GPS车辆卫星定位模拟系统设计

1.引言
目前车载技术已经非常成熟，它广泛应用于私家车的防盗跟踪，物流用车的调度控制，出租车的电招安防，公交车的智能报站电子站牌等等，而且它价格也变得十分便宜。市场上几百元就能买得到[1]。它的核心技术就是GPS,而电子地又是GPS的灵魂，只有通过它才能实现车辆的定位，当确定了车辆位置之后，通过无线传输把数据发到第三方，这样就可以实现车载定位，根据这种技术，我们建立了一种能够模拟车辆运行的模型，它能通过GPS定位系统确定车辆的位置，通过无线传输系统，把车辆的位置信息发送到控制中心，再有控制中心时发送控制指令给车辆，让车辆到达指定的位置，也就是建立了一种通过GPS/GSM“无人驾驶”车辆系统的模型，当然这种模型是建立在高速公路上的，当司机开上高速公路以后可以通过控制按钮向工作站发出指令，工作站确认后，在告知司机，此后车辆进入“无人驾驶”状态，车的行使由控制中心决定，当到高速公路出口时控制中心会告知司机这时又会把车的驾驶权交还给用户，为了防止意外发生，用户还可以随时中断与控制中心的连接[2]。
本系统模拟了这一模型，把GSM作为数据传输的媒介，用PC机当作是控制中心，用小车代替车辆，在校园里模拟车辆的运行，首先由GPS发出位置信息，再由GSM把信息传送给PC机，经过PC机处理，显示小车在地图上的位置，再由PC机在发出指令，通过GSM把指令传送给小车，小车在执行指令。
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图1. 无人驾驶控制系统模型
2.系统实现理论概述
GPS目前空间卫星星座部分共有二十四颗卫星,其中二十一颗工作卫星,三颗在轨备用卫星。每颗卫星都装有4 台高精度电子钟,为GPS 定位提供高精度的时间标准。用户设备主要由GPS 接收硬件和数据处理软件,以及微处理器及其终端设备组成[3]。
GSM 网络是国内覆盖范围最广，应用最普遍的无线通信网络。它传输速度快，单个数据传输价格便宜，不占用话音，及其双向传输的性能，可方便地实现对于采集站设备的信息采集和远程控制，实现遥控、遥测等。因此，使用GSM是作无线通讯是十分合理的[4]。
3.系统实现方案设计
在设计中使用了Trimble公司的GPS模块用于小车定位，使用了两个西门子公司的GSM模块用于小车和PC机的无线数据传输，通过按键输入完成小车部分的设置，用液晶显示当前的信息，而在PC机上用串口和GSM模块通信，再由基于VB平台所编写的电子地图上显示出来。
4．硬件系统设计
4.1电源稳压部分
本系统的电源为7.5V,而单片机的工作电压为5V,LM7805是5V支流稳压电源芯片片。
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图2 系统电源

4.2  GPS接口电路
    由于51系列单片机的电平为TTL电平，而GPS模块为3.3V供电，所以选用LM1117作为GPS模块的电源，通信部分选用了MAX3232把3.3V的逻辑电平转换成232电平。
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图3 GPS接口电路图

4.3GSM接口电路
在GSM模块的使用中，它的供电范围很宽7.5～24V,而且它的输出电平为232电平这样就可以这接引出串口通信数据线。

4.4 GSM/GPS控制部分
由于我们使用的单片机只有一个串口，这就要我们对串口进行切换，我们选用的是继电器，但由于单片机的I/O口驱动电流很小，继电器不能工作，这样我们采用ULN2003作为驱动，它是反向驱动开路输出达林顿，如图2，我们采用单片机管电流的方式驱动继电器。

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图5 GSM/GPS控制部分
4.5电机控制部分
电机控制部分我们采用继承电机驱动芯片L298,它的性能比较稳定，而驱动电流较大。其电路图如下。
4.6显示部分
     在显示部分我们采用12864液晶，为了使硬件结构简单我们采用了串行方式。
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图6 显示部分
5.软件实现[5]
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图7 小车控制部分流程图
6．结论
本系统实现了GPS车辆定位系统的模拟运行。利用GSM作为数据传输介质，实验小车代替实际车辆，由PC机作为车辆控制中心，对小车位置信息进行处理并指挥小车运动。经过软件测试系统实现了小车位置的采集，而且发出指令也能让小车接收，并执行。
本文作者创新点：将单片机、GPS、GPRS三个技术加以综合，并且合理有效的应用到车辆监控系统中，实现了车辆的实时监控调度，提高车辆的安全性与工作运行效率。该系统已在我校校园巡逻车系统上运行，为学校节省近万元资金。实践证明本系统的通讯功能运行可靠，设计合理。