關鍵字：ARM GPS地面目標跟蹤
隨著現(xiàn)代化科技的發(fā)展,，人們對移動目標監(jiān)控的要求越來越高。例如,，地面目標跟蹤及報警系統(tǒng)可協(xié)助家長實現(xiàn)對孩子的監(jiān)控,，孩子若遭遇走失或劫持事件，監(jiān)控中心通過分析手持終端發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)確定孩子所在位置,，以采取相關安全措施,。
1 引言
此外，地面目標跟蹤及報警系統(tǒng)在城市出租車調度,、物流運輸監(jiān)控等領域都有著廣泛的應用前景,。
地面目標跟蹤及報警系統(tǒng)是伴隨著GPS技術和GSM網(wǎng)絡的成熟而發(fā)展起來的。20世紀90 年代初,，GPS技術逐漸興起,，基于GPS的移動跟蹤、監(jiān)控系統(tǒng)開始走向市場,。近年來,，GSM網(wǎng)絡發(fā)展迅速,，其數(shù)據(jù)傳輸能力明顯加強，并且,，GPS技術更加成熟,。2000年5月1日，美國政府宣布取消GPS普通定位的選擇干擾(SA)政策,，這樣,，一般GPS接收機定位精度可以達到25 m。綜合上述,，采用GPS和GSM網(wǎng)絡,，以低功耗ARM微控制器展開設計的地面目標跟蹤及報警系統(tǒng)勢必得到迅猛發(fā)展，市場潛力巨大,。
2 GPS和GSM簡介
全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System,，GPS)是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20年,，耗資200億美
GPS以全天候,、高精度,、自動化、高效益等顯著特點,，廣泛地應用于大地測量,、地質勘探和車輛導航等方面，近年來隨著GPS模塊成本的不斷下降和地面通信系統(tǒng)的不斷發(fā)展,，GSM和GPS技術相結合的系統(tǒng)正如火如荼地向前發(fā)展,。
3 系統(tǒng)的組成結構
地面目標跟蹤及報警系統(tǒng)由手持終端和監(jiān)控中心兩大部分組成，如圖1所示。其中手持終端以ARM微控制器為核心,，通過UART0和UART1分別連接GPS模塊和GSM模塊(發(fā)送),；監(jiān)控中心由PC機和GSM模塊(接收)構成，PC機中安裝的電子地圖軟件用于解析GSM模塊傳來的定位信息,，并精確顯示出被跟蹤目標的具體地理位置,。
4 系統(tǒng)的硬件設計
4.1 手持終端部分
手持終端由ARM微控制器、GPS模塊,、GSM模塊,、按鍵、LCD構成,。其結構如圖2所示,。
手持終端以LPC2210為主控制器，LPC2210是基于實時仿真和跟蹤的16／32位ARM7TDMI-SCPU的微控制器,，并帶有256 KB的嵌入高速Flash存儲器,；128位寬度的存儲器接口和獨特的加速結構，使32位代碼能夠在最大時鐘速率下運行[1],。由于內置了寬范圍的串行通信接口,，從而給硬件設計和軟件移植都帶來了很大的便利。GPS模塊采用日本光電公司的GSU-36,，體積小,，功耗低，抗電磁干擾,，可以同時跟蹤12顆衛(wèi)星。GSM模塊采用BENQ公司的M22,。
LPC2210通過串行口UART0發(fā)送GPS采樣周期的設置,、GPS數(shù)據(jù)類型選擇和通信波特率等控制命令和接收GPS定位信息。通過串行口UART1發(fā)送AT指令實現(xiàn)控制GSM的工作和傳送SMS,。LCD顯示當前的經緯度和時間等信息,，按鍵用來控制是否發(fā)送信號。
4.2 監(jiān)控中心部分
監(jiān)控中心由GSM模塊與PC機組成,。采用OziExplorer作為監(jiān)控中心的電子地圖軟件,，在PC機上安裝完OZI，設置好相關的端口參數(shù),，即可實現(xiàn)將GSM模塊傳送來的定位信息實時顯示在電子地圖上,。
5 系統(tǒng)的軟件設計
手持終端的相關程序用C語言編寫，程序流程如圖3所示,。軟件設計主要包括系統(tǒng)初始化,、GPS數(shù)據(jù)處理、GSM數(shù)據(jù)處理3大部分。
關鍵字：ARM GPS地面目標跟蹤
5.1 系統(tǒng)初始化
系統(tǒng)初始化主要是對串行口的初始化,，包括傳輸幀格式,、波特率的設置。根據(jù)GPS模塊,、GSM模塊的硬件特性,，設置UART0波特率為4 800 b／s、UART1波特率為9 600 b／s,，均無奇偶校驗位,，1位5.2 GPS數(shù)據(jù)處理 GPS模塊接收GPS衛(wèi)星定位信號，判斷其為GPRMC格式,，經解析留下經緯度,、UTC時間等主要信息以待下一步處理，否則繼續(xù)接收GPS衛(wèi)星定位信號,。
GPS模塊輸出的GPS定位信息服從NAME-0183通信標準,。NAME-0183通信標準的輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼，其內容包含了緯度,、經度,、高度、速度,、日期,、時間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息,。語句有6種,，包括GGA、GLL,、GSA,、GSV、RMC和VGT,。本系統(tǒng)用到的是RMC紀錄語句,，它包含了定位系統(tǒng)需要的所有信息。格式舉例：
5.3 GSM數(shù)據(jù)處理
確認有按鍵按下時(啟動鍵盤防抖動程序),，提取存儲的數(shù)據(jù),，轉換成相應的Unicode碼，即符合PDU格式,。然后將最終有效的定位信息發(fā)送至監(jiān)控中心,。
GSM的短信業(yè)務SMS利用信令信道傳輸，它不用撥號建立連接,，把要發(fā)送的信息加上目的地址和其他控制信息發(fā)到短信服務中心,，經短信服務中心完成存儲再轉發(fā)送給目標機,，這種特性適合數(shù)據(jù)遠程傳送。每條短信息容量為140字符,。GSM終端通過串行口控制SMS有三種接入?yún)f(xié)議,，分別是BlockMode、基于AT命令的Text Mode和基于AT命令的PDU Mode,。其中PDU Mode應用最為廣泛,。
本系統(tǒng)采用的是PDU Mode，采用AT命令完成短信息的讀取和發(fā)送,。不同廠家生產的GSM模塊AT命令集會稍有不同,，本系統(tǒng)采用的是BENQ公司的M22模塊，具體可以參考BENQ公司提供的數(shù)據(jù)手冊和《AT命令用戶手冊》等資料,。比如發(fā)送一條消息可以采用AT+CMGS命令,，格式如下：
AT+CMGS=<短信長度>+<回車>+<目的手機號碼>+<回車>+<短信內容>+
系統(tǒng)上電后，ARM微控制器開始執(zhí)行主程序,。在主程序中,，首先進行系統(tǒng)初始化，初始化的內容包括GPS模塊和GSM模塊的基本參數(shù)設置,，然后進入主程序的數(shù)據(jù)處理部分,。
6 系統(tǒng)的實現(xiàn)
6.1 實現(xiàn)步驟與結果
啟動調試軟件ADS，通過實驗板上的JATG接口將編好的源代碼編譯,、燒寫進ARM微控制器,。將監(jiān)控中心GSM模塊上的SIM卡插放到手機中，讓手機充當"臨時監(jiān)控中心",。將手持終端脫機上電運行,，4、5秒后按下實驗板上的中斷觸發(fā)按鈕,，略等片刻,，手機便收到一條來自手持終端的信息，經緯度為3907.9579N,，11713.8762E，而實際精確經緯度為3907.8933N,，11713.8668E,略存在誤差,。
取下手機的SIM卡，放至監(jiān)控中心的GSM模塊上,。開啟PC機上的電子地圖軟件OZI,，設置COM1口的各參數(shù)：波特率4 800 b／s、停止位1,、無奇偶校驗,，以使其與GSM模塊匹配,。再一次上電運行，點擊OZI上的"導航"按鈕,。定位點正好停留在了天津市河東區(qū)天津工業(yè)大學上,，放大地圖，定位點落在了實驗樓所在位置,，地圖窗口下方也實時顯示出了定位點的經緯度數(shù)值和當前時間
6.2 誤差分析
系統(tǒng)調試初步通過,，還得測試其穩(wěn)定性、分析誤差所在,。從實驗結果得出,，定位精度的誤差基本上控制在25 m以
7 結束語
基于ARM微控制器的嵌入式系統(tǒng)能夠完成所需的各種協(xié)議，能夠滿足系統(tǒng)的軟硬件需求,。地面目標跟蹤及報警系統(tǒng)整合了GPS,、GSM技術，利用GSM的SMS功能實現(xiàn)手持終端和監(jiān)控中心之間的數(shù)據(jù)傳送,，以實施對目標的實時定位跟蹤,。在開發(fā)測試中，可明顯感覺到與自建無線數(shù)據(jù)網(wǎng)相比,，其可操作性及實時性有顯著提高,，而且成本較低，結構簡單,，可靠性較高,。