1、圣约翰科技大学专题研究结合 Google Map 之自行车行踪记录装置单位：电机系职级：教授姓名：郭政谦执行日期：98 年 05 月 20 日至 99 年 11 月 19 日1目 录一 系统架构与研究方法.031 系统架构032 硬件架构与流程图033 软件接口与流程图12二 计划研究结果.151 硬件测试流程152 软件测试流程163 系统实测16三 结论与未来展望.181 结论182 未来展望18四 参考数据.192摘 要为提升国人的生活质量及身心健康，近年来各县市政府均积极的普设自行车车道，以提供一个合适的健康休闲活动处所，此举使国人在自行车的骑乘比例上，迅速且不断的攀升。同时，基于我国
2、在全球信息产业的领先地位上，积极发展资通讯科技的应用，亦为我国所与推广之要向。基于此，本计划提出一个结合 GPS 卫星定位系统之与 GPRS 无线传输之功能，研发一套自行车之行踪记录与实时通报系统，以利于自行车用户能记录所行经之路线，并透过与Google Map 之结合，做行踪之查询与纪录。此外，用户亦可透过GPRS 模块，达到立即的数据传送，使家人或朋友可以在网络可达之处所，立即的查询自行车用户目前所在之位置，俾利于安全性及实用性之增强。本计划所研制之装置，除可用于自行车使用者，亦可轻易的使用于病人或老人之实时追踪或行踪记录，提供一个方便且实用之平台，为未来之远距医疗，提供一个合适的工具。3
3、一、系统架构与研究方法1 系统架构本计划在自行车上装置了一套系统，结合了 GPS 定位与 GPRS无线传输的功能。GPS 定位系统是将卫星讯号透过一个四对一多任务器将数据储存，GPRS 无线传输则可透过基地台连接因特网将数据传回主机，并可实时监看，使其可记录行车路径，也可实时掌握使用者行踪，以确保使用者安全。G P S 訊號G P R S 訊號基地台I n t e r n e t图 1 系统架构图2 硬件架构与流程图本系统电源使用 12V/1.2A 电池，供给 GPRS 模块使用，电池经由电压转换，转成 5V 及 3V 电源供给微处理器及 GPS 使用，GPS接受讯号传送给多任务器，经由多任务
4、器判断数据是否正确，再经由 GPRS 无线传输，将数据送回基地台，透过因特网将数据传送至主机。如图 2 所示。4图 2 硬件架构图2.1 微处理器单元本计划采用 ATMEL 公司所出产的 AT89C52 微控制器（MCU） ，AT89C52 采用 8051 之核心所制成且具有以下之优点： 内建可重复读写的 8K Bytes 的程序内存（ROM） ，最大可外接至 64K Bytes。 内建 128 Bytes 的数据存储器（ RAM） ，最大可外接至 64K Bytes。 具有 32 个可控制的 I/O 接口，并将 32 个接口分成 4 组。 具有 3 个 16 Bit 计数器/定时器。 具有
5、8 个中断源。 具有全双工的串行传输通讯端口。 低功耗以及省电。除了上述优点之外还具有使用容易、方便取得、售价便宜等优势。5图 3 AT89C52 内部方块图2.2 GPS 单元GPS 采用 Fastrax 公司所生产的 UP300 模块，采用第三代SIRFstar 芯片，拥有绝佳的定位能力、微弱信号抓取与自动追踪功能，可自动侦测使用内建天线或是外接天线，GPS 数据格式采用NMEA 标准格式，可透过 UART 接口传送数据给单芯片。如图 4 所示。6图 4 GPS 模块2.3 GPRS 单元GPRS 采用弋扬科技的（EGD-01-1）模块，采用 SIM300 芯片，该模块能与单芯片透过 UA
6、RT 接口沟通，并针对模块下达 AT 指令使其能够连上 GPRS 网络。表 1 为连接 GPRS 网络所需的指令。表 1 连接 GPRS 网络相关指令表脚本结束字符范例回传间隔回传字符代表意义AT+CSTT=APN 0Dh AT+CSTT=”internet”0Dh 立刻 0Dh0AhOK0Dh0Ah已连上 SIM 卡厂商系统AT+CIICR 0Dh AT+CIICR0Dh 约 1 秒内 0Dh0AhOK0Dh0Ah已连上 GPRS网络AT+CIFSR 0Dh AT+CIFSR0Dh 立刻 0Dh0AhIP 地址0Dh0Ah已取得 IP 地址立刻 0Dh0AhOK0Dh0Ah远程主机联机中AT
7、+CIDSTART=”TCP”,”远程主机 IP 地址”,” 端口号”0DhAT+CIDSTART=”TCP”,”221.120.9.10”,”1234”0Dh不一定约 5-10 秒0Dh0Ah0Dh0AhCONNECT OK0Dh0Ah已联机远程主机AT+CIPSHUT 0Dh AT+CIPSHUT0Dh 立刻 0Dh0AhSHUT OK0Dh0Ah已中断 GPRS网络联机AT+CIPCLOSE 0Dh AT+CIPCLOSE0Dh 立刻 0Dh0AhCLOSE OK0Dh0Ah已中断远程主机联机7AT+CIPSEND 0Dh AT+CIPSEND0Dh 立刻 0Dh0Ah20h 送讯准备完
8、成Message 1Ah Message 1Ah 约 1 秒 0Dh0AhSEND OK0Dh0Ah 成功送出讯息 代表填入一个ASCII 字符IP 地址 代表由 GPRS网络给予的 IP 值，格式为 xxx.xxx.xxx.xxx说 明 所有送到 EDS-01 模块的字符或字符串， EDS-01 模块会将这些字符或字符串重复输出一次例如：送出 AT+CIICR0Dh指令，EDS-01 模块会先响应 AT+CIICR0Dh，再回应0Dh0AhOK0Dh0Ah2.4 数据储存单元Micro SD(Micro Secure Digital)记忆卡为一种闪存，其具有体积小、可重复写入、低功耗、大容量
9、等特性，目前已广泛使用在多种电子器材如手机、数字相机、PDA等，基于上述优点本系统选用Micro SD 为储存装置。数据储存模块采用 Atmega328 芯片所制成，属于开源码之模块，不仅可以自行修改韧体程序，也可以更新韧体，而控制指令也非常简单。本计划选用之 Micro SD 模块可利用 UART 传输接口控制，其控制指令如下表：表 2 Micro SD 模块指令表指令 功能new 建立新档案rm 删除档案ls 查看目录size 显示档案大小8md 建立子目录cat 将 16 进制数据写入档案read 读取档案内容baud 更改鲍率2.5 数据选择单元数据选择单元采用 CD74HC4052E
10、 IC 所完成，CD74HC4052E IC为两组连动的四对一多任务器，用途为切换 GPS 单元、GPRS 单元、数据储存单元与单芯片之间的沟通路径。2.6 硬件成品硬件电路如图 4、5，图 4 为 GPRS 模块，该模块涵盖GSM900/1800/1900 三频寛，支持数据(Data)、传真(Fax)、简讯(SMS)、语音(Voice)传输，并提供串行通讯端口可经由 AT 对模块进行控制，图 5 为 GPS 模块硬件电路，包含微处理器、GPS模块、Micro SD卡、多任务器。9图 5 GPRS 模块图 6 硬件成品图102.7 硬件流程图启动设备之后，设备将进行初始化，判断 GPRS 是否
11、运作，若是 GPRS 运作中，撷取 GPRS 数据及 GPS 数据，判断 GPS 数据是否正确，若是正确，将 GPS 数据写入数据储存模块，判断 GPRS 是否连上因特网，若是，将 GPRS 数据传送回主机。若 GPRS 非运作中，则直接抓取 GPS 数据存入数据储存模块，若 GPS 数据不正确，则一直撷取 GPS 数据直至正确为止，若 GPRS 无连接到因特网，则撷取GPS 数据存入数据储存模块。如图 5 所示。11開始單晶片初始化S D 模組初始化G P R S 開 關 是 否 被 按 下下達 G P R S 連接指令G P S 資 料 是 否 為 正 確擷取 G P S 資料下達寫入 S
12、 D 卡指令將 G P S 資料寫入 S DG P R S 是 否 已 連 接下達 G P R S 資料傳送指令傳送 G P S 資料是否图 7 硬件流程图123 软件接口与流程图3.1 软件接口本系统使用 VB 软件设计一套 dat 转文件成 kml，其接口与操作方法及功能如图 6、图 7、图 8 所示。当 Micro SD 卡数据经计算机读取，开启 VB 程序主页面，点取任务栏上*.dat-*.kml按钮，选取要进行转换的档案，确认档案路径，按下开始转换按钮，转换完毕之后，即可将档案传送至Google Maps 观看路径。若想要实时观看行经路径，在开启 VB 程序主页面时，等待GPRS 模
13、块的连入，便可随时将档案传送至 Google Maps，以观看实时路径图 8 软件主要接口图13图 9 档案转换接口图图 10 确认档案转换接口3.2 软件流程图启动程序，将程序初始化，判断 GPRS 是否联机，若是联机，判断资料是否传入，若有传入，判断此资料是否为第一笔，若是第一笔，建立一个新档案，将 GPS 数据写入，返回判断资料是否有传入。若 GPRS 无联机，等待到 GPRS 联机。若数据没有传入则等待数据传入，若非第一笔数据，则开启档案，将 GPS 数据写入，返回判断数据有无写入。14開始W i n s o c k 初始化等待 G P R S 連線是 否 有 連 線 進 入是 否 有
14、 資 料 傳 入等待資料傳入建立新檔案將 G P S 資料寫入檔案是否否是是 否 為 第 一 筆 資 料開啟檔案否是解析接收到的資料图 11 软件流程图15二、计划研究结果1. 硬件测试流程 GPS 模式1. 插入 SD 卡2. 接上主电源3. 按下 GPS 电源开关4. 黄灯闪烁，GPS 模块接收卫星数据5. 等待黄灯恒亮，GPS 模块定位成功6. 开始记录路径数据7. 结束记录路径数据8. 将 SD 数据取出，转换档案，放到 Google Map 观看路径 GPS+GPRS 模式1. 插入 SD 卡2. 接上主电源3. 按下 GPRS 开关4. 绿灯闪烁，GPRS 联机中5. 等待绿灯恒亮
15、，GPRS 联机完成6. 按下 GPS 电源开关7. 黄灯闪烁，GPS 模块接收卫星数据8. 等待黄灯恒亮，GPS 模块定位成功9. 开始记录路径数据10. 从计算机上面连上 Google Map 直接观看路径11. 结束记录路径数据12. 将 SD 数据取出，转换档案，放到 Google Map 观看路径162 软件测试流程 档案转换1. 将 SD 卡插入计算机2. 开启 VB 程序主页面3. 点取任务栏上的*.dat-*.kml按钮4. 选择要转换的档案5. 确认档案路径，按下开始转换按钮6. 转换完毕，将档案上传至 Google Maps 观看路径 GPRS 纪录路径1. 开启 VB 程
16、序主页面2. 等待 GPRS 模块连入3. 随时将档案传送至 Google maps 观看路径3 系统实测本系统经实际走访，记录由圣约翰科技大学出发，行经淡金路三段，登辉大道，进入淡水市区，直至淡水捷运站之路径，如图 1图 2 所示，实际行经路径与在 Google maps 上所显示之路径完全相符，由此可知本系统可以准确有效的记录下用户的行车路线，由卫星空照图及传统丈量地图都可以撷取到正确的行车路径。17图 1 Google Map 卫星空照图图 2 Google Map 传统丈量地图18三、结论与未来展望1 结论本计划成功运用 GPRS 及 GPS 模块结合 Google Map 完成一套行
17、踪记录装置并进行实测与分析。本系统经实际在自行车上进行测试，将 GPS 及 GPRS 的数据数据传输至 Google Map，测试结果，可以精确记录行车路线，印证了本系统实用性及可靠性。2 未来展望本计划所研究的自行车行踪记录与实时通报系统之研制，经由各种实验数据证实，不论 GPS 卫星定位系统或 GPRS 无线传输系统皆可准确记录行车路径。本计划对 GPRS 和 GPS 系统尚有可改善的空间，因此，对于未来的研究方向有几点建议：1. 可以运用在失智老人身上，加以预防老人走失。2. 本硬件装置体积还是略嫌过大，希望将来可以研发出携带方便的设备。19四、参考文献1. Elliots D. Kap
18、lan,， ”Understanding GPS：Principles and Applications”, Artech House, 19962. Leick, A., GPS Satellite Surveying, John Wiley & Sons, New York, 20043. Cai, Jain and David J. Goodman.” General Packet Radio Service in GSM.” IEEE Communications Magazine 35(10):122-131. 1997.4. Jean-Marie_Zogg,”GPS Basics”
19、, u-blox ag, October 2001 5. Quentin Ladetto, Vincent Gabaglio, Bertrand Merminod, ”Combining Gyroscopes, Magnetic Compass and GPS for Pedestrian Navigation”, Gerdetic Engineering Laboratory, Institude of Geomatics, Swiss Federal Institude of Technology, Lausanne, Switzerland. 6. 黄映瑞、周天颖、穆青云、陈章毅GPS
20、结合GIS 及GPRS 建置车队管理系统之应用 ，第二届数字地球研讨会，中华民国93年5月。7. 黄书猛、张中权、陈韦廷、何宣霈、袁筱GPS辆定位及GPRS回报Web版监控系统 ，台湾地信息学会会暨学术研讨会，中华民国94年。8. 彦志整合GPRSGPS应用于田间车辆行走路径数据传输之基础研究 ，国台湾大学生物产业机电工程学研究所硕士文，中华民国95年6月。209. 张家荣用GPS 卫星研究台湾上空电 层闪烁现象 ，国中央大学太空科学研究所硕士文，中华民国97年6月。10. 陈木良适用于物流业之追踪系统国立成功大学工程科学学系硕士论文，中华民国96年7月。11. 苏仕杰、李瑞卿、李勇霖结合Go
21、ogle Maps 与GPS 之定位系统制作铭传大学计算机与通讯工程学系。12. 洪瑞堂以GPS卫星反射讯号量测湿沙土表面粗糙度 ，国立成功大学地球科学系硕士论文，中华民国97年6月。13. 蔡彰霖交互式计算机游戏结合卫星定位系统之应用研究 ，东海大学资讯工程与科学系硕士文，中华民国98年1月。14. 洪伟峰、刘昭圣、关任辰自行车社群出游互动 ，长荣大学资讯工程学系项目实作成果报告，中华民国99年1月。15. 卓奕全GPS/GSM 整合应用于农用辆走轨迹远程监视系统之初步研究 ，国台湾大学生物产业机电工程学研究所硕士文，中华民国94年。16. 萧保成全球卫星定位系统硬件回仿真 ，国台湾大学电机工程学研究所硕士文，中华民国93年。17. 笙GSM/GPRS无线通信系统于地位置监控之应用 ，国成功大学航空太空工程研究所硕士文，中华民国91年。
