2024年4月24日发(作者：)

通信与信息处理

Communication

and

Information

Processing

《

自动化技术与应用

》

2020

年第

39

卷第

12

期

基于

GPS/BDS

的通用型目标跟踪器设计

*

杨利

1,

陈柳松

2

,谢永超

「

（

1

.湖南铁道职业技术学院

，

湖南株洲

412000

；

2

.中车株洲所电气技术与材料工程研究院

，

湖南株洲

412000

）

摘要

：

以

STM32

单片机为控制核心

，

设计了一款基于

GPS

（

全球定位系统

）

/BDS

（

北斗卫星导航系统

）

和

GPRS

技术的通用型目标跟

踪器

，

具备实时传输位置信息

、

电源监控

、

电话监听

、

报警求救等功能

，

与监控平台联网

，

可实现对车辆的运行监控

、

孤寡老人

或孩童的防走失

、

宠物的找寻等

。

系统功耗低

、

响应速度快

，

具有很好的实用价值

。

关键词:

GPSsBDSsGPRS.i

标跟踪器

中图分类号:

TP368.1,TN967.1

文献标识码:

A

文章编号:

1003-7241

（

2020

）

012-0069-04

Design

of

Universal

Target

Tracker

Based

on

GPS/BDS

YANG

Li

1

,

CHEN

Liu-song

2

,

XIE

Yong-chao

1

(

1.

Hunan

Railway

Professional

Technology

College,

ZhuZhou

412000

China;

2.

CRRC

ZIC

Research

Institute

of

Electrical

Technology

and

Material

Engineering,

Zhuzhou

412000

China

)

Abstract:

With

STM32

MCU

as

the

control

core,

a

universal

target

tracker

based

on

GPS

(Global

Positioning

System)/BDS

(Beidou

Satellite

Navigation

System)

and

GPRS

technology

is

designed.

It

has

real-time

transmission

location

information,

power

monitoring,

telephone

monitoring,

and

alarm

for

help.

And

other

functions,

networked

with

the

monitoring

platform,

can

achieve

the

monitoring

of

the

operation

of

the

vehicle,

the

loss

of

the

elderly

or

children,

the

search

for

pets,

etc.

The

sys

­

tem

has

low

power

consumption

and

fast

response,

and

has

good

practical

value.

Key

words:

GPS;

BDS;

GPRS;

target

tracker

1

引言

目标跟踪器是一种实时提供跟踪目标位置信息的电

子设备

，

通常可分为车辆跟踪器和个人跟踪器

。

前者通

目标跟踪器的总体结构框图如图

1

所示,系统由

MCU

模块

、

GPS/BDS

接收机模块

、

GPRS

通信模块

、

按键模块

、

显示模块

、

电源模块组成卜役

常用于油罐车

、

运钞车

、

校车等需要严密监控其运行路径

的车辆跟踪

，

后者通常用于孤寡老人

、

智障人士

、

孩童等

特殊人群的防走失

，

此外还有宠物跟踪器等

。

目标跟踪

器除实时发送目标位置信息功能外

，

还应具有报警

、

监

听

、

电压监控等功能

"7

。

本文设计的是一款通用型的目

标跟踪器

，

适用于车辆

、

个人及宠物的跟踪

，

可根据具体

情况进行软硬件增减

。

图

1

总体结构框图

GPS/BDS

接收机模块的作用是向卫星获取位置等

信息

，

并发送给

MCU

模块

,GPRS

通信模块的作用是与

2

总体功能设计

*

基金项目

：

2017

年湖南省教育厅科学研究项目

（

编号

17C1039

）

;

湖南铁

道职业技术学院校级科研创新团队建设项目

（

编号

KYTD201703

）

收稿日期

：

2019-09-17

监控平台进行数据通信

，

显示模块的作用是显示跟踪器

的状态

，

主要用于调试和状态指示;按键模块的作用是重

启跟踪器

、

向监控平台求助报警等

；

电源模块的作用是给

Techniques

of

Automation

&

Applications

|

69

《

自动化技术与应用

》

2020

年第

39

巻第

12

朋

通信与信息处理

Communication

and

Information

Processing

各个模块提供合适的工作电压;

MCU

模块是系统的控制

核心

，

主要作用是获取

GPS/BDS

接收机模块的位置信

3.2

GPRS

通信模块

GPRS(General

Packet

Radio

Service)

是通用分组

息

，

并通过

GPRS

通信模块发送给监控平台

；

获取监控平

台的控制信息

，

进行相应的动作;根据按键模块的动作

,

发送求助短信并拨打报警电话

。

无线服务技术

，

也被称为

2

.

5G

通信技术叫

GPRS

通信模

块采用

SIMCOM

公司的

SIM800C

芯片

，

它具有标准

AT

命令接口

，

可以提供

GSM

语音

、

短消息等业务;有两路串

口

，

方便实现与

MCU

通信;一路音频接口

，

包含麦克风输

3

硬件设计

3.1

GPS/BDS

接收机模块

GPS(Global

Positioning

System)

是全国卫星定位

入和受话器输出

，

便于监听功能的实现

；

一路

SIM

卡接

口

。

与

SIM

相连

。

系统

，

它可以为地球表面绝大部分地区

(98%)

提供准确的

定位

、

测速和高精度的时间标准

，

系统由美国国防部研制

和维护叫

GPS

接收机只要能够获取

24

颗

GPS

卫星中的

3

颗卫星信号，

就能获取准确的三维位置信息

。

BDS(Bei-

Dou

Navigation

Satellite

System)

北斗卫星导航系统,

是中国自行研制的全球卫星导航系统

，

可在全球范围内

全天候

、

全天时为各类用户提供高精度

、

高可靠定位

、

导

U2

GPRS

TXT

R14

]

------

[IK

1

GPRS

RXTlim

==

hK

2

RTS

3

GPPS&S

4

GPPS

PCT

5

GPPS

DTR

6

GPPS

Rl

7

MICP

MICN

航

、

授时服务

，

并具短报文通信能力

，

定位精度已由最初

的

10

米降至

6

米

。

不管是

GPS

还是

BDS,

只需购买合适的接收机

，

就可

以获取准确的位置信息

,

无需额外收费

。

本文中

GPS/BDS

接收机模块选用高灵敏度的

AT-

GM332D

BDS/GPS

双模接收机芯片

,

它支持

GPS

和

BDS

SIM

DEF

14

SIM

DATA

15

SIM

CLK

SIMRST

~TT

SIM

VDD

18

19

20

42

UARTl

TXT

STATUS

41

UART1

RXT

METL1GHT

40

VDD

EXT

UARTl

RTS

VDD

EXT

39

PWYKEY

UARTl

CTS

PWYKEY

38

UARTl

DCT

ADC

UARTl

DTR

GND

UART1~RI

GND

35

GND

VBAT

MICP

VBAT

1

------

VBAT

MICN

GND

SPKP

GSM

ANT

SPKN

GND

~30~

GND

GND

29

SIM

DET

RF

SYNC

~28~

GPRS_RF

SIM

DATA

VRCT

Antenna

SIM

CLK

GND

~26~

SIM

RST

USB

DN

~25

SIM

VDD

USB

DP

~24

GND

USB

VBUS

~23

BA

ANT

UARn

RXT

GND

UART2

_

TXT

~22

首

1

SIM800C

的单系统定位和双系统联合定位

。

ATGM332D

包含

32

个跟踪通道,可以同时接收所有的

GPS

和

BDS

可见卫星

。

GND-||

gnd

t

l

t

AT

B

V

35

V

DD

GND

图

2

GPS/BDS

双模模块电路图

电路如图

2

所示

，

其中

11

脚

RFIN

是接收天线连接

端;

8

脚

nRESET

是芯片的复位信号

，

低电平有效

，

连接至

MCU

模块

；

串口

1

连接至

MCU,

发送位置信

图

3

GPRS

通信模块电路图

电路如图

3

所示

，

从上往下依次为

SIM

卡接口电路

、

号

,波特率默认为

9600bps,

起始位

1

位,数据位

8

位

，

停止

位

1

位

，

无校验位;

3

脚

1PPS

产生

100ms

的定时脉冲

，

可用

SIM800C

主电路

、

麦克风监听电路

。

其中

SIM

卡电路利

用

SIM800C

引脚

VDD_EXT

输出的

2.

8V

稳定电压作为

工作电源

，

采用专用

SIM

卡插座

MOLEX-91228

,

并结合

于

MCU

判断

GPS/BDS

模块是否工作的依据;模块的工

作电源

VDD

为

3.3V

。

70

|

Techniques

of

Automation

&

Applications

通信与信息处理

Communication

and

Information

Processing

《

自动化技术与应用》

2020

年第

39

卷第

12

期

’

;

ST

公司的

ESDA6V1

器件来做静电保护

；

SIM800C

芯片

通过

UART1

与

MCU

进行数据通信;麦克风

MIC

监听周

块供电

。

此夕卜

，

MUC

模瑛

STM32F103

的

6

脚电压

VD

—

DA

需先由

VDD

进行滤波处理

。

+5V

围的语音信号

，

经

输入至

SIM800C

。模块

的工作电源

VBAT

为

4.0V

。

3.3

MCU

模块

MCU

模块选用基于高性能的

ARM

Contex-M3

32

USB

DM

R17

--------------------

L

USB

DP

RI8

r

L

R19

L

「

■

I-5K

4

5

内核的

STM32F103

芯片

：

工作频率为

72MHz,

内置高速

存储器

，

包含

2

个

12

位的

ADC

、

4

个定时器

、

2

个

I2C

和

VCC

R20

r

USB

SPI

接口

、

3

个

U

ART

接口

，

工作电压在

2.0-3.6V

之间,

这些性能能够满足本设计的需求

。

GND«|||-

GND

VDD

VIN

VOUT

C19

4

22pF

4

5

OSC

IN

VDD

GND

，

I

”

C20

卄

72MHz

OSC

OUT

22pF

VDD

VDD

3

OSC

1N/PD0

OSC

OUT/PDI

NRST

VSSA

VDDA

PASWKUP

NRST

VSS

1

STM32F1O3

VSS

3

BOOTO

PB7

PB6

PB5

PB4

PB3

PAIS

PA

14

VDD

2

VSS

2

PAT3

PA

12

PAI1

PA

10

PA9

PAR

VDD

1

36

GND

若

GPRS

RST

33

GPS

RES?

1

32

GPS

I

丽

31

ON/OFF

FB

GND

S-1I12B33MC

卄

luF

GND

C28

=^C27

luF

"

VDD

26

24

USB

DP

23

USR

DM

TT

"2?

VDD

GND

VDD

GND

VDt)A

LI

GPS

RXDI

斗

=C22

=4=C23

丰

C24

0

」

uF

GND

4.7mH

GND

蓝色

-ED

GPS

匕述色

一

ED

GPRS

-ED

MCU

图

4

MCU

模块电路图

具体电路图如图

4

所示

，

包括晶振电路和按键复位电

路

。

其中

STM32

的

UART2

口与

GPRS

模块通信

,UART1

口与

GPS

模块通信,USB

口为程序下载口

。

模块工作电

压

VDD

为

3.3V

。

3.4

按键和显示模块

跟踪器主要用途是被监控,一般体积小巧

，

便于安装

或携带

，

因此一般不带显示屏

。

本文中的显示模块仅由

红

、

绿

、蓝三种颜色的发光二极管构成

，

如图

4

所示

，

其中

4

软件设计

4.1

GPS/BDS

数据格式

ATGM332D支持

NMEA0183

协议的多条语句

，

但由

红色用于指示

MCU

的工作状态,绿色用于指示

GPRS

模

块的工作状态

，

蓝色用于指示

GPS/BDS

模块的工作状

于波特率设置为

9600bps,

如果接受全部语句

MCU

将负

荷过大

,

再者对于跟踪器来说

,

关注的信息主要是包含经

态

。

按键电路也比较简单

，

按下

SW1

发起通话请求

、

按下

SW2

发送定位短信

、

按下

SW3

发出求救信号

。

防止误操

作

,

所有按键需连续按下

5

秒才生效

。

纬度的位置信息

、

时间和日期信息

，

以及接收机的移动速

度

。

因此本设计中只接收

RMC

语句

（

推荐的最简导航传

3.5

电源模块

本设计可采用

USB

5V

电源供电

（

适用于车载跟踪器

）

输数据

）

,

语句格式为

：

$

—

—

RM

C

,

hhmmss

.ss,

A,

ddmm

.

mm

,

a

,

dddmm

.

或蓄电池供电

。

由于各模块的工作电压不同,总电源

VCC

需经三端稳压器

S-1112B33MC

电路转换为

3.

3V

的稳定

电压

VDD

,

供

GPS/BDS

模块和

MCU

模块供电;经

MIC

mm

,

a

,

x

.

x

,

x

.

x

,

xxxxxx

,x.x,a,

a

hh

*

语句的具体含义依次为：

,

$

—

RMC

是语句起始

；

hhmmss.

ss

为

UTC

定位时的时间

，

单位为时分秒

；

Techniques

of

Automation

&

Applications

|

71

29302

电路转换为

4

.

0V

的稳定电压

V

BAT,

供

GPRS

模

《

自动化技术与应用

》

2020

年第

39

卷第

12

期

通信与信息处理

Communication

and

Information Processing

A

为定位状态:取值为

A

代表有效

,

取值为

V

代表无效

,

踪器

、

宠物跟踪器的常用功能,具有很好的通用性。

以高

为纬度值

；

a

为纬度方向

,

取值为

N

代表北纬

,

取值为

S

代表南纬

；

ddmm

.mm

为经度值

；

性能的

STM32

为控制核心

，

系统响应快

，

能够满足特定

情况下高频率的信息传输

,

选取

GPS/BDS

双模接收机模

块

,

能够根据需要自动切换

GPS

或

BDS

信号

，

双重保障定

a

为纬度方向,取值为

W

代表西经

,

取值为

E

代表东经

；

位信号的准确

。

x.x

为对地速度；

X.X

为对地航向；

XXXXXX

为日期

，

单位为日月年

；

X.X

为磁偏角

；

a

为磁偏角方向

；

a

为模式指示

；

*hh

为校验和

；

为回车换行

。

4.2

GPRS

数据格式

GPRS

通信基于标准的

AT

命令

。

监控平台通过

AT

命令

，

可对跟踪器实现电话拨打

、

发送短信

、

监听语音

等功能

。

跟踪器解析

GPS/BDS

接收机信息组成新的数据包

并通过

GPRS

模块发送给监控平台，

例如

，

监控平台收到

如下短信

：

[G,33

08

23.11,

N,

110

16

33.20,E,30m,20Km/

图

6

软件流程图

h,2019/9/5,10

：

10,SOS]

G

or

B

or

V

表示定位状态,

G

：

表示当前

GPS

定位;

B

：

表示当前

BDS

定位;

V

：

表示当前没有定位

；

33

08

23.11,

N

表示位置:北纬

33

度08

分

23.11

秒;

参考文献

：

[1]

向伟

，

王翠丽

，

高磊

，

等.基于

GPS

和

RFID

的定位跟踪

器设计

[J]

•西南民族大学学报

•

自然科学版

,

2013(4)

:

649-654.

110

16

33.20,

E

表示位置:东经

113

度

16

分

33.26

秒

；

30m

表示海拔

30

米

；

10Km/h

表示跟踪器的移动速度

；

2019/9/5

表示当天日期

；

10

：

10

表示当时时间

；

[2]

黄春平.基于

GPS

的幼儿园接送系统

[J].

电子设计工

程

,2017(10):161-164.

[3]

蔡明兵.基于北斗的无人机跟踪目标定位技术研究

[D].

长春

：

中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

,2016(10)

：

10-25.

[4]

毛玉星

，

刘翔宇

，

王唯.一种基于

STM32

单片机的应用

实验平台设计

[J]

.

工业和信息化教育

,2019(8)

：

63-68.

[5]

陈玲.基于

GPS

的成品烟运输跟踪器的开发

[J].

山东交

SOS

表示跟踪器持有人遭遇紧急事件向监控平台发

出求救信息

，

同时也会拨打求救电话

。

4.3

软件流程图

系统的软件流程图如图

6

所示

，

在初始化所有模块

通学院学报

,201

1(6)

：

76-79.

后

，

红色

、

蓝色

、

绿色的指示灯全亮

。当某模块出现故障

后

，

对应的指示灯闪烁

，

提醒使用者检查

。

MCU

开定时

器

，

用来定时接收

GPS/BDS

信息

，

并封装成

GPRS

数据

格式发送给监控平台

；

MCU

开串口中断

1

用来接收监控

[6]

赵晓凤

，

周璟瑜,王邦均

，

林凡强.

STM32

控制下基

GPS

与

GPRS

的轨迹跟踪器

[J]

.

电子器件

,

2015(2)

:156-159.

[7]

刘军涛

，

郝文宁

，

刘玉栋,赵恩来.基于

GPS/GSM

移动目

标跟踪器的手持机设计

[

J]

.

自动化技术与应用

,2011(5

)

：

96-99.

平台发来的

AT

命令;

MCU

还需定时扫描按键状态

，

判断

是否有紧急求助情况

。

作者简介

：

杨利

(1985-),

女

，

硕士研究生

，

讲师

，

研究方向

：

电子信

息

、

电气自动化

。

5

结束语

本文设计的目标跟踪器

,

包含了车辆跟踪器

、

个人跟

72

|

Techniques

of

Automation

&

Applications

通信作者

：

谢永超

(1984-),

男

，

硕士研究生

，

副教授

，

研究方向

：

电

子信息

。