系统的硬件设计

    系统的硬件设计是毕业设计非常重要和关键的一部分，这部分的设计情况将影响到系统功能的实现以及终端的大小与外观。对应于系统所要实现的功能，本系统的硬件设计主要由三部分组成。这三部分分别为GPS接收机部分，单片机控制系统部分和GSM短消息通信部分。通过这三部分的设计连接，单片机系统将实现对定位数据的接收与分类处理以及实现对监控中心的命令的接收与解析，控制整个系统的工作与运行状态。
3.1 GPS定位信号接收部分的设计
3.1.1 GPS定位模块的选择
    在进行硬件设计时，应根据系统的需要来选择适合的硬件。
GPS手持机是利用GPS基本原理设计而成的，体积小巧、携带方便、独立使用的全天候实时定位导航设备。GPS手持机一般没有内置地图，主要利用它来记录行走路线，加强人身及物品的安全。由于它的小巧轻便，GPS手持机可以有很大的适用范围，可以说是应用范围最广的GPS设备。
    在本系统的设计中，GPS接收器是基本的组成部分，由它来接收卫星信号，并且产生定位信息。下面分别介绍GPS接收机的分类与选择。
1．GPS接收机的分类
    GPS接收机可以根据用途、工作原理、接收频率等进行不同的分类。按接收机的用途进行分类可分为导航型接收机，测地型接收机，授时型接收机等；按接收机的载波频率进行分类可分为单频接收机，双频接收机；由于GPS接收机的定位原理多样，应用范围广泛，所以分类方法也多种多样，需要根据实际应用来选择适当的接收机。
2．GPS接收机的选择
    由于本项目开发的是用于人身的GPS系统，所以根据人身的移动性和对精度要求不高的特点，应选择导航型的GPS模块。目前，有很多厂商都能提供GPS OEM板产品，如SiRF、Conexant、Sychip、GARMIN等公司。其中美国GARMIN公司是世界上最著名、深受用户信赖的专业GPS厂家，在GPS的定位、导航领域一直走在世界最前列，在提供各种类型的GPS成品的同时，还提供一系列最经典的GPS OEM板产品。GARMIN的GPS OEM产品的优良的性能既能够满足灵敏度需求，也能够满足动态需求，所以本项目选择GARMIN GPS15L作为GPS定位模块。它为12 通道的GPS 接收机，也就是同时可以跟踪多达12颗GPS 卫星，从而能够快速的定位。GARMIN 的GPS 接收机功耗非常小，数据更新率为每秒一次。
3．GPS15L的技术参数
    GPS15L对电压的要求比较低，在3.3V－5.4V之间均可正常工作，每一秒输出一次定位数据。它的精度指标如表1所示：

表1 GPS15L的精度指标

定位精度 小于15 米（95%）
速度精度 0.05 米/秒RMS（稳定状态）
差分精度 小于5 米（95%）
PPS 精度 ±1 微秒（GPS15 无秒脉冲输出）
速度上限 1850 公里/小时
加速度上限 6G
高度上限 18000 米
    由表1可以看出GPS15L的精度指标和动态性能完全可以满足人身定位的需求。GPS15L的接口为RS232接口，可以很方便的通过计算机进行调试与配置。GPS15L的输出为NMEA0183版本2.00或3.00（可选）的ASCII 码语句，包括：GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG（NMEA 标准语句）；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRMV（GARMIN定义的语句）；输入为初始位置、时间、秒脉冲状态、差分模式、NMEA输出间隔等设置信息。各语句的意义如表2所示：

表2 NMEA0183语句的含义

GPALM 历书信息
GPGGA GPS 定位信息
GPGLL 定位地理信息
GPGSA 当前卫星信息
GPGSV 可见卫星信息
GPRMC 推荐定位信息
GPVTG 地面速度信息
PGRMB 信标差分信息
PGRME 估计误差信息
PGRMF GPS 定位信息
PGRMM 坐标系统信息
PGRMT 工作状态信息
PGRMV 三维速度信息

3.1.2 GPS电子书包模块部分的硬件设计与调试
    GPS15L对电压的适应范围比较广，输入电压的范围在3.3V－5.4V之间即可，所以可以与单片机使用同一电源。它的对外异步串行接口为RS232电平，而且波特率可选为300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400，默认值为4800。与其进行通信和控制的单片机的接口为TTL电平，所以需要对其进行电平转换。对这部分的硬件的设计如图1所示：