基于GSM/GPS远程监护系统

【摘要】系统以MSP430F149作为主控制器，应用SIM908模块通过GPS和GSM实现对目标的远测监护。通过使用手机发送短信命令控制其定位返回定位信息给，利用百度地图API可以直观地监测目标所处位置，同时也可以拨号接通该系统，监听目标周围环境声音信息;系统中设置有报警装置，激活时会自动给发送报警信息;系统通过GPRS周期性地上传GPS信息到云端数据库，实现移动轨迹记录。系统小型化设计后可以随身携带，防止儿童、老人和宠物走失的发生。

【关键词】MSP430F149;GPS;GSM;远程监护系统

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

随着电子通信技术和微处理器技术的进步，人们的生活越来越智能化，人们的安全意识也在不断提高，尽管智慧城市被逐渐提上日程，城市的各个角落都布有城市之言――监控设备，但是婴儿被盗、儿童被拐、老人走丢的事情还是时常发生。人们需要一款能够实时远程监护的产品，随时随地对目标进行监护。

GPS（Global Positioning System）即全球定位系统，最初由美国军方开发用于全天候全球性军事导航服务，它由24颗人造卫星组成，目前其全球信号覆盖率高达98%，1983年开始GPS服务向民众开放。

GSM（Global System For Mobile Communications）即全球移动通信系统，是由欧洲电信标准组织ETSI订制的一个数字移动通信标准，用户使用时需要插入用户识别卡（SIM卡），它是目前应用最为广泛的移动通信标准，其通信设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场90%以上。GSM网络可以传送高质量的数字语音和SMS（Short Message Service），目前在中国有两家通信公司运营，一家是中国移动通信（中国移动）一家是中国联合通信（中国联通）。

随着GSM通信技术的发展和GPS定位系统的升级和解禁，以及GPRS无线数据传输的推广，个人终端定位、远程监护设备也日趋完善。

图1 系统框图

2.系统方案

本系统使用德州仪器公司生产的单片机MSP430F149为核心控制模块，外加一款集成GPS导航技术的四频GSM/GPRS模块的SIM908来实现该系统的主要功能，系统主要包含主控制器、GPS模块、GSM模块、GPRS模块、模拟整合电路和电源模块六个部分。其工作原理如下：系统通过GSM接收到用户短信指令把控制器从低功耗状态唤醒，然后激活GPS模块定位，控制器通过串口接收GPS定位信息，再通过GSM模块发送定位信息给用户，如果必要用户拨打GSM绑定的身份识别卡号，系统会自动接听来电以此监听目标附近声音信息，同时可以接收短信指令控制其GPRS模块发送定位信息到云端数据库，实现其移动轨迹的记录;另外系统通过整合电路判断其有危险，会自动向用户发送报警信息，提示用户关注其监护对象动态。其系统框图如图1所示。

3.系统设计

3.1 模拟调制电路

模拟调制电路主要包括二阶语音放大电路和二阶巴特沃斯滤波电路。二阶放大电路主要作用是把驻极式咪头采集的微弱声音信号放大到合适幅值，二阶巴特沃斯电路主要作用是调理声音信号提取人耳能够接收频段的声音信息。

如图2所示，选用高精度高共模抑制比的双通道的NE5532运放作为放大器，经过计算，放大倍数设置为6*10倍，把40mV峰峰值的声音信号放大到2.4V，其中第一级放大电路的输出经过滤波电路作为GSM模块语音信号的输入，第二级输出到控制器，经过控制器内部ADC采样处理判断周围是否存在危险，由于只需要对交流信号响应，所以必须加隔直电容C7和C8。

图2 二阶放大电路

其仿真结果，由于隔直电容对信号的影响输出信号和输入信号存在着π/2相位差，由于系统对信号的延迟要求不高只需保证系统连续响应，所以该结果不会对系统造成影响。

3.2 二阶巴特沃斯带通滤波器

二阶巴特沃斯带通滤波器由高通滤波器和低通滤波器组成，由于人耳所能辨别的声音主要频带为200Hz―8KHz，为了保证声音信息的完整性，设计的带通滤波器的同代频率为200Hz―10KHz，调节反馈电阻选取合适滤波器品质因数保证滤波器在截止频率附近不会失真。

4.软件设计

4.1 软件设计流程

该系统主要程序包括ADC采样处理、GSM控制和数据交互、GPS数据接收处理部分。ADC采样处理部分主要是通过处理器内部ADC采样声音信号，判断其周围环境是否存在危险，ADC数据处理部分是以免环境干扰噪声引起系统误操作;GSM控制和数据交互部分主要是处理器通过串口发送AT指令控制GSM模块收发短信和接听电话;GPS数据接收处理部分主要是解析GPS数据读取其中的定位信息，GPS数据协议为NMEA，其中数据格式有GPPRMC、GPGSV、GPGSV和GPGGA等，我们需要对接收到的所有信息进行筛选，解析出需要的定位信息。

4.2 串口通信

MSP430F149处理器自带两个串口可以和GSM模块和GPS模块通信，UART0为GSM通信接口，UART1为GPS接口，使用时需要根据数据协议对其控制寄存器和模式寄存器进行设置。

4.3 声音信号处理程序

经过处理器把声音信息经过处理后判断有危险，控制器会自动向用户发送预设置报警信息;当收到用户发送的定位短信指令时，系统会控制GPS定位并把定位信息通过短信返回给用户。系统控制GSM发送短信是通过串口发送AT指令以此控制GSM模块工作来实现的。

4.4 GPS数据解析程序

系统中GPS接收机采样NMEA0183协议进行通信，返回的数据为一长串字符流，其刷新速度为1赫兹，其数据格式由帧头、帧内数据和帧尾组成，数据帧不同，其帧头不同，主要有$GPGGA、$GPGVA和$GPGSA等。该系统中只需要提取出$GPGGA数据帧当中的经纬度信息，进行数据解析时，先要根据帧头提取$GPGGA数据帧，再根据其固定格式提取出其中的经纬度信息。

5.测试结果与分析

5.1 GPS静态漂移测试及精度分析

使SIM908处于工作状态，连续采集100次GPS数据，得到如图3所示的定位分布图。通过观察数据得出，其分布在东经30.67646215o ～30.67646970o，北纬104.13819173o～ 104.13819750 o。

图3 GPS静态漂移

误差分析：由于测试场地为实验楼，而GPS为全向天线，建筑物对信号的遮挡和反射会对GPS精度造成一定的影响，由实验数据可知，其经度偏差最大值为0.00000755°，换算成实际距离为0.77640425米，其纬度偏差最大值为0.00000577°，换算成实际距离为0.64458401米，根据勾股定理得出其静态定位误差为1.09米。实验表明，SIM908定位精度满足系统设计需要。

5.2 系统测试

系统工作过后，使用绑定手机发送Return Position短信命令，利用百度地图API可以让系统返回百度地图API网址，进入网址后能够直观地看到系统所在位置，测试结果如图4所示。

测试结果表明系统能够及时响应短信指令并及时反馈其精确位置信息，利用百度地图API服务能够清除直观地监护目标位置信息，同时通过拨打电话还能掌握其周边环境信息，从而实现远程监护。

图4 系统测试

6.结束语

该设计方案通过手机短信利用百度地图API随时随地远程监控目标的精确经纬度信息，同时也可以根据需要监听目标附近声音信息，从而实现远程监护的目的。小型化处理设计过后能够随身携带，使用非常方便，可以应用到儿童、老人和宠物身上，一旦他们走失，可以通过该系统轻松找到其所处位置，同时也可以应用到汽车防盗等方面。因此具有极大的应用价值和推广价值。

参考文献

[1]王晶，商春鹏，郑文华.基于GPS/GSM车载监控系统的应用研究及嵌入式终端实现[J].测绘科学，2009，34（6）：254-255.

[2]杜鹃，尹文庆，钱燕，等.基于GPS和Google Earth的车辆远程定位监测系统的设计[J].测控技术，2013，32（7）：23-26.

[3]田野，熊鸣，李靖威.基于 GPS&GSM 的便携式定位装置的设计与实现[J].新校园，2013（10）：19-20.

基金项目：四川省大学生创新创业训练计划项目（编号：01310616036）“GSM/GPS监护系统”。