摘要：目前大多GPS設備只能接收GPS信息,不能實現GPS信息轉發。而本文介紹了一種基于GSM短信模塊的定位跟蹤系統,實現了通過GSM網絡傳輸GPS信息功能。該系統主要由Atmega16單片機、GPS接收機GR-87、以及GSM短信模塊TC35i組成。系統能夠及時準確地將GPS獲得的信息傳送給GPS設備,在緊急情況下能夠實現短信報警。

GPS 作為成熟實用的全球精密測時、測距、導航、定位系統在諸多領域均有廣泛的應用。目前市面多數GPS 設備只有單向通信能力，只能接收GPS信息，而不能將GPS 信息轉發。一旦持有GPS 設備的人員發生意外，他人不能及時了解當事人狀況。而本文設計實現的系統不僅能夠定時接收全球衛星定位信號，并且能通過GSM網絡向未持有GPS設備的用戶按需發送信息；同時在意外發生時能夠及時將包含地理信息的報警短信發送到特定手機號碼進行報警操作。

1 硬件系統設計

基于GSM 短信模塊的定位跟蹤系統硬件系統主要有GPS 信息接收機、單片機控制控制模塊（主機、從機）、信息發送模塊、手機接收測試部分及其他外圍電路組成（見圖1）。GPS 信息接收機接收到的GPS 信息經過串口發送到單片機控制模塊中的主機部分；主機將選擇出來的信息通過同步串行接口（SPI 接口）傳送給MCU 控制模塊的從機部分；從機對信息進行編碼；編碼后的消息經過短信發送模塊發送到指定的手機。

摘要：目前大多GPS設備只能接收GPS信息,不能實現GPS信息轉發。而本文介紹了一種基于GSM短信模塊的定位跟蹤系統,實現了通過GSM網絡傳輸GPS信息功能。該系統主要由Atmega16單片機、GPS接收機GR-87、以及GSM短信模塊TC35i組成。系統能夠及時準確地將GPS獲得的信息傳送給GPS設備,在緊急情況下能夠實現短信報警。

GPS 作為成熟實用的全球精密測時、測距、導航、定位系統在諸多領域均有廣泛的應用。目前市面多數GPS 設備只有單向通信能力，只能接收GPS信息，而不能將GPS 信息轉發。一旦持有GPS 設備的人員發生意外，他人不能及時了解當事人狀況。而本文設計實現的系統不僅能夠定時接收全球衛星定位信號，并且能通過GSM網絡向未持有GPS設備的用戶按需發送信息；同時在意外發生時能夠及時將包含地理信息的報警短信發送到特定手機號碼進行報警操作。

1 硬件系統設計

基于GSM 短信模塊的定位跟蹤系統硬件系統主要有GPS 信息接收機、單片機控制控制模塊（主機、從機）、信息發送模塊、手機接收測試部分及其他外圍電路組成（見圖1）。GPS 信息接收機接收到的GPS 信息經過串口發送到單片機控制模塊中的主機部分；主機將選擇出來的信息通過同步串行接口（SPI 接口）傳送給MCU 控制模塊的從機部分；從機對信息進行編碼；編碼后的消息經過短信發送模塊發送到指定的手機。

圖1 系統硬件邏輯框圖

1.1 定位跟蹤模塊

GPS 全球定位系統包括GPS 網絡和專業的地面接收設備。接收設備可以顯示出當前地理信息、時間信息等；如果將當前的信息發送給信息管理中心，便可以接受管理中心的統一調度。基于GSM短信模塊的定位追蹤系統便是基于后一種理論進行設計實現的。GPS 模塊接收來自GPS 衛星系統的C/A 碼，單片機控制模塊根據信息碼計算得到當前的地理信息位置和時間信息等。GPS 接收模塊的硬件主要包含接收天線、接收機、電平轉換電路以及進行GPS 信息數據處理的單片機控制模塊中的主機部分（見圖2）。

圖2 GPS 接收模塊原理框圖

GPS 接收模塊是系統的信息源。硬件實現過程中采用了型號為GR-87 的GPS 接收模塊。該GPS接收端的主要參數為：默認的發送地理信息的頻率是1HZ,其時間誤差為±0.1s,距離誤差為10 米之內。該型號GPS 接收端的信號輸出電平為TTL 電平，需要外加電平轉換電路。最后使用MAX232芯片及其相關電路來輔助完成串口通信。

1.2 單片機控制模塊

單片機控制模塊采用Atmega16L 芯片作為處理器，對GPS 信息數據進行存儲和處理。本芯片是8 位的AVR 單片機，具有16KB系統內可編程Flash,具有高可靠性、高速度、高性能、低功耗等特點，同時該芯片擁有豐富的外圍引腳以及接口電路，方便系統的設計開發。

該系統用到兩個單片機控制模塊，分別作為系統的主機和從機。單片機控制模塊中的主機部分用于接收GPS 模塊接收到的GPS 信息并對信息進行簡單的處理，篩選出用戶需要的信息，將信息以串行通信方式傳送給從機模塊（見圖3）；從機部分對數據進行編碼，將編碼后信息傳送給GSM 模塊，根據需要GSM 將信息發送到指定號碼。

圖3 SPI 同步串行通信模塊

1.3 GSM 接口

TC35i 模塊是西門子公司推出的一種無線通信模塊，它是集射頻電路、基帶于一體，向用戶提供標準的AT 命令接口，為數據、語音、短信息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸，方便用戶的開發設計及應用。在該系統中TC35i 直接受從機控制，在收到控制信號后，將從機傳送來的信息內容發送給特定的手機號碼。

圖4 GSM 短信息模塊框圖

2 軟件系統設計

軟件設計采用了模塊化的設計方式，系統軟件由一個主程序和若干個子程序構成。主程序負責完成對各個功能模塊（子程序）的調用。系統軟件的其他部分還涉及到單片機與GSM 模塊之間的串行通信、單片機控制模塊中主機和從機間的SPI 模式通信、單片機對GPS 信息的解碼、對GSM-At 指令的編碼等。

主程序功能是：系統開機后對GPS 模塊、GSM模塊初始化，控制主機部分接收來自GPS 接收模塊的GPS 信息，篩選出其中的特定部分存儲，將數據以SPI 通信方式傳給從機；控制從機部分對信息進行編碼并傳送給GSM 模塊。主程序功能框圖如圖5所示。

圖5 軟件系統的流程框圖。

2.1 系統初始化子程序

系統初始化子程序完成設置系統串口波特率、啟動串口、初始化數據存儲單元任務，實現單片機控制模塊、外圍器件以及GSM 模塊的初始化工作。

單片機控制模塊從機部分和GSM 短信模塊進行異步串行通信，需對串口進行設置：

（1）工作方式。

GSM 通信模塊的數據接口配置為8 位數據位、1 位停止位、無校驗位，因此設置單片機的串行口工作方式為異步通信模式。

（2）波特率設定。

Atmega16L 單片機控制系統的晶振為3.6864M,波特率需為9600b/s,所以根據記數初值的計算公式：X=256-fose × （1/384） × 波特率，UBRRL=0x16 （USART 通信）。

2.2 軟件定時程序

系統通過設置16 位定時器1 的寄存器初始值實現定時功能。系統采用頻率為3.6864MHz 的晶振， 機器周期近似為0.3 us , 初始化時預置TCNT1H=0xD4,TCNT1L=0xFF,（FFFFH-D4FFH）×0.3us=3.3ms,因此每3.3ms 中斷一次。流程圖如圖6 所示。

圖6 定時器中斷子程序

2.3 SPI 同步串行通信

使用SPI 主從模式進行通信關鍵是時鐘同步，一般為主機輸出同步時鐘，從機輸入同步時鐘。系統設定主機定時在第5 個時間段時開始發送數據，從機每收到一個字節數據就產生一次SPI 中斷，在中斷程序中將數據取走放到相應的存儲單元。

2.4 單片機給GSM 模塊發送AT 指令程序設計

單片機通過GSM-AT 指令控制GSM 模塊發送短消息。指令執行過程需要單片機與GSM 模塊完成交互應答，每次發送或接收的字節數都有嚴格規定，二者必須依據規定實現數據交換。本段子程序主要實現的功能是系統上電、完成初始化后，將數據形成短信發送到GSM 網。程序的流程圖如圖8所示。

圖7 SPI 串行通信流程圖

在單片機向GSM 模塊發送指令時，需要注意以下問題：

1、AT 指令的指令符號、數據、PDU 數據包等都是以ASCII 編碼形式傳送的；2、需將把手機的短信息工作模式設置為PDU格式，通過指令AT+CMGF=0 完成；3、單片機向手機發送指令需以回車符結束，表示該條指令的結束。如單片機向手機發送AT+CMGF=0這條指令，序列為41H,54H,2BH,42H,4DH,47H,46H,3DH,30H,30H,0DH,最后一個字節0DH（回車符）表示該條指令結束。

圖8 AT 指令程序流程圖

2.5 發送短消息子程序

發送短消息子程序是整個系統程序的核心部分。初始短信息已經經過編碼存放在了存儲器中，當需要發送時，從存儲器中直接提取出來，以ASCII碼的形式進行發送。

發送短消息子程序流程圖如圖9 所示：

圖9 短信息發送程序流程圖

3 總結

GPS 定位信息準確，GSM 網絡覆蓋范圍廣，使用GSM 網絡傳輸GPS 定位信號，汲取了GPS 定位系統的精確性、GSM 網絡費用低廉，短信消息能夠被重發確保被叫方能夠收到的優點，拓展了GPS信號的應用范圍，特別是解決了GPS 設備持有者因發生意外無法及時報警，不能得到及時救治的問題。經過測試，基于GSM 短信模塊的定位跟蹤系統能夠及時準確的將GPS 信息準確的發送到指定的手機號碼；同時可以設置安全距離等信息，當持有GPS 接收設備的人員出了安全范圍，系統會向指定手機時時發送GPS 接收設備的地理位置。

圖1 系統硬件邏輯框圖