摘 要：隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，車輛的跟蹤監(jiān)控在物流等行業(yè)顯得越來(lái)越重要。車輛監(jiān)控系統(tǒng)中，車載定位終端多采用GPS技術(shù)進(jìn)行定位，而GPS定位雖然定位精度高但存在盲點(diǎn)較多的缺陷。而基于GSM網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)恰恰能彌補(bǔ)GPS定位盲點(diǎn)較多的缺點(diǎn)，從而可以有效地克服GPS定位盲點(diǎn)多的缺點(diǎn)，故該定位終端集成了GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)兩種定位方法的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該定位終端可達(dá)到準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、全天候、無(wú)盲點(diǎn)定位，大大提高了定位性能。

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關(guān)鍵詞：GPS定位；GSM定位；定位終端；STK卡

中圖分類號(hào)：P228.4，TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004-373X(2008)11-191-03

Design of Dual Vehicle Mobile Positioning System Based on GPS and GSM Tracking Terminal

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GE Huijie，SONG Tao，XU Xiaohui，ZHANG Biao

(School of Information Engineering，Hebei University of Technology，Tianjin，300401，China)

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Abstract：The vehicle tracking is more and more important in the business of conveying goods following the development of the traffic.GPS always be used in vehicle tracking terminal in the mobile positioning system.GPS tracking terminal is exactitude but also has some limitation such as blind spot.This treatise discusses the method of equalize for the common vehicle mobile positioning system by using GSM tracking terminal which accordingly effectual the problem of blind spot.This vehicle mobile positioning in possession of two strongpoint GPS and GSM.It is clear to the result of experimentation that the vehicle mobile positioning system is exact real time all-weather and no blind spot，so the orientation of capability is much more enhanced than before.

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Keywords：GPS positioning;GSM positioning;tracking terminal integrating;STK card

1 引 言

隨著我國(guó)城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大，車輛日益增多，在交通運(yùn)輸?shù)慕?jīng)營(yíng)管理、合理調(diào)度、安全管理等方面GPS定位監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣為應(yīng)用。GPS定位技術(shù)的應(yīng)用給車輛、輪船等交通工具的導(dǎo)航定位提供了具體的實(shí)時(shí)的定位能力。通過(guò)車載GPS接收機(jī)，使駕駛員能夠隨時(shí)知道自己的具體位置。通過(guò)短消息形式將GPS定位信息發(fā)送給監(jiān)控指揮中心，監(jiān)控指揮中心便可將定位信息與電子地圖匹配從而及時(shí)掌握各車輛的具體位置。但是GPS衛(wèi)星定位時(shí)GPS天線要求對(duì)天空要有漏斗型的15°凈空視角且受云層的影響大。對(duì)于交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)GPS跟蹤導(dǎo)航來(lái)說(shuō)，需要實(shí)時(shí)對(duì)車輛進(jìn)行跟蹤，故當(dāng)GPS衛(wèi)星信號(hào)由于建筑物及樹(shù)木等的遮擋而使GPS無(wú)法進(jìn)行正常的導(dǎo)航跟蹤和定位。

而基于GSM網(wǎng)絡(luò)的位置服務(wù)恰恰能彌補(bǔ)GPS定位的這一缺點(diǎn)，并且GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣無(wú)盲點(diǎn)且能將位置信息傳送到遠(yuǎn)端?；谏鲜隹紤]，本文提出一種把GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)定位集成在一起的雙定位終端，該終端結(jié)合了GPS和GSM網(wǎng)絡(luò)定位的優(yōu)點(diǎn)，克服了GPS定位盲點(diǎn)較多、GSM網(wǎng)絡(luò)定位精度較低的缺點(diǎn)，性能明顯提高。

2 系統(tǒng)概述

2.1 定位原理

全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)是美國(guó)新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可為用戶提供一種全球性、全天候、連續(xù)的衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供實(shí)時(shí)的三維位置、三維速度和高精度的時(shí)間信息。GPS接收機(jī)通過(guò)接收其視線內(nèi)的任意幾顆衛(wèi)星播發(fā)的導(dǎo)航信息，換算出自身的位置和時(shí)間信息^[1]。

中國(guó)移動(dòng)公司和中國(guó)聯(lián)通公司都開(kāi)通了位置服務(wù)功能。只要選用支持STK(SIM TOOL KIT)的 SIM卡，并且當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)開(kāi)通了位置服務(wù)，即可通過(guò)STK命令得到位置信息。STK命令是一組開(kāi)發(fā)增值業(yè)務(wù)的命令，一種小型編程語(yǔ)言，它允許基于智能卡的用戶身份識(shí)別模塊SIM運(yùn)行自己的應(yīng)用軟件。STK卡就是帶有STK功能的SIM卡。STK命令會(huì)因GSM模塊生產(chǎn)廠家的不同而稍有差別，具體可以參考廠家的《STK命令用戶手冊(cè)》。

GSM定位方法與GPS定位類似，在GSM網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)移動(dòng)的基站位置已知，根據(jù)定位終端和各個(gè)基站之間通信時(shí)信號(hào)強(qiáng)弱等參數(shù)來(lái)確定定位終端到基站的距離，根據(jù)三個(gè)基站的位置和基站到定位終端的距離即可得定位終端的位置坐標(biāo)^[2]。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

定位系統(tǒng)由監(jiān)控中心和車載定位終端兩部分構(gòu)成，車載定位終端中GSM模塊不但與監(jiān)控中心通過(guò)短消息進(jìn)行通信之外還要通過(guò)STK從移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商獲得位置服務(wù)的信息。定位終端以短消息的形式將GPS位置信息或從GSM網(wǎng)絡(luò)獲得的定位信息發(fā)送至監(jiān)控中心。監(jiān)控中心集成GIS(Geographic Information System)地圖，依靠接收的短消息中的定位信息來(lái)完成終端與電子地圖的匹配及一些導(dǎo)航的指令等^[3]。監(jiān)控系統(tǒng)的整體框架如圖1所示。

3 車載雙定位終端硬件的設(shè)計(jì)

3.1 車載終端硬件組成

車載定位終端主要包括GSM模塊、電源模塊、語(yǔ)音模塊、LCD顯示模塊、GPS-OEM板。定位終端采用單片機(jī)作為控制芯片。GSM模塊則采用Siemens的TC39I GSM引擎模塊，在車載終端中TC39I GSM引擎模塊不但通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)獲得定位信息，還要通過(guò)短消息的形式與監(jiān)控中心進(jìn)行通信^[4]。GPS-OEM板采用ASHTECH AC12 OEM板，該OEM板是美國(guó) THALES公司生產(chǎn)的功能最全、尺寸最小、功耗最低的專業(yè)級(jí)OEM板。AC12不僅兼具GPS導(dǎo)航授時(shí)，還支持遠(yuǎn)端差分操作并且具有跟蹤星基增強(qiáng)系統(tǒng)，以及精確的載波相位測(cè)量性能。GPS-OEM板是將GPS接收機(jī)的主要部件做成大規(guī)模集成芯片，并集成在一塊電路板上。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 GPS-OEM板的工作原理

GPS-OEM板主要由變頻器、標(biāo)頻器、信號(hào)通道、微處理器和存儲(chǔ)單元等組成。在完成初始自檢后，GPS-OEM板將自動(dòng)接收來(lái)自天線的GPS射頻信號(hào)，在低噪聲變頻器中變頻，由 L頻段的射頻信號(hào)變成低頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信號(hào)通道測(cè)量出GPS信號(hào)從衛(wèi)星到接收天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送出的導(dǎo)航電文，最后由中央處理器解算出被測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)、速度、時(shí)間等信息，最后經(jīng)由I/O 口輸出串行數(shù)據(jù)。

GPS-OEM板的輸入輸出均遵循串行通信協(xié)議，都能輸出符合NMEA_0183標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼形式的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為８?jìng)€(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)起始位，1個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位。用戶可以通過(guò)輸入語(yǔ)句對(duì)GPS-OEM板進(jìn)行初始化，設(shè)置數(shù)據(jù)格式、波特率以及輸出語(yǔ)句種類等信息，而輸出語(yǔ)句則是向用戶輸出GPS的各種數(shù)據(jù)信息。

3.3 整體硬件設(shè)計(jì)

GSM模塊和GPS-OEM板均采用串行數(shù)據(jù)通信方式與MCU有兩個(gè)串口，分別為 UART1 和 UART0實(shí)現(xiàn)通信，數(shù)據(jù)傳輸控制簡(jiǎn)單可靠。

232電平轉(zhuǎn)換部分用來(lái)進(jìn)行TTL-RS232電平轉(zhuǎn)換。電源模塊為處理器、GSM引擎模塊、GPS模塊提供穩(wěn)定的電壓輸出。外部控制部分主要作用是接受人工報(bào)警等外部控制命令。GPS-OEM板用來(lái)提供位置信息、時(shí)間信息等數(shù)據(jù)，單片機(jī)定時(shí)從GPS-OEM板提取位置信息或是通過(guò)GSM引擎模塊依靠STK卡從GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提取位置信息，再通過(guò)GSM模塊的短消息形式將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心，GSM模塊并向監(jiān)控中心接收和發(fā)送短消息。接收的短消息經(jīng)單片機(jī)處理可以以用戶容易理解的符號(hào)顯示在LCD屏上，也可以經(jīng)語(yǔ)言模塊轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音提示用戶。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

利用鍵盤對(duì)所測(cè)經(jīng)度、緯度、時(shí)間進(jìn)行粗略配置，可以縮短首次定位時(shí)間，實(shí)現(xiàn)迅速定位。并且可以通過(guò)鍵盤輸入更改顯示的定位信息，可以選擇的信息有：經(jīng)緯度、北京時(shí)間、海拔高度等。由于薄膜按鍵式鍵盤只需要一個(gè) I/O口，既節(jié)省資源又縮短了程序量，所以在本設(shè)計(jì)中選用薄膜按鍵式鍵盤^[5]。

在硬件設(shè)計(jì)中由于GSM模塊和GPS模塊都含有射頻模塊，為避免干擾，兩個(gè)模塊應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離?？梢苑旁?PCB 板的兩邊或者對(duì)角線的兩個(gè)端點(diǎn)，實(shí)踐證明這樣的做法是行之有效的。

4 定位終端的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括初始化模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機(jī)對(duì)話模塊?？紤]到GPS比GSM定位準(zhǔn)確，所以定位時(shí)以GPS定位為主以GSM定位為輔。車載終端處在GPS盲點(diǎn)區(qū)域(如車庫(kù)、林蔭道等)無(wú)法定位時(shí)利用GSM進(jìn)行定位。主程序流程如圖4所示。

4.1 初始化模塊

主要是完成開(kāi)機(jī)上電后對(duì) MCU、液晶顯示模塊、AC120 OEM板的初始化工作。對(duì)于MCU 要設(shè)置其串口工作模式、中斷工作模式和波特率；對(duì)于液晶顯示模塊要設(shè)置開(kāi)機(jī)畫面和顯示模式；對(duì)于AC120 OEM板需要設(shè)置波特率成功完成串口通訊。

4.2 數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊主要是負(fù)責(zé)處理從GPS-OEM 板接收的數(shù)據(jù)、從鍵盤輸入的數(shù)據(jù)。AC120 OEM板的輸出語(yǔ)句的刷新頻率為1 Hz，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，提高M(jìn)CU的利用率，采用中斷方式接收而非查詢方式。

4.3 人機(jī)對(duì)話模塊

該模塊主要是處理鍵盤輸入和顯示模塊操作。在GPS-

OEM板的初始化配置過(guò)程中，需要根據(jù)實(shí)際需求配置OEM板的語(yǔ)句設(shè)置，另外一項(xiàng)重要的工作完成 MCU與液晶模塊之間的數(shù)據(jù)通信和處理。

5 結(jié) 語(yǔ)

由于GPS定位準(zhǔn)確，GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣無(wú)盲點(diǎn)，故該終端首選用GPS定位，當(dāng)GPS無(wú)法定位時(shí)，啟動(dòng)GSM網(wǎng)絡(luò)定位對(duì)車載終端進(jìn)行定位，可克服單純GPS定位或GSM定位的缺點(diǎn)，且成本較低。實(shí)踐證明，本定位終端可以在城市高樓區(qū)、林蔭道、車庫(kù)內(nèi)等因GPS衛(wèi)星信號(hào)丟失而無(wú)法定位的地方啟用GSM網(wǎng)絡(luò)定位，從而提高定位的穩(wěn)定性。它是一個(gè)能提供實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、交互信息的系統(tǒng)，基本可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確且無(wú)盲點(diǎn)的定位，保障定位的效果。該系統(tǒng)在科技、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保上都是完全可行的。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Ma Chao，Lin Ming.GPS-GSM Mobile Navigator［J］.Circuit Cellar，2003:10-16.

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［2］孫儒石.GSM數(shù)字移動(dòng)通信工程\\[M\\].北京:人民郵電出版社，2002.

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［3］張慧.利用通信控件實(shí)現(xiàn)車載GPS監(jiān)控系統(tǒng)中的串行通訊［J］.應(yīng)用科技，2002，29(4)；25-27.

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［4］ 李莉，李力勐.構(gòu)建智能交通地理信息及定位平臺(tái)［J］.測(cè)繪科學(xué)，2000(4)：21-25.

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［5］孫儒石，GSM數(shù)字移動(dòng)通信工程\\[M\\].北京：人民郵電出版社，2002.

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作者簡(jiǎn)介 葛慧杰 男，1980年出生，碩士研究生。主要研究方向?yàn)閭鞲衅骷皞鬏斚到y(tǒng)。