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GPS車(chē)輛衛星定位模擬系統設計 (1)

1.引言
      目前車(chē)載技術(shù)已經(jīng)非常成熟,它廣泛應用于私家車(chē)的防盜跟蹤,物流用車(chē)的調度控制,出租車(chē)的電招安防,公交車(chē)的智能報站電子站牌等等,而且它價(jià)格也變得十分便宜。市場(chǎng)上幾百元就能買(mǎi)得到[1]。它的核心技術(shù)就是GPS,而電子地又是GPS的靈魂,只有通過(guò)它才能實(shí)現車(chē)輛的定位,當確定了車(chē)輛位置之后,通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸把數據發(fā)到第三方,這樣就可以實(shí)現車(chē)載定位,根據這種技術(shù),我們建立了一種能夠模擬車(chē)輛運行的模型,它能通過(guò)GPS定位系統確定車(chē)輛的位置,通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸系統,把車(chē)輛的位置信息發(fā)送到控制中心,再有控制中心時(shí)發(fā)送控制指令給車(chē)輛,讓車(chē)輛到達指定的位置,也就是建立了一種通過(guò)GPS/GSM“無(wú)人駕駛”車(chē)輛系統的模型,當然這種模型是建立在高速公路上的,當司機開(kāi)上高速公路以后可以通過(guò)控制按鈕向工作站發(fā)出指令,工作站確認后,在告知司機,此后車(chē)輛進(jìn)入“無(wú)人駕駛”狀態(tài),車(chē)的行使由控制中心決定,當到高速公路出口時(shí)控制中心會(huì )告知司機這時(shí)又會(huì )把車(chē)的駕駛權交還給用戶(hù),為了防止意外發(fā)生,用戶(hù)還可以隨時(shí)中斷與控制中心的連接。
本系統模擬了這一模型,把GSM作為數據傳輸的媒介,用PC機當作是控制中心,用小車(chē)代替車(chē)輛,在校園里模擬車(chē)輛的運行,首先由GPS發(fā)出位置信息,再由GSM把信息傳送給PC機,經(jīng)過(guò)PC機處理,顯示小車(chē)在地圖上的位置,再由PC機在發(fā)出指令,通過(guò)GSM把指令傳送給小車(chē),小車(chē)在執行指令。


圖1. 無(wú)人駕駛控制系統模型

2.系統實(shí)現理論概述
     GPS目前空間衛星星座部分共有二十四顆衛星,其中二十一顆工作衛星,三顆在軌備用衛星。每顆衛星都裝有4 臺高精度電子鐘,為GPS 定位提供高精度的時(shí)間標準。用戶(hù)設備主要由GPS 接收硬件和數據處理軟件,以及微處理器及其終端設備組成。
    GSM 網(wǎng)絡(luò )是國內覆蓋范圍最廣,應用最普遍的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。它傳輸速度快,單個(gè)數據傳輸價(jià)格便宜,不占用話(huà)音,及其雙向傳輸的性能,可方便地實(shí)現對于采集站設備的信息采集和遠程控制,實(shí)現遙控、遙測等。因此,使用GSM是作無(wú)線(xiàn)通訊是十分合理的。
3.系統實(shí)現方案設計
    在設計中使用了Trimble公司的GPS模塊用于小車(chē)定位,使用了兩個(gè)西門(mén)子公司的GSM模塊用于小車(chē)和PC機的無(wú)線(xiàn)數據傳輸,通過(guò)按鍵輸入完成小車(chē)部分的設置,用液晶顯示當前的信息,而在PC機上用串口和GSM模塊通信,再由基于VB平臺所編寫(xiě)的電子地圖上顯示出來(lái)。
4.硬件系統設計
4.1電源穩壓部分
本系統的電源為7.5V,而單片機的工作電壓為5V,LM7805是5V支流穩壓電源芯片片。

圖2 系統電源
4.2  GPS接口電路
由于51系列單片機的電平為T(mén)TL電平,而GPS模塊為3.3V供電,所以選用LM1117作為GPS模塊的電源,通信部分選用了MAX3232把3.3V的邏輯電平轉換成232電平。


圖3 GPS接口電路圖
4.3GSM接口電路
在GSM模塊的使用中,它的供電范圍很寬7.5~24V,而且它的輸出電平為232電平這樣就可以這接引出串口通信數據線(xiàn)。
4.4 GSM/GPS控制部分
由于我們使用的單片機只有一個(gè)串口,這就要我們對串口進(jìn)行切換,我們選用的是繼電器,但由于單片機的I/O口驅動(dòng)電流很小,繼電器不能工作,這樣我們采用ULN2003作為驅動(dòng),它是反向驅動(dòng)開(kāi)路輸出達林頓,如圖2,我們采用單片機管電流的方式驅動(dòng)繼電器。

圖5 GSM/GPS控制部分

4.5電機控制部分
電機控制部分我們采用繼承電機驅動(dòng)芯片L298,它的性能比較穩定,而驅動(dòng)電流較大。其電路圖如下。
4.6顯示部分
在顯示部分我們采用12864液晶,為了使硬件結構簡(jiǎn)單我們采用了串行方式。

5.軟件實(shí)現

圖7 小車(chē)控制部分流程圖

6.結論
     本系統實(shí)現了GPS車(chē)輛定位系統的模擬運行。利用GSM作為數據傳輸介質(zhì),實(shí)驗小車(chē)代替實(shí)際車(chē)輛,由PC機作為車(chē)輛控制中心,對小車(chē)位置信息進(jìn)行處理并指揮小車(chē)運動(dòng)。經(jīng)過(guò)軟件測試系統實(shí)現了小車(chē)位置的采集,而且發(fā)出指令也能讓小車(chē)接收,并執行。
本文作者創(chuàng )新點(diǎn):將單片機、GPS、GPRS三個(gè)技術(shù)加以綜合,并且合理有效的應用到車(chē)輛監控系統中,實(shí)現了車(chē)輛的實(shí)時(shí)監控調度,提高車(chē)輛的安全性與工作運行效率。該系統已在我校校園巡邏車(chē)系統上運行,為學(xué)校節省近萬(wàn)元資金。實(shí)踐證明本系統的通訊功能運行可靠,設計合理。


整理:洪麓豐

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