现方案
该研究课题的目的，实现通过普通手机随时随地监控远程跟踪设备的精确经纬度、运动速度、标准时间、监听该设备的现场情况以及实现相应的远程报警远程控制等功能。
定位数据的检测采用高性能SRIF3GPS模块实时接受GPS定位卫星数据以及相应的处理计算，数据远程传输采用SIM300D小型GSM模块；
该模块随时等待远程终端的指令并及时将定位信息发送给控制终端。
GPS、GSM模块的驱动以及相应数据的处理识别由单片机总控。
该设计方案硬件简洁、造价低廉、使用方便适合大众使用。
第三章系统设计
3．1硬件设计
3．1．1系统构架
图1主机框架图
该系统主要有电源部分、MCU单片机控制部分、GPS定位数据实时采集部分、GSM数据传输部分、外部信号检测部分、振铃提示以及对外控制部分组成。
3．1．2系统电源电路设计
图2电源管理电路
该设备采用12V供电，经LM7805降压，将电压稳到5V从而供单片机、定位模块的部分供电；
5V电压再经过二极管1N4007，由于二极管导通会有0.7V的压降，于是可以得到4.3V的电压，由于GSM模块的电压使用范围是3.4-4.5V，所以4.3V可以是GSM模块稳定工作。
电路中C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7起到电容滤波作用并且C1、C5、C7与C2、C3、C4、C6容值相差很大，这可以很好的滤除电路中高低频杂波。
DS1通过R6限流与电源直接相连在此起到电源指示作用。
3．1．3MCU单片机总控电路设计
图3单片机总控电路
单片机选用以及介绍
该设备需要实时采集GPS信号、GSM短信指令，需要处理的数据比较多，一般51单片机很难处理。
再者单片机与各模块靠串口连接而普通单片机只有一个串口。
所以控制起来更是不易。
于是综合考虑需要选一种RAM比较大的并且有两个以上串口的单片机。
STC11F32XE是宏晶科技公司生产的单时钟／机器周期（1T）的单片机，是高速、低功耗、具有超强抗干扰能力的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12倍。
内部集成高可靠复位电路，可用在高速通信、智能控制、强干扰等场合；
内部有32KB的Flash、29KB的EEPROM和1280字节的SRAM；
EA、ALE、PSEN和RST引脚可以定义为通用I／O，即4个P4引脚；
编程支持ISP下载功能，使用起来比较方便。
3．1．4GSM模块电路设计
图4GSM模块电路
SIM300D是小体积即插即用模组中完善的三频/四频*GSM/GPRS解决方案使用工业标准界面，使得具备GSM/GPRS900/1800/1900MHz功能的SIM300C以小尺寸和低功耗实现语音、SMS、数据和传真信息的高速传输。
三频/四频GSM/GPRS模块，外形尺寸40x33x2.85mm支持用户定制的MMI和键盘/LCD内嵌强大的TCP/IP协议栈。
基本特点：
三频GSM/GPRS900/1800/1900MH或四频850/900/1800/1900MHz
GPRS（class10）标准
GPRS（classB）
满足GSM（2/2+）标准
-Class4（2W@850/900MHz）
-Class1（1W@1800/1900MHz）
通过AT命令控制（GSM07.07，07.05和增强AT命令）
SIM应用工具包
支持电压范围3.4...4.5V
正常操作温度：
-20°
Cto+55°
C
限制操作温度：
-25°
Cto-20°
C和+55°
Cto+70°
存储温度：
-40°
Cto+80°
功能描述
AT+OFF
关机并重新启动
AT+CSDH=0
在TEXT模式下在返回值中不显示详细的头信息
ATE0
关闭回显
AT+CMGF=1
选择短信格式为TEXT模式
AT+CMGS
发送短信息
AT+CMGR
读取短信息
AT+CMGD
删除短信息
表1常用AT指令
3．1．5GPS模块电路设计
图5GSM模块电路
该系统采用台湾产RoyalTek鼎天RGM-3600高性能SRIF3GPS模块。
该模块采用当今最新的SRIF3技术具有20通道可以同时追踪20颗卫星，定位速度快、精度高、功耗小等优点。
该模块的RX、TX分别与单片机的TX2、RX2相连单片机通过串口来向模块传送指令。
该模块通信协议为NMEA-0183标准格式协议
GPS数据格式说明
NMEA0183格式以“$”开始，主要语句有GPGSA，GPGSV，GPGGA，GPVTG，GPRMC等
1、GPSDOPandActiveSatellites（GSA）当前卫星信息
$GPGSA,<
1>
<
2>
3>
,,,,<
4>
5>
6>
7>
<
CR>
LF>
模式：
M=手动，A=自动。
定位型式1=未定位，2=二维定位，3=三维定位。
PRN数字：
01至32表天空使用中的卫星编号，最多可接收12颗卫星信息。
PDOP位置精度因子（0.5~99.9）
HDOP水平精度因子（0.5~99.9）
VDOP垂直精度因子（0.5~99.9）
Checksum.（检查位）.
2、GPSSatellitesinView（GSV）可见卫星信息
$GPGSV,<
?
8>
GSV语句的总数
本句GSV的编号
可见卫星的总数，00至12。
卫星编号，01至32。
卫星仰角，00至90度。
卫星方位角，000至359度。
实际值。
讯号噪声比（C/No），00至99dB；
无表未接收到讯号。
Checksum.（检查位）.
第<
项个别卫星会重复出现，每行最多有四颗卫星。
其余卫星信息会于次一行出现，若未使用，这些字段会空白。
3、GlobalPositioningSystemFixData（GGA）GPS定位信息
$GPGGA,<
9>
M,<
10>
11>
12>
*hh<
UTC时间，hhmmss（时分秒）格式
纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
纬度半球N（北半球）或S（南半球）
经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输）
经度半球E（东经）或W（西经）
GPS状态：
0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算
正在使用解算位置的卫星数量（00~12）（前面的0也将被传输）
海拔高度（-9999.9~99999.9）
地球椭球面相对大地水准面的高度
差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空）
差分站ID号0000~1023（前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空）
4、RecommendedMinimumSpecificGPS/TRANSITData（RMC）推荐定位信息
$GPRMC,<
定位状态，A=有效定位，V=无效定位
地面速率（000.0~999.9节，前面的0也将被传输）
地面航向（000.0~359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输）
UTC日期，ddmmyy（日月年）格式
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）
模式指示（仅NMEA01833.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
5、TrackMadeGoodandGroundSpeed（VTG）地面速度信息
$GPVTG,<
T,<
N,<
K,<
以真北为参考基准的地面航向（000~359度，前面的0也将被传输）
以磁北为参考基准的地面航向（000~359度，前面的0也将被传输）
地面速率（0000.0~1851.8公里/小时，前面的0也将被传输）
模式指示（仅NMEA01833.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效）
3．1．6外部输入输出电路设计
图6外部输入输出部分电路
该部分主要包括振铃提示电路，继电器控制电路，以及一路模拟传感器的按键电路组成。
振铃电路和继电器控制电路都是利用单片机IO口来控制三极管导通截止来实现蜂鸣器和继电器动作。
该电路中按键只是模拟传感器信号，用来表示机动车紧急情况时相应传感器采集到信息传给该设备，经过处理将信息发送给远程终端。
3．2软件设计
（1）软件设计思路
该系统主要程序包括：
GSM驱动、GSM数据处理、GPS数据接收处理、外部按键检测、数据储存以及振铃和继电器驱动程序等。
GSM驱动主要是通过单片机串口1向GSM模块发送AT指令来控制该模块以及查询短信情况。
同时STC11F32XE具有双串口，串口2可以很好的与GPS模块连接实时检测定位信息。
这给程序编写以及硬件设计带来了很大方便
该设备是一远程监控设备所以有许多数据例如，密码、手机号码等需要永久储存（掉电不丢失）并且需要方便修改，由于本设备采用的单片机内置EPPROM所以该部分程序与外部硬件无关。
程序编写比以往外置储存器方便。
软件程序采用以主程序为驱动，根据实际情况调用相应功能子程序。
（2）软件流程图
下图为本设计的软件程序流程图：
图7程序流程图
结论
经过一段时间的研究学习本设计已经可以实现实时检测设备的定位信息，并且可以利用远程手机控制该设备查询当前的定位信息并且可以利用手机向设备发送指令来控制其开关继电器来实现切断机动车电路。
该设备设有一应急按键来模拟汽车遇到紧急情况时，该系统可以将此信息以短信的方式返到远程控制手机上。
并且该系统设有远程监听功能，用户可以随时通过手机向系统发送相应指令进行监听。
主机工作参数如下：
工作电压：
8—12V
工作电流：
1000mA
致谢
本设计的顺利完成得到了院系领导老师的大力支持和帮助，尤其是我的指导老师田存伟老师在百忙之中抽出宝贵的时间，仔细耐心地指导我、鼓励我、让我有了解决问题的信心，使设计得以顺利的完成。
本设计的过程中曾多次与同学探讨问题，通过探讨使自己的想法更完善。
另外，我院学生创新实验室的全体师生，也为本设计提供了很大的帮助。
在此，对他们表示由衷的感谢！
电子信息技术日新月异地飞速发展，人们总是处在不断学习阶段，再加上我水平有限，所以本设计肯定存在许多不妥当的地方，欢迎广大老师和同学批评指正。
最后，我在这里要感谢系里的所有老师，是他们精心的栽培与悉心指导为我以后的学习、工作打下了坚实的基础。
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［12］石
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