GPS車輛衛星定位模擬系統設計 (1)

1.引言
      目前車載技術已經非常成熟,它廣泛應用于私家車的防盜跟蹤,物流用車的調度控制,出租車的電招安防,公交車的智能報站電子站牌等等,而且它價格也變得十分便宜。市場上幾百元就能買得到[1]。它的核心技術就是GPS,而電子地又是GPS的靈魂,只有通過它才能實現車輛的定位,當確定了車輛位置之后,通過無線傳輸把數據發到第三方,這樣就可以實現車載定位,根據這種技術,我們建立了一種能夠模擬車輛運行的模型,它能通過GPS定位系統確定車輛的位置,通過無線傳輸系統,把車輛的位置信息發送到控制中心,再有控制中心時發送控制指令給車輛,讓車輛到達指定的位置,也就是建立了一種通過GPS/GSM“無人駕駛”車輛系統的模型,當然這種模型是建立在高速公路上的,當司機開上高速公路以后可以通過控制按鈕向工作站發出指令,工作站確認后,在告知司機,此后車輛進入“無人駕駛”狀態,車的行使由控制中心決定,當到高速公路出口時控制中心會告知司機這時又會把車的駕駛權交還給用戶,為了防止意外發生,用戶還可以隨時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,用小車代替車輛,在校園里模擬車輛的運行,首先由GPS發出位置信息,再由GSM把信息傳送給PC機,經過PC機處理,顯示小車在地圖上的位置,再由PC機在發出指令,通過GSM把指令傳送給小車,小車在執行指令。


圖1. 無人駕駛控制系統模型

2.系統實現理論概述
     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間標準。用戶設備主要由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 網絡是國內覆蓋范圍最廣,應用最普遍的無線通信網絡。它傳輸速度快,單個數據傳輸價格便宜,不占用話音,及其雙向傳輸的性能,可方便地實現對于采集站設備的信息采集和遠程控制,實現遙控、遙測等。因此,使用GSM是作無線通訊是十分合理的。
3.系統實現方案設計
    在設計中使用了Trimble公司的GPS模塊用于小車定位,使用了兩個西門子公司的GSM模塊用于小車和PC機的無線數據傳輸,通過按鍵輸入完成小車部分的設置,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平臺所編寫的電子地圖上顯示出來。
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TTL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。
4.4 GSM/GPS控制部分
由于我們使用的單片機只有一個串口,這就要我們對串口進行切換,我們選用的是繼電器,但由于單片機的I/O口驅動電流很小,繼電器不能工作,這樣我們采用ULN2003作為驅動,它是反向驅動開路輸出達林頓,如圖2,我們采用單片機管電流的方式驅動繼電器。

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芯片L298,它的性能比較穩定,而驅動電流較大。其電路圖如下。
4.6顯示部分
在顯示部分我們采用12864液晶,為了使硬件結構簡單我們采用了串行方式。

5.軟件實現

圖7 小車控制部分流程圖

6.結論
     本系統實現了GPS車輛定位系統的模擬運行。利用GSM作為數據傳輸介質,實驗小車代替實際車輛,由PC機作為車輛控制中心,對小車位置信息進行處理并指揮小車運動。經過軟件測試系統實現了小車位置的采集,而且發出指令也能讓小車接收,并執行。
本文作者創新點:將單片機、GPS、GPRS三個技術加以綜合,并且合理有效的應用到車輛監控系統中,實現了車輛的實時監控調度,提高車輛的安全性與工作運行效率。該系統已在我校校園巡邏車系統上運行,為學校節省近萬元資金。實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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