基于GPS和GSM的車輛智能定位與跟隨研究*

于文泰，段敏，白松讓，楊曉麗，鄭蘇

（遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001）

前言

隨著“中國制造2025”和“互聯網+”戰略的實施，汽車尤其是新能源汽車制造進入了高速增長期，汽車逐漸成為人們日常生活中重要的出行工具，與此同時在城市道路尤其是在無信號燈十字交叉口造成的交通擁擠現象頻頻發生，因此在城市道路進行多車定位于跟隨成為了研究熱點[1-2]。基于全球定位系統（GPS）和全球移動通信系統（GSM）的實時定位和無線傳輸特性[3]，開發了一種多車智能定位與跟隨控制系統，對采集到的前車地理位置信息進行解析組包成短消息并通過遠程無線網絡傳輸到跟隨車控制系統上，為跟隨車主提供準確可靠的前車位置服務，及時提醒跟隨車主進行有序行駛，提高道路通行效率。

1 系統總體結構

本系統設計在前后車上安裝跟隨控制系統硬件平臺，前車的硬件平臺采用STM32微控制器作為主控芯片，基于GPS定位技術對行駛工況下的前車采集其地理位置信息，并送STM32對GPS信息幀進行解析、提取、轉換等運算處理后，重新組包為短消息格式的定位信息，將該定位信息通過中國移動通信GSM網絡無線傳輸到跟隨車硬件接收平臺上，進行解析前車定位信息并顯示到液晶顯示屏上，系統總體結構框圖如圖1所示。系統硬件平臺主要包括STM32微控制器最小系統電路、GPS地理位置信息采集電路、系統供電電路、GSM遠程無線通信電路、串口調試電路等各個具體功電路。

圖1 系統總體結構框圖

2 系統硬件設計

系統硬件中的GSM電路為直流（DC）5V供電、GPS模塊和STM32微控制器為直流3.3V供電，考慮到汽車行駛狀態下提供12V直流電源的工況，采用車載12V電源進行DC-DC穩壓出5V和3.3V，設計中通過LM2596S-5.0芯片穩壓出5V，該芯片具有3A輸出電流，最大到40V的寬電壓輸入特性[4]，完全滿足GSM模塊中射頻器件的供電，同時將穩壓出的5V作為XC6206-3.3V芯片的輸入電壓，輸出得到GPS模塊和STM32所需的3.3V電壓。系統供電電路原理圖如圖2所示。

在本系統中基于UBLOX NEO-7M GPS模塊設計了前車定位信息采集電路，該模塊是采用低功耗主芯片設計的超小型GPS接收模組，定位準確，最大更新速率達到10 Hz，適用于汽車跟蹤定位、汽車物聯網、自動駕駛等領域。模塊上電后，通過有源天線自動搜索衛星，然后通過NMEA-0183標準GPS接收機輸出協議解析出所定位汽車的經緯度信息、海拔、航向、速度、用于定位的衛星數、可見衛星數、 UTC時間等信息[5]。設計中GPS模塊通過串行通信接口（UART2）與STM32微控制器進行物理連接，該電路如圖3所示。

圖2 系統供電電路原理圖

圖3 GPS定位信息采集電路原理圖

3 系統軟件設計

系統軟件采用嵌入式C語言在MDK-ARM 集成開發環境中進行編寫代碼，然后編譯成二進制機器碼文件，運行于STM32微控制器上。在前車上的軟件主要包括：初始化模塊、GPS定位信息采集模塊、GSM短信組包發送模塊等；跟隨車上的軟件主要包括：初始化模塊、GSM短信接收模塊、GPS數據解析和顯示模塊等。前車采集發送和跟隨車接收、解析、顯示等兩部分軟件總體流程圖如圖4所示。

圖4 前車與跟隨車軟件總體流程圖

4 系統測試和分析

系統硬件平臺已制作完畢并進行前后車跟隨調試，當前車車進入行駛狀態時，此時采集GPS定位信息與實際的定位相比，誤差在1～2米范圍內， 同時GSM網絡無延遲，跟隨車能及時收到前車發來的信息并解析同時顯示在串口小助手上如圖5所示，達到了設計目的。

圖5 系統測試GPS定位信息解析圖

5 結論

基于GPS和GSM技術的實時定位和遠程無線傳輸特性，開發了一種多車智能定位與跟隨控制系統，對采集到的前車地理位置信息進行解析組包成短消息并通過遠程無線網絡傳輸到跟隨車控制系統上，為跟隨車主提供準確可靠的前車位置服務，及時提醒跟隨車主進行有序行駛，提高道路通行效率，具有一定的工程應用價值。