基于GPS的野生动物跟踪系统数据获取和传输方法研究

发布时间：2017-07-30 09:30

  本文关键词：基于GPS的野生动物跟踪系统数据获取和传输方法研究

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【摘要】：目前,我国原产濒危野生动物120多种,重点保护野生动物257种,动物保护的关键在于野生动物的栖息环境的保护,因此对野生动物日常活动范围的确定就显得格外重要。传统的人工跟踪野生动物的方法费时费力,而且对工作人员的生命安全造成极大的威胁,针对这一问题,本文设计了基于卫星定位技术与通讯技术结合的野生动物跟踪系统。这种跟踪器系统是通过GPS模块获得野生动物位置信息,再通过通讯模块将采集数据定时的传输回到服务器端,最后通过基于GIS的动物轨迹显示系统将获取数据进行分析与显示。主要内容如下：(1)设计了两种跟踪器,一种是基于GPRS/GSM手机信号的GPS跟踪器,另一种是基于Globalstar全球星通讯系统的GPS跟踪器。分别使用MSP430F149单片机,NEO-6M模块、DS1 8820传感器和PCF8563作为跟踪器的控制单元、GPS模块、温度传感器和实时时钟模块。在通讯模块方面,基于手机信号和全球星的跟踪器分别选择SIM900A和STX2模块。通过对各个模块的电源电路和接口电路设计完成了跟踪器的硬件组成部分。(2)分别对NEO-6M、SIM900A、STX2的NEMA协议与UBX协议、AT指令、串行包命令的格式与命令内容进行了研究。结合这些命令,利用跟踪器的控制程序对耗电量较大的GPS模块NEO-6M、SIM900A和STX2的工作模式进行了在不同情况下的合理选择,并且对所采集数据进行合理的压缩处理和定时发送,在大部分时间里各模块处于休眠或掉电状态,从而达到了跟踪器的低功耗设计。(3)对基于GPRS/GSM手机信号的GPS跟踪器实现了远程短信控制的功能,完成对发送时间间隔、数据类型等选择的功能。(4)开发了基于Openscales的电子地图。实现了地图基本操作、导航工具栏、图层加载、双屏联动、图层切换和动物轨迹绘制等基本方法。经过模拟实验表明,本文设计的跟踪器系统成功的将采集数据压缩,并以短信形式发送到手机中去,能够完成野生动物跟踪信息与传感器数据发送的功能,达到本设计的要求。
【关键词】：跟踪器 低功耗 GPS GSM/GPRS 全球星 Openscales STX2
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S863;P228.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 1. 绪论12-17
• 1.1. 研究背景及意义12-13
• 1.2. 国内外研究现状13-16
• 1.2.1. 国外动物跟踪器研究现状13
• 1.2.2. 国外商业跟踪器使用方法13-14
• 1.2.3. 国外动物跟踪器组成部分14-15
• 1.2.4. 动物跟踪器在我国的使用15-16
• 1.3. 本文的主要工作16-17
• 1.3.1. 跟踪器终端硬件的设计与实现16
• 1.3.2. 跟踪器终端软件的设计与实现16
• 1.3.3. 系统服务器端软件的设计与实现16-17
• 2. 野生动物跟踪系统综述17-26
• 2.1. 系统涉及的关键技术17-24
• 2.1.1. GSM数据传输技术17-18
• 2.1.2. GPRS数据传输技术18-20
• 2.1.3. Globalstar全球星通讯系统20-23
• 2.1.4. 全球卫星定位系统23-24
• 2.2. 跟踪器的基本组成与实现功能24-26
• 2.2.1. 跟踪器的基本组成24-25
• 2.2.2 跟踪器主要实现的基本功能25-26
• 3. 基于GSM/GPRS的跟踪器设计26-50
• 3.1. 基于GSM/GPRS跟踪器的硬件设计26-36
• 3.1.1. MCU介绍及电路原理图26-27
• 3.1.2. MSP430F149低功耗模式27-28
• 3.1.3. GPS模块介绍及电路原理图28-29
• 3.1.4 NEO-6M模块的启动模式29
• 3.1.5. NEO-6M模块的工作模式29-30
• 3.1.6. GSM/GPRS模块介绍及电路原理图30-32
• 3.1.7. SIM900A模块的工作模式32-33
• 3.1.8. SIM900A模块的功耗情况33
• 3.1.9. 时钟模块介绍及电路原理图33-35
• 3.1.10. 各模块接口原理图35-36
• 3.2. 各模块的上电初始化36-40
• 3.2.1. NEMA协议格式说明37
• 3.2.2. GPS模块NEO-6M的输出信息选择37-38
• 3.2.3. UBX协议格式说明38
• 3.2.4. GPS模块的初始化命令38-39
• 3.2.5. 时钟模块PCF8563的初始化39-40
• 3.2.6. 时钟模块MSP430F149的初始化40
• 3.2.7. 模块SIM900A的初始化40
• 3.3. 数据的获取和压缩40-42
• 3.3.1. DS18B20温度传感器数据的获取40
• 3.3.2. NEMA协议GGA与RMC消息解析40-41
• 3.3.3. 观测数据压缩方法41-42
• 3.4. 数据的存储与发送42-45
• 3.4.1. 数据的存储机制43
• 3.4.2. SIM900A通讯的初始化准备43-44
• 3.4.3. SIM900A数据发送AT指令44-45
• 3.5. 主程序的功能实现45-48
• 3.5.1. 跟踪模式45-46
• 3.5.2. 追踪模式46
• 3.5.3. 短信远程控制46
• 3.5.4. 程序流程图46-48
• 3.6. 功耗估计48-50
• 4. 基于Globalstar通信卫星的跟踪器设计50-61
• 4.1. Globalstar通信卫星模块STX2特征描述50-55
• 4.1.1. STX2数据传输协议51-52
• 4.1.2. STX2模块的工作模式52-53
• 4.1.3. STX2模块的串行包命令格式53-54
• 4.1.4. STX2模块的常用串行包命令54
• 4.1.5. STX2模块的配置参数54-55
• 4.2. 基于Globalstar通信卫星跟踪器的硬件设计55-57
• 4.2.1. 电源电路设计55-57
• 4.2.2. 天线安装的注意事项57
• 4.3. 基于Globalstar通信卫星跟踪器的功能实现57-60
• 4.3.1. 数据的压缩57-58
• 4.3.2. 串行包命令发送过程58
• 4.3.3. 程序流程图58-60
• 4.4 功耗估计60-61
• 5. 基于GIS的服务器端软件的设计与实现61-72
• 5.1 Flex Builder开发平台简介61-62
• 5.2 OpenScales前台地图框架类库62-63
• 5.3 天地图瓦片数据的加载格式63-64
• 5.4 GIS系统实现功能64-72
• 5.4.1. 地图布局64-65
• 5.4.2. 地图基本操作的实现65-66
• 5.4.3. 地图导航工具栏66-67
• 5.4.4. 地图双屏联动67-68
• 5.4.5. 地图切换工具栏68-69
• 5.4.6. 比例标尺与经纬度69
• 5.4.7 天地图数据的加载69-70
• 5.4.8. 动物运动轨迹绘制70-72
• 6. 野生动物跟踪系统的测试及结果分析72-75
• 结论与展望75-77
• 结论75
• 展望75-77
• 参考文献77-81
• 附录A 跟踪器相关电路图81-83
• 作者简历83-85
• 学位论文数据集85

【参考文献】

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本文编号：593590