基于GPS的移動對象定位追蹤器設計

裴田，張鵬麗

（鄭州科技學院電氣工程學院，河南 鄭州 450064）

引言

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，移動對象定位技術(shù)發(fā)展到了一定的高度，伴隨著包括衛(wèi)星導航定位和城市地理信息系統(tǒng)等技術(shù)的廣泛應用，許多城市已開始了對移動對象定位跟蹤管理系統(tǒng)的綜合建設[1]。作為智能交通管理系統(tǒng)的重要組成部分，定位追蹤技術(shù)綜合了電子、計算機、無線通信和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)在解決交通擁擠狀態(tài)中發(fā)揮著巨大的作用[2]。定位追蹤技術(shù)支撐著現(xiàn)代導航系統(tǒng)，也是提高移動對象使用效率及安全性的關(guān)鍵技術(shù)之一，廣泛應用于共享電動汽車、物流貨車、租賃車、公務車、企事業(yè)單位用車等為車輛提供全天候的實時定位功能。

1 系統(tǒng)設計

設計一款多功能的GPS車載定位終端，融合了GSM無線通信技術(shù)及GPS系統(tǒng)定位技術(shù)，終端采用工業(yè)級高集成度全內(nèi)置天線設計，系統(tǒng)具有 ACC檢測、震動防盜、遠程斷油電功能。同時，系統(tǒng)可外接SOS按鈕和MIC，在緊急時刻終端可以向預設的 SOS號碼撥打電話機發(fā)送位置短信以求救，用戶可發(fā)送指令實時遠程斷油電，外接MIC可實現(xiàn)遠程聆聽功能，方便車主隨時了解車內(nèi)的狀況。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 硬件設計

2.1 GPS定位基本原理

GPS 全球定位的基本原理是通過測量出已知位置衛(wèi)星到 GPS接收機之間的距離，綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機的具體位置也就是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置[3]。該系統(tǒng)由美國主導研發(fā)，耗資巨大，于1994年全面建成，具有精確度高，實現(xiàn)簡單方便，24小時在線和自動檢測等特點。它由是三部分組成，即空間衛(wèi)星星座、地面控制、監(jiān)視網(wǎng)絡和用戶接收設備[4～5]。

2.2 SIM卡

SIM電話卡放置在每個GPS終端里面，通過SIM卡，系統(tǒng)可以查看該卡內(nèi)的余額，以免停機造成通訊不暢。SIM卡信息管理圖如圖2所示。

圖2 SIM卡信息管理圖

2.3 SOS 求助

當遇到緊急情況需要求助時，可按下SOS按鍵持續(xù)3s，將觸發(fā)SOS緊急求助報警。終端將會向服務平臺發(fā)出報警信息，并向服務平臺上傳經(jīng)緯度信息，服務平臺經(jīng)經(jīng)緯度信息解析的中文地址再發(fā)送給終端，終端將接收到中文地址轉(zhuǎn)發(fā)給設定的 SOS特定號碼各發(fā)送一條 SOS報警短信，并循環(huán)撥打SOS特定號碼，在無人接聽的狀況下，最多只循環(huán)撥打三次。

2.4 ACC震動報警

當車輛電源處于關(guān)閉狀態(tài)時，此時 ACC狀態(tài)為低，當ACC狀態(tài)為低的時間超過10分鐘（可設置），終端自動啟動設防，若在終端設防生效后，車輛發(fā)生多次震動，將觸發(fā)震動防盜報警機制，若在之后的3分鐘內(nèi)，車輛電源仍未開啟（ACC狀態(tài)仍為低），終端會立即啟動震動防盜報警。終端將會向服務平臺發(fā)出報警信息，并向服務平臺上傳經(jīng)緯度信息，服務平臺將經(jīng)緯度信息解析的中文地址再發(fā)給終端，終端將接收到中文地址轉(zhuǎn)發(fā)給設定的 SOS特定號碼各發(fā)送一條震動報警短信，并循環(huán)報答SOS特定號碼，再無人接聽的狀況下，最多只循環(huán)撥打三次。

2.5 斷油電接口

當車輛發(fā)生盜竊時，可由監(jiān)控平臺主動發(fā)出斷油電指令，再保證車輛處于安全行駛的前提下，切斷被盜車輛的油路，達到無法啟動車輛的目的。

移動對象定位追蹤器以MCS-51單片機作為處理器，獲取GPS數(shù)據(jù)信息，并對有效數(shù)據(jù)進行相應的處理，可對室外動態(tài)用戶的位置及速度進行實時精密的監(jiān)測。

3 追蹤顯示

通過軟件設計實現(xiàn)對接收到的有效信號進行提取、判斷和計算等處理，通過設計程度，在程序中判斷從GPS模塊返回的數(shù)據(jù)，從而過濾出我們所需的信息并轉(zhuǎn)換成相應格式輸出，也可通過向GPS模塊發(fā)送特定字符串指令以獲取所需要的數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)可以有多重查詢方式，如電腦網(wǎng)頁查詢、短信指令查詢、微信公眾號查詢、蘋果/安卓手機軟件查詢。

3.1 短信查詢

當需要查詢終端設備的中文地址信息時，可編寫中文地址查詢短信發(fā)送至終端設備SIM卡上，終端將恢復一條中文地址的位置信息，如：河南省鄭州市二七區(qū)學院路.鄭州科技學院。

3.2 經(jīng)緯度位置短信查詢

當需要查詢終端設備的經(jīng)緯度位置信息時，可編寫經(jīng)緯度位置查詢短信發(fā)送至終端設備SIM卡上，終端將回復最后一次定位的經(jīng)緯度位置信息，如：Lat：N22.571285，London：E113.877115，Course：42.20.Speed：0.0740，DateTime：10-11-23 22:28:51。

3.3 位置網(wǎng)絡連接

手機可通過GPRS或WIFI、3G、4G等無線上網(wǎng)方式下載帶有終端位置的地圖圖片，來查看終端的位置，也可下載相關(guān)的APP軟件顯示相關(guān)的位置信息。

3.4 平臺查詢

注冊用戶還可登陸系統(tǒng)的全球定位服務平臺來查看車輛的位置。網(wǎng)頁版登錄界面如圖3所示，位置動態(tài)如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)登錄界面

圖4 動態(tài)位置圖

4 結(jié)論

測試表明，共享電動汽車追蹤器其能夠獲得實時的GPS定位數(shù)據(jù)，并在相關(guān)顯示終端上以不同形式顯示出當前設備號、時間、經(jīng)緯度、速度，航向等數(shù)據(jù)信息，設計簡單實用，安裝方便，可廣泛應用于移動對象如共享電動汽車、物流貨車、租賃車、公務車、企事業(yè)單位用車等的定位追蹤。

[1] 楊兆升.智能運輸系統(tǒng)概論[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] 李征航,黃勁松.GPS測量與數(shù)據(jù)處理[M].武漢:武漢大學出版社, 2005.

[3] 雷俠.基于 51單片機的簡易 GPS定位器設計[M].北京:中國科技信息.2017（23）.

[4] 智勇.城市車輛定位系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].大連:大連理工大學, 2013.

[5] 王思文.GSM網(wǎng)絡定位技術(shù)研究與應用[D].北京:北京郵電大學, 2010.