基于GPRS業(yè)務的GPS手持式信息傳輸系統(tǒng)

　　前言

　　目前，GPS定位信息傳輸系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用在生產(chǎn)生活的各個領域。警車、出租車、火車、長途運輸車都可以看到它的蹤影。目前存在的這些GPS定位系統(tǒng)的信息傳輸大都是基于手機短信息，即GSM業(yè)務的。雖然它已經(jīng)被廣泛使用，但是這種業(yè)務還存在著一定的缺點：除了費用高之外，它的最大的缺點是延遲時間太長，這有可能產(chǎn)生較大的誤差，甚至可能導致事故發(fā)生。

　　利用中國移動開通的GPRS業(yè)務（General Packet Radio Service，通用無線分組業(yè)務）就可以較為圓滿地解決上述問題。GPRS建立可靠的數(shù)據(jù)鏈路以后，就相當于使用專線直接接入Internet網(wǎng)絡，使用可靠的網(wǎng)絡協(xié)議進行數(shù)據(jù)傳輸，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠和迅捷，同時相對于GSM而言，GPRS的成本費用是按照數(shù)據(jù)量計算的，價格低廉。

　　如今，隨著GPS技術的成熟和中國移動GPRS業(yè)務的推出，使在手持式嵌入式設備中使用基于GPRS的GPS信息傳輸系統(tǒng)成為可能。本文選用了聯(lián)想生產(chǎn)的XP100 PDA作為主機，外部開發(fā)了GPS和GPRS模塊，實現(xiàn)了GPRS/GPS/PocketPC功能三合一。


　　ITrax02模塊

　　ITrax02是FastraX公司生產(chǎn)的GPS接收機。模塊外觀參見圖1：其技術指標如下：

圖1 iTrax02外觀圖


接收機：L1，C/A碼字
更新速率：1Hz（可以用戶配置）
通道：12個
電壓：+2.7V―+3.3V（對VRF和VBB分開供給電壓）
功耗：130mW@2.7V
遵循的協(xié)議：NMEA-0183 V3.0.
尺寸：25.9 25.9 4.6mm（W L H）
重量：4g
選用它基于以下特點：


　　尺寸大小適合手持；

　　功耗相當?shù)停?br />
　　遵循NMEA協(xié)議。其功能框圖見圖2，iTrax02模塊內部集成了兩塊處理器芯片、一片flash及相應的外圍電路。uN8021B，GPS接收機RF 前端處理器，接收RF信號，進行模數(shù)轉換；uN8031B GPS接收機基帶端處理器，實現(xiàn)相應的算法。相關的算法實現(xiàn)程序都集成在了flash里。


圖2 iTrax02功能框圖

　　同時iTrax02模塊給用戶提供了40個引腳的接口，這些接口主要有：

　　串行接口部分：用以傳輸GPS數(shù)據(jù)和主機下發(fā)的命令

　　供電接口部分：VBB和VRF，為iTrax02的兩個處 理器供電

　　RF輸入部分： 天線信號輸入

SPI接口部分：用以對uN8021進行相應的控制
CMS91-900/1800模塊：
CMS91-900/1800模塊是CELLon公司生產(chǎn)的GSM/GPRS接收機
該模塊外觀參見圖3：
該模塊主要的技術指標：


　　圖3 CMS91外觀圖

　　尺寸：35 35 5mm （L M H）

　　重量：10.5g

　　功耗：max:970mW (Talking Time) max:10.59mW(Standby Time)
　　其功能框圖參見圖4：


圖4 CMS91功能框圖

　　該模塊以一個基帶的狀態(tài)機為核心，配合了天線和接收機模塊、FLASH、RAM、電源管理模塊、電源切換模塊、SIM卡接口模塊、揚聲器和耳機接口模塊、麥克風接口模塊、蜂鳴器模塊、LCD和LED接口模塊、背光和鍵盤接口模塊、異步串口、并口、I2C模塊等。同時，該模塊給用戶提供了一個80引腳的插座，提供了以下接口：


雙向異步串口界面

雙向I2C界面

JTAG口

SIM接口

LCD接口

耳機和外部揚聲器接口

蜂鳴器輸出

MIC接口

電池供電接口和電池充電接口

系統(tǒng)構成

　　電源部分：

　　電源部分是關乎到CMS91和iTrax02能否正常工作的關鍵， 選擇芯片必須非常注意。



　　a.PDA設備為整個系統(tǒng)提供電源，同時也可以提供外部的電 源接口，使用隨身攜帶的蓄電池。

　　b.iTrax02模塊需要兩個獨立的電源分別給RF級和BASE級 供電（VBB和VRF），選擇線形電壓調整器件的原則是滿足 iTrax02模塊的功率要求和紋波要求，iTrax02模塊要求電源紋波<0.2mVp-p，否則可能會嚴重影響接收精度；這里選擇了TI公司的Tps77127和ANALOGIC TECH公司的Aat3321。

　　c.通過一個線形電壓調整器件對CMS91供電，為了滿足功率要求，這里選擇了Motorola公司的LM2576。

　　CMS91外圍模塊：將麥克風、耳機和揚聲器、SIM卡都接到相應的CMS91的引腳上去。

　　UART口：CMS91模塊和iTrax02模塊與主機 的通信都是通過3.3V TTL 電平的UART口。PDA對應的串口一般也都是3.3V的，否則需 要加電平轉換芯片。例如，如果使用筆記本電腦作為主機端，必須在串口端加上RS232 轉換芯片。CMS91模塊通過AT命令集與主機進行通訊；iTrax02模塊通 過NMEA 0183協(xié)議 與主機通訊。這些協(xié)議都是需要軟件完成的。

　　天線選擇：強烈建議選用FastraX公司和CELLon公司推薦的天線型號，一般天線是免費贈送的。

　　開發(fā)方法

　　本系統(tǒng)使用了聯(lián)想生產(chǎn)的XP100 PDA產(chǎn)品，Wince操作系統(tǒng)，開發(fā)環(huán)境使用embeded Visual C++，該開發(fā)環(huán)境可以開發(fā)ARM、MIPS、PPC、SH3、SH4、X86em嵌入式CPU。具體開發(fā)方法和編寫Visual C++相同。

　　模塊數(shù)據(jù)格式

　　GPS數(shù)據(jù)格式

　　iTrax02支持NMEA-0183輸出格式。該協(xié)議信息如下：

GGA位置測定系統(tǒng)定位資料
GSV 導航衛(wèi)星資料
RMC導航衛(wèi)星特定精簡資料
VTG 方向及速度等相關資料
由于文章篇幅問題，筆者在這里只以接收GGA數(shù)據(jù)為例，
格式如下：
$GPGGA,hhmmss,dddmm.mmmm,a,dddmm.mmmm,a,x,xx, x.x,x.x,M,,M,x.x,xxxx*CS 例：$GPGGA,033744,2446.5241,N,12100.1536,E, 1,10,0.8,133.4,M,,,,*1F 說明見表1


表1

　　從上面的例子中，我們可讀出位置信息：北緯24度46.5241分，西經(jīng)121度00.1536分格林威治時間：3點37分44秒
　　CMS91-900/1800命令格式

　　可以參考標準的V.25ter AT命令集格式編寫串口程序，這里不再贅述。

　　結束語

　　按照本文給出的技術方案，掌握必要的硬件設計和軟件編程方法，購買相應的手持式數(shù)據(jù)終端（可以是PDA也可以是其他的嵌入式設備，只要具有兩個以上的串口就可以了），就可以實現(xiàn)手持式的全球定位通訊系統(tǒng)。如今隨著全球定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡和移動通信的發(fā)展，將GPS和GPRS結合在一起，既實現(xiàn)了定位，同時又可以實現(xiàn)遠程的控制。