Отслеживание местоположения автомобиля с использованием GPS, GSM и Arduino: схема и программа

В этой статье мы рассмотрим устройство на основе платы Arduino Uno для отслеживания местоположения автомобиля (транспортного средства) с использованием технологий GPS и GSM.

Отслеживание местоположения автомобиля представляет собой процесс определения его GPS координат: широты (Latitude) и долготы (Longitude). Эта функция находит широкое применение в современном мире: в службах такси, транспортных компаниях, для школьных автобусов, для поиска украденных автомобилей и т.д.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
GSM модуль (купить на AliExpress).
GPS модуль (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
Соединительные провода.
Источник питания с напряжением 5 В.

Принципы работы GPS модуля

GPS (Global Positioning System) представляет собой систему глобального позиционирования, с помощью которой можно определить широту и долготу любой точки на Земле, а также точное время в этой точке (UTC time — Universal Time Coordinated). GPS модуль будет основным устройством в нашем проекте. Данный модуль принимает координаты от спутников каждую секунду. Вместе с координатами осуществляется прием времени и даты.

GPS передает данные, идентифицирующие местоположение, в реальном времени. Но вместе с этими данными он передает и очень много других данных в формате NMEA – смотрите приведенный ниже рисунок. NMEA содержит несколько строк (предложений) – нам из всей этой совокупности данных будет нужна всего лишь одна строка. Эта строка начинается с $GPGGA и содержит координаты, время и другую полезную информацию. Эти данные относятся к фиксированным данным глобального позиционирования (Global Positioning System Fix Data).

Мы можем извлечь нужные нам данные из строки $GPGGA при помощи подсчета запятых в строке. К примеру, если вы нашли строку $GPGGA и сохранили ее в массиве, то широта может быть найдена в нем после двух запятых, а долгота – после четырех запятых. После извлечения значения широты и долготы можно поместить в другие массивы.

Приведем пример $GPGGA строки с расшифровкой:

$GPGGA,104534.000,7791.0381,N,06727.4434,E,1,08,0.9,510.4,M,43.9,M,,*47

$GPGGA,HHMMSS.SSS,latitude,N,longitude,E,FQ,NOS,HDP,altitude,M,height,M,,checksum data

В следующей таблице представлен перевод (описание) этих данных GPS.

Идентификатор	Описание
$GPGGA	Фиксированные данные системы глобального позиционирования
HHMMSS.SSS	Время в формате: час минута секунда и миллисекунда
Latitude	Широта (координата)
N	Направление: N=North (север), S=South (юг)
Longitude	Долгота (координата)
E	Направление: E= East (восток), W=West (запад)
FQ	Данные фиксированного качества (Fix Quality Data)
NOS	Номер использованного спутника
HPD	Фактор снижения точности при определении положения в горизонтальной плоскости (Horizontal Dilution of Precision)
Altitude	Высота над уровнем моря
M	Meter (метр)
Height	Height (высота)
Checksum	Данные контрольной суммы

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Контакт Tx (передача) GPS модуля непосредственно подсоединен к цифровому контакту 10 Arduino. С использованием специальной библиотеки для последовательной передачи данных мы можем задействовать последовательную связь на контакте 10, благодаря этому стандартный последовательный порт Arduino на контактах 0 и 1 мы можем задействовать для подключения GSM модуля. Напряжение питания 12 Вольт используется для питания GPS и GSM модулей. Контакты данных ЖК дисплея D4, D5, D6 и D7 подключены к контактам 5, 4, 3 и 2 of Arduino. Контакты управления ЖК дисплея RS и EN подключены к контактам 2 и 3 Arduino, а контакт RW замкнут на землю. Потенциометр используется для установки яркости или контрастности ЖК дисплея.

Плата Arduino используется управления всеми процессами в схеме, включая управление GPS приемником и GSM модулем. GPS приемник используется для определения координат автомобиля, GSM модуль – для передачи координат пользователю при помощи SMS. На ЖК дисплее отображается статус текущих операций или координаты. В нашем проекте мы использовали GPS модуль SKG13BL и GSM модуль SIM900A.

Структурная схема работы устройства показана на следующем рисунке.

Когда наше устройство будет собрано мы можем установить его в автомобиль и подать на него питание. Затем нам необходимо передать SMS “Track Vehicle” на устройство, размещенное на нашем автомобиле. Также мы можем использовать префикс (#) или суффикс (*), к примеру, #Track Vehicle* для того чтобы правильно идентифицировать начало и конец строки.

Принятое сообщение принимается GSM модулем, подсоединенным к системе, и передается затем в Arduino. Плата Arduino считывает его и извлекает из него главное (значащее) сообщение. После этого производится сравнение с заранее определенными (хранящимися в программе) сообщениями. Если фиксируется совпадение, то плата Arduino считывает координаты при помощи извлечения строки $GPGGA из данных, передаваемых GPS модулем. Затем эта строка обрабатывается и данные (координаты автомобиля) передаются пользователю с помощью GSM модуля.

Исходный код программы

В программе первым делом следует подключить необходимые библиотеки и инициализировать контакты для последовательной связи и взаимодействия с ЖК дисплеем. Программная библиотека для последовательной связи (Software Serial Library) позволяет задействовать последовательную связь на контактах 10 и 11 Arduino (мы будем использовать только контакт 10).

#include <LiquidCrystal.h> LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); #include <SoftwareSerial.h> SoftwareSerial gps(10,11); // RX, TX char str[70]; String gpsString=""; ... .... .... ....

Объявленный массив str[70] будет использоваться для хранения принятого сообщения от GSM модуля, а строка gpsString – для хранения строки с GPS данными. char *test=”$GPGGA” будет использоваться для сравнения «правильной» строки, которая будет нам необходима для координат.

После этого в программе необходимо инициализировать порт последовательной связи (стандартный), ЖК дисплей, GSM и GPS модули и показать приветственное сообщение на ЖК дисплее.

void setup() { lcd.begin(16,2); Serial.begin(9600); gps.begin(9600); lcd.print("Vehicle Tracking"); lcd.setCursor(0,1); ... .... .... ....

В функции loop мы будем осуществлять прием сообщения и GPS строки.

void loop() { serialEvent(); if(temp) { get_gps(); tracking(); } }

Функции void init_sms и void send_sms() будут использоваться для инициализации и передачи сообщений. В функции init_sms необходимо использовать правильный 10-значный номер мобильного телефона.

Функция void get_gps() будет использоваться для извлечения координат из принятой строки с данными GPS.

Функция void gpsEvent() будет использоваться для приема GPS данных в Arduino.

Функция serialEvent() будет использоваться для приема сообщений от GSM модуля и сравнения принятого сообщения с заранее определенным сообщением (Track Vehicle).

void serialEvent() { while(Serial.available()) { if(Serial.find("Track Vehicle")) { temp=1; break; } ... ....

Функция инициализации ‘gsm_init()’ используется для инициализации и конфигурирования GSM модуля, где сначала проверяется работоспособен ли GSM модуль и соединен ли он с сетью с помощью ‘AT’ команд. Если модуль ответил OK значит он готов к работе. Система будет проверять GSM модуль до тех пор пока не получит ответ ‘OK’. Затем выключается режим ECHO при помощи передачи ATE0 команды, иначе GSM модуль будет повторять все принятые команды. Затем проверяется доступность сети при помощи команды ‘AT+CPIN?’, если в модуль вставлена SIM карта и на ней присутствует PIN, то модуль ответит +CPIN: READY. Эта проверка будет осуществляться системой до тех пор пока сеть не будет найдена. Более подробно все эти процессы можно посмотреть в представленном видео. Также более подробно процессы взаимодействия GSM модуля с платой Arduino описаны в статье про беспроводную доску объявлений с использованием GSM и Arduino.

Далее представлен полный текст программы.

#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial gps(10,11); // RX, TX на контактах 10 и 11
//String str="";
char str[70];
String gpsString="";
char *test="$GPGGA";
String latitude="No Range      ";
String longitude="No Range     ";
int temp=0,i;
boolean gps_status=0;
void setup() 
{
  lcd.begin(16,2);
  Serial.begin(9600);
  gps.begin(9600);
  lcd.print("Vehicle Tracking");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("    System      ");
  delay(2000);
  gsm_init();
  lcd.clear();
  Serial.println("AT+CNMI=2,2,0,0,0");
  lcd.print("GPS Initializing");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("  No GPS Range  ");
  get_gps();
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("GPS Range Found");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("GPS is Ready");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("System Ready");
  temp=0;
}
void loop()
{
  serialEvent();
  if(temp)
  {
    get_gps();
    tracking();
  }
}
void serialEvent()
{
  while(Serial.available())
  {
    if(Serial.find("Track Vehicle"))
    {
      temp=1;
      break;
    }
    else
    temp=0;
  }
}
void gpsEvent()
{
  gpsString="";
  while(1)
  {
   while (gps.available()>0) // проверка последовательных данных от GPS
   {
    char inChar = (char)gps.read();
     gpsString+= inChar;  //  сохранение данных от GPS в строке gpsString
     i++;
     if (i < 7)                      
     {
      if(gpsString[i-1] != test[i-1])     //проверка на фразу $GPGGA
      {
        i=0;
        gpsString="";
      }
     }
    if(inChar=='\r')
    {
     if(i>65)
     {
       gps_status=1;
       break;
     }
     else
     {
       i=0;
     }
    }
  }
   if(gps_status)
    break;
  }
}
void gsm_init()
{
  lcd.clear();
  lcd.print("Finding Module..");
  boolean at_flag=1;
  while(at_flag)
  {
    Serial.println("AT");
    while(Serial.available()>0)
    {
      if(Serial.find("OK"))
      at_flag=0;
    }
    
    delay(1000);
  }
  lcd.clear();
  lcd.print("Module Connected..");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Disabling ECHO");
  boolean echo_flag=1;
  while(echo_flag)
  {
    Serial.println("ATE0");
    while(Serial.available()>0)
    {
      if(Serial.find("OK"))
      echo_flag=0;
    }
    delay(1000);
  }
  lcd.clear();
  lcd.print("Echo OFF");
  delay(1000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Finding Network..");
  boolean net_flag=1;
  while(net_flag)
  {
    Serial.println("AT+CPIN?");
    while(Serial.available()>0)
    {
      if(Serial.find("+CPIN: READY"))
      net_flag=0;
    }
    delay(1000);
  }
  lcd.clear();
  lcd.print("Network Found..");
  delay(1000);
  lcd.clear();
}
void get_gps()
{
   gps_status=0;
   int x=0;
   while(gps_status==0)
   {
    gpsEvent();
    int str_lenth=i;
    latitude="";
    longitude="";
    int comma=0;
    while(x<str_lenth)
    {
      if(gpsString[x]==',')
      comma++;
      if(comma==2) // извлечение широты из строки (после второй запятой) 
      latitude+=gpsString[x+1];     
      else if(comma==4) // извлечение долготы из строки (после четвертой запятой) 
      longitude+=gpsString[x+1];
      x++;
    }
    int l1=latitude.length();
    latitude[l1-1]=' ';
    l1=longitude.length();
    longitude[l1-1]=' ';
    lcd.clear();
    lcd.print("Lat:");
    lcd.print(latitude);
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print("Long:");
    lcd.print(longitude);
    i=0;x=0;
    str_lenth=0;
    delay(2000);
   }
}
void init_sms()
{
  Serial.println("AT+CMGF=1");
  delay(400);
  Serial.println("AT+CMGS=\"+91**********\"");   // используйте ваш десятизначный номер телефона здесь
  delay(400);
}
void send_data(String message)
{
  Serial.println(message);
  delay(200);
}
void send_sms()
{
  Serial.write(26);
}
void lcd_status()
{
  lcd.clear();
  lcd.print("Message Sent");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("System Ready");
  return;
}
void tracking()
{
    init_sms();
    send_data("Vehicle Tracking Alert:");
    send_data("Your Vehicle Current Location is:");
    Serial.print("Latitude:");
    send_data(latitude);
    Serial.print("Longitude:");
    send_data(longitude);
    send_data("Please take some action soon..\nThankyou");
    send_sms();
    delay(2000);
    lcd_status();
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

198

199

200

201

202

203

204

205

206

207

208

209

210

211

212

213

214

215

216

217

218

219

220

221

222

223

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2);

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial gps(10,11); // RX, TX на контактах 10 и 11

//String str="";

char str[70];

String gpsString="";

char *test="$GPGGA";

String latitude="No Range ";

String longitude="No Range ";

int temp=0,i;

boolean gps_status=0;

void setup()

{

lcd.begin(16,2);

Serial.begin(9600);

gps.begin(9600);

lcd.print("Vehicle Tracking");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" System ");

delay(2000);

gsm_init();

lcd.clear();

Serial.println("AT+CNMI=2,2,0,0,0");

lcd.print("GPS Initializing");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" No GPS Range ");

get_gps();

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("GPS Range Found");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("GPS is Ready");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("System Ready");

temp=0;

}

void loop()

{

serialEvent();

if(temp)

{

get_gps();

tracking();

}

void serialEvent()

{

while(Serial.available())

{

if(Serial.find("Track Vehicle"))

{

temp=1;

break;

}

else

temp=0;

}

void gpsEvent()

{

gpsString="";

while(1)

{

while (gps.available()>0) // проверка последовательных данных от GPS

{

char inChar = (char)gps.read();

gpsString+= inChar; // сохранение данных от GPS в строке gpsString

i++;

if (i < 7)

{

if(gpsString[i-1] != test[i-1]) //проверка на фразу $GPGGA

{

i=0;

gpsString="";

}

if(inChar=='\r')

{

if(i>65)

{

gps_status=1;

break;

}

else

{

i=0;

}

if(gps_status)

break;

}

void gsm_init()

{

lcd.clear();

lcd.print("Finding Module..");

boolean at_flag=1;

while(at_flag)

{

Serial.println("AT");

while(Serial.available()>0)

{

if(Serial.find("OK"))

at_flag=0;

}

delay(1000);

}

lcd.clear();

lcd.print("Module Connected..");

delay(1000);

lcd.clear();

lcd.print("Disabling ECHO");

boolean echo_flag=1;

while(echo_flag)

{

Serial.println("ATE0");

while(Serial.available()>0)

{

if(Serial.find("OK"))

echo_flag=0;

}

delay(1000);

}

lcd.clear();

lcd.print("Echo OFF");

delay(1000);

lcd.clear();

lcd.print("Finding Network..");

boolean net_flag=1;

while(net_flag)

{

Serial.println("AT+CPIN?");

while(Serial.available()>0)

{

if(Serial.find("+CPIN: READY"))

net_flag=0;

}

delay(1000);

}

lcd.clear();

lcd.print("Network Found..");

delay(1000);

lcd.clear();

}

void get_gps()

{

gps_status=0;

int x=0;

while(gps_status==0)

{

gpsEvent();

int str_lenth=i;

latitude="";

longitude="";

int comma=0;

while(x<str_lenth)

{

if(gpsString[x]==',')

comma++;

if(comma==2) // извлечение широты из строки (после второй запятой)

latitude+=gpsString[x+1];

else if(comma==4) // извлечение долготы из строки (после четвертой запятой)

longitude+=gpsString[x+1];

x++;

}

int l1=latitude.length();

latitude[l1-1]=' ';

l1=longitude.length();

longitude[l1-1]=' ';

lcd.clear();

lcd.print("Lat:");

lcd.print(latitude);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Long:");

lcd.print(longitude);

i=0;x=0;

str_lenth=0;

delay(2000);

}

void init_sms()

{

Serial.println("AT+CMGF=1");

delay(400);

Serial.println("AT+CMGS=\"+91**********\""); // используйте ваш десятизначный номер телефона здесь

delay(400);

}

void send_data(String message)

{

Serial.println(message);

delay(200);

}

void send_sms()

{

Serial.write(26);

}

void lcd_status()

{

lcd.clear();

lcd.print("Message Sent");

delay(2000);

lcd.clear();

lcd.print("System Ready");

return;

}

void tracking()

{

init_sms();

send_data("Vehicle Tracking Alert:");

send_data("Your Vehicle Current Location is:");

Serial.print("Latitude:");

send_data(latitude);

Serial.print("Longitude:");

send_data(longitude);

send_data("Please take some action soon..\nThankyou");

send_sms();

delay(2000);

lcd_status();

}

Необходимые компоненты

Принципы работы GPS модуля

Работа схемы

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Похожие статьи

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий