基于GSM/GPS遠程監護系統

任鵬 鄧蕾 曾維 宋東 竇強

【摘要】系統以MSP430F149作為主控制器，應用SIM908模塊通過GPS和GSM實現對目標的遠測監護。通過使用手機發送短信命令控制其定位返回定位信息給，利用百度地圖API可以直觀地監測目標所處位置，同時也可以撥號接通該系統，監聽目標周圍環境聲音信息;系統中設置有報警裝置，激活時會自動給發送報警信息;系統通過GPRS周期性地上傳GPS信息到云端數據庫，實現移動軌跡記錄。系統小型化設計后可以隨身攜帶，防止兒童、老人和寵物走失的發生。

【關鍵詞】MSP430F149;GPS;GSM;遠程監護系統

The remote monitoring system based on GSM/GPS

Abstract：The system uses MSP430F149 as the main controller，using SIM908 module of remote measuring monitoring target through GPS and GSM implementation.Through the use of mobile phones to send text messages to control the positioning command returns the location information to the API，using Baidu maps can be visually monitoring target position，also can dial switch on the system，the environment around the target sound information monitoring;system is arranged in the alarm device，when activated will automatically send alarm information system through the GPRS periodically;GPS upload information to the cloud database，realize the mobile track record.Can carry on system miniaturization design，prevent the occurrence of children，the elderly and pet missing.

Key words：MSP430F149;GPS;GSM;remote monitoring system

1.引言

隨著電子通信技術和微處理器技術的進步，人們的生活越來越智能化，人們的安全意識也在不斷提高，盡管智慧城市被逐漸提上日程，城市的各個角落都布有城市之言——監控設備，但是嬰兒被盜、兒童被拐、老人走丟的事情還是時常發生。人們需要一款能夠實時遠程監護的產品，隨時隨地對目標進行監護。

GPS（Global Positioning System）即全球定位系統，最初由美國軍方開發用于全天候全球性軍事導航服務，它由24顆人造衛星組成，目前其全球信號覆蓋率高達98%，1983年開始GPS服務向民眾開放。

GSM（Global System For Mobile Communications）即全球移動通信系統，是由歐洲電信標準組織ETSI訂制的一個數字移動通信標準，用戶使用時需要插入用戶識別卡（SIM卡），它是目前應用最為廣泛的移動通信標準，其通信設備占據當前全球蜂窩移動通信設備市場90%以上。GSM網絡可以傳送高質量的數字語音和SMS（Short Message Service），目前在中國有兩家通信公司運營，一家是中國移動通信（中國移動）一家是中國聯合通信（中國聯通）。

隨著GSM通信技術的發展和GPS定位系統的升級和解禁，以及GPRS無線數據傳輸的推廣，個人終端定位、遠程監護設備也日趨完善。

圖1 系統框圖

2.系統方案

本系統使用德州儀器公司生產的單片機MSP430F149為核心控制模塊，外加一款集成GPS導航技術的四頻GSM/GPRS模塊的SIM908來實現該系統的主要功能，系統主要包含主控制器、GPS模塊、GSM模塊、GPRS模塊、模擬整合電路和電源模塊六個部分。其工作原理如下：系統通過GSM接收到用戶短信指令把控制器從低功耗狀態喚醒，然后激活GPS模塊定位，控制器通過串口接收GPS定位信息，再通過GSM模塊發送定位信息給用戶，如果必要用戶撥打GSM綁定的身份識別卡號，系統會自動接聽來電以此監聽目標附近聲音信息，同時可以接收短信指令控制其GPRS模塊發送定位信息到云端數據庫，實現其移動軌跡的記錄;另外系統通過整合電路判斷其有危險，會自動向用戶發送報警信息，提示用戶關注其監護對象動態。其系統框圖如圖1所示。

3.系統設計

3.1 模擬調制電路

模擬調制電路主要包括二階語音放大電路和二階巴特沃斯濾波電路。二階放大電路主要作用是把駐極式咪頭采集的微弱聲音信號放大到合適幅值，二階巴特沃斯電路主要作用是調理聲音信號提取人耳能夠接收頻段的聲音信息。

如圖2所示，選用高精度高共模抑制比的雙通道的NE5532運放作為放大器，經過計算，放大倍數設置為6*10倍，把40mV峰峰值的聲音信號放大到2.4V，其中第一級放大電路的輸出經過濾波電路作為GSM模塊語音信號的輸入，第二級輸出到控制器，經過控制器內部ADC采樣處理判斷周圍是否存在危險，由于只需要對交流信號響應，所以必須加隔直電容C7和C8。

圖2 二階放大電路

其仿真結果，由于隔直電容對信號的影響輸出信號和輸入信號存在著π/2相位差，由于系統對信號的延遲要求不高只需保證系統連續響應，所以該結果不會對系統造成影響。

3.2 二階巴特沃斯帶通濾波器

二階巴特沃斯帶通濾波器由高通濾波器和低通濾波器組成，由于人耳所能辨別的聲音主要頻帶為200Hz—8KHz，為了保證聲音信息的完整性，設計的帶通濾波器的同代頻率為200Hz—10KHz，調節反饋電阻選取合適濾波器品質因數保證濾波器在截止頻率附近不會失真。

4.軟件設計

4.1 軟件設計流程

該系統主要程序包括ADC采樣處理、GSM控制和數據交互、GPS數據接收處理部分。ADC采樣處理部分主要是通過處理器內部ADC采樣聲音信號，判斷其周圍環境是否存在危險，ADC數據處理部分是以免環境干擾噪聲引起系統誤操作;GSM控制和數據交互部分主要是處理器通過串口發送AT指令控制GSM模塊收發短信和接聽電話;GPS數據接收處理部分主要是解析GPS數據讀取其中的定位信息，GPS數據協議為NMEA，其中數據格式有GPPRMC、GPGSV、GPGSV和GPGGA等，我們需要對接收到的所有信息進行篩選，解析出需要的定位信息。

4.2 串口通信

MSP430F149處理器自帶兩個串口可以和GSM模塊和GPS模塊通信，UART0為GSM通信接口，UART1為GPS接口，使用時需要根據數據協議對其控制寄存器和模式寄存器進行設置。

4.3 聲音信號處理程序

經過處理器把聲音信息經過處理后判斷有危險，控制器會自動向用戶發送預設置報警信息;當收到用戶發送的定位短信指令時，系統會控制GPS定位并把定位信息通過短信返回給用戶。系統控制GSM發送短信是通過串口發送AT指令以此控制GSM模塊工作來實現的。

4.4 GPS數據解析程序

系統中GPS接收機采樣NMEA0183協議進行通信，返回的數據為一長串字符流，其刷新速度為1赫茲，其數據格式由幀頭、幀內數據和幀尾組成，數據幀不同，其幀頭不同，主要有$GPGGA、$GPGVA和$GPGSA等。該系統中只需要提取出$GPGGA數據幀當中的經緯度信息，進行數據解析時，先要根據幀頭提取$GPGGA數據幀，再根據其固定格式提取出其中的經緯度信息。

5.測試結果與分析

5.1 GPS靜態漂移測試及精度分析

使SIM908處于工作狀態，連續采集100次GPS數據，得到如圖3所示的定位分布圖。通過觀察數據得出，其分布在東經30.67646215o ～30.67646970o，北緯104.13819173o～ 104.13819750 o。

圖3 GPS靜態漂移

誤差分析：由于測試場地為實驗樓，而GPS為全向天線，建筑物對信號的遮擋和反射會對GPS精度造成一定的影響，由實驗數據可知，其經度偏差最大值為0.00000755°，換算成實際距離為0.77640425米，其緯度偏差最大值為0.00000577°，換算成實際距離為0.64458401米，根據勾股定理得出其靜態定位誤差為1.09米。實驗表明，SIM908定位精度滿足系統設計需要。

5.2 系統測試

系統工作過后，使用綁定手機發送Return Position短信命令，利用百度地圖API可以讓系統返回百度地圖API網址，進入網址后能夠直觀地看到系統所在位置，測試結果如圖4所示。

測試結果表明系統能夠及時響應短信指令并及時反饋其精確位置信息，利用百度地圖API服務能夠清除直觀地監護目標位置信息，同時通過撥打電話還能掌握其周邊環境信息，從而實現遠程監護。

圖4 系統測試

6.結束語

該設計方案通過手機短信利用百度地圖API隨時隨地遠程監控目標的精確經緯度信息，同時也可以根據需要監聽目標附近聲音信息，從而實現遠程監護的目的。小型化處理設計過后能夠隨身攜帶，使用非常方便，可以應用到兒童、老人和寵物身上，一旦他們走失，可以通過該系統輕松找到其所處位置，同時也可以應用到汽車防盜等方面。因此具有極大的應用價值和推廣價值。

參考文獻

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基金項目：四川省大學生創新創業訓練計劃項目（編號：01310616036）“GSM/GPS監護系統”。