基于GPS和GPRS數據傳輸系統研究與設計

路 朋， 謝麗蓉， 毛增闖， 常一峰， 胡婷婷

(1.新疆大學 電氣工程學院，新疆 烏魯木齊 830047; 2.江蘇蘇科暢聯科技有限公司,江蘇 南京 211112)

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·計算機技術應用·

基于GPS和GPRS數據傳輸系統研究與設計

路 朋1， 謝麗蓉1， 毛增闖2， 常一峰1， 胡婷婷1

(1.新疆大學 電氣工程學院，新疆 烏魯木齊 830047; 2.江蘇蘇科暢聯科技有限公司,江蘇 南京 211112)

針對煤礦復雜環境下現場數據不易采集、數據缺失等問題，利用實驗室實訓平臺，給出一種把GPS和GSM/GPRS網絡定位集成在一起的基于GPS和GPRS的數據傳輸定位系統設計，實現了數據不間斷傳輸。描述了硬件設計，包括主控STM32F103電路、GPS模塊NEO-6M外圍電路、GPRS模塊SIM900A外圍電路、電源模塊電路等；完成了軟件設計，包括程序的編制與調試；實現了接打電話、收發短信、GPS顯示經緯度等設計。測試結果表明，系統運行穩定，顯示效果良好。

GPS； GSM/GPRS； STM32； 數據傳輸

0 引 言

GPS的定位系統在天氣不佳時，特別在高架橋下、高樓邊角和隧道等地，其定位效果會受到相當大的影響，甚至無法進行定位[1]。從工控領域來講，由于存在需要監控的區域廣、監控的對象種類繁多的原因，因而需要花費大量的人力、物力和財力進行設備的維護，同時存在許多條件惡劣、人們不易到達或不能時刻停留的地方需要偶爾采集一些現場數據，如果進行大量的布線工作則是不經濟、不合理，為了解決以上問題，文獻[2]運用GPRS網絡實現對公交車輛的定位和監控，文獻[3-5]運用GPS實現數據采集與分析并實現系統設計。

本文設計的基于GPS和GPRS數據傳輸定位系統總體設計，分為硬件和軟件設計，硬件設計主要包括主控STM32F103硬件設計、GPS模塊NEO-6M外圍電路設計、GPRS模塊SIM900A外圍電路設計、電源模塊電路等設計；軟件設計主要包括主界面顯示、打電話發短信界面顯示、GPS測試界面顯示、GPRS測試界面顯示等設計。各模塊之間通過串口發送數據，其中，主控和NEO-6M、SIM900A之間則用2個串口連接，對于主控而言，一端接收另一端發送。而NEO-6M則通過現成的制作精良的有源天線來接收來自衛星的信號，SIM900A通過天線發送數據到INTERNET。經現場調試實現了接打電話、收發短信、GPS顯示經緯度等設計，設計出的人機界面環境友好，使用方便[6-7]。

1 總體方案設計

系統采用SIMCOM公司生產的SIM900A作為GPRS模塊，STM32F103RBT6作為主控芯片，Ublox公司生產的NEO-6M作為GPS模塊。各模塊之間通過串口發送數據[8-9]，其中，主控和NEO-6M之間通過STM32的串口2來傳輸信息，而主控和SIM900A之間則用串口1，對于主控而言，一端接收另一端發送。而NEO-6M則通過現成的制作精良的有源天線來接收來自衛星的信號，SIM900A通過天線發送數據到INTERNET，總體設計如圖1所示。

圖1 總體設計原理框圖

2 硬件電路設計

2.1 主控STM32F103硬件設計

STM32F103RBT6是64腳的LQFP封裝，可以直接手工焊接。其中，對應的電源管腳都要就近接上至少一個0.1 μF的電容，起到旁路保護芯片的作用；晶振采用8M無源晶振，內部經9倍頻后變為72 MHz供MCU工作；另外在PB13腳外接一個貼片LED，供測試用。

BOOT0和BOOT1的設置：BOOT0和BOOT1全部通過一個10 kΩ電阻接地，確保其啟動區域為正常模式下的用戶閃存區域。BOOT0和BOOT1的設置如表1。

表1 BOOT0和BOOT1的設置

下載口原理圖如圖2所示，可以利用該接口通過JTAG口、串口進行下載程序。

圖2 下載接口原理圖

2.2 GPS模塊NEO-6M外圍電路設計

由于GPS模塊內部集成模塊的復雜性，所以該模塊采用的是現成的集成模塊NEO-6M，只需要搭建外圍電路。引腳3是脈沖輸出引腳，外接LED可以判斷定位狀態，下拉到地的情況下：常滅表示沒有定位，燈閃爍表示定位成功。

2.3 GPRS模塊SIM900A外圍電路設計

同GPS模塊一樣，采用的也是集成好的現成模塊，對于SIM900A的外圍電路分為音頻模塊、串口模塊、SIM卡模塊等；K2是開關機鍵，上電后按下1 s可以開機，再按下1 s可以關機；天線采用外接天線，不需要太強信號即可實現GPRS入網；M1是麥克風接口，M2是耳機接口，通過這兩個接口就可以清晰順暢地接聽電話了；備用電源也是采用可充電的XH414，兩個模塊可以共用一個電池。

2.4 硬件實物圖

主要有三個模塊：主控模塊、GPS模塊、GPRS模塊；其中主控模塊又分為：電源模塊、LCD顯示模塊、串口模塊；GPRS模塊又分為電源模塊、音頻模塊、SIM卡模塊、串口模塊[10]。焊接后的主板如圖3所示。

圖3 焊接后的主板

3 軟件系統設計

為使測試系統具有良好的擴展性，在系統軟件設計時采用了模塊化、結構化的方法，先設計出一個主界面，之后在設計分界面[11-15]。系統包括軟件主界面、打電話測試界面、短信界面、GPS界面、GPRS測試界面等；系統程序流程圖4所示，當用戶啟動運動系統后，系統進行初始化，顯示主界面，然后輸入相應的功能參數，數據輸入正確后執行相應的功能。

圖4 系統程序流程圖

3.1 打電話發短信界面設計

打電話界面設計，進入該界面之后，調用畫鍵盤函數：sim900a_load_keyboard(0，180，(u8**)kbd_tbl1);其中，extern u8* kbd_tbl1[15]={“0”“1”“2”“3”“4”“5”“6”“7”“8”“9”“*”“#”“DEL”“C/S”“HAL”};0～9是數字鍵，按下相應的數字可以撥出號碼；DEL是刪除鍵，輸入錯誤的時候可以刪除；C/S是撥打和發送共用鍵；HAL是掛斷電話鍵；

進入觸摸函數后，只要有數字按鍵輸入，就可以通過相應的算法得出相應的按鍵值，如：

if(Pen_Point.X0<(j*80+80)&&Pen_Point.X0>(j*80)&&Pen_Point.Y0<(i*28+208)&&Pen_Point.Y0>(180+i*28))

{

key=i*3+j;

}

把鍵值存入數組callbuf[]，便于后續處理；只要按下C/S鍵，就可以通過printf("ATD%s; "，callbuf);將按鍵值通過串口以AT指令的格式發送出去，模塊得到該指令就可以做出相應的操作，如圖5；發短信界面見圖6，把鍵值存入數組callbuf[]后，按下C/S鍵，就可以通過printf("ATD%s; "，callbuf);將按鍵值通過串口以AT指令的格式發送出去，模塊會在程序控制下自動發送一條固定的短信“Can you receive it? This is just a test!”模塊得到該指令就可以自動發送該短信。

圖5 打電話界面

圖6 短信界面

3.2 GPS測試界面設計

界面主要是用來顯示接收到的處理后的衛星信息。界面顯示經度Longitude、維度Latitude、海拔高度Altitude、運行速度Speed、捕獲模式Fix Mode、可用于定位的衛星數Valid satellites、可見衛星數Visible satellites、日期和世界時間即英國時間，北京時間相應地加8 h就可以，經測試完全正確。

3.3 GPRS測試界面設計

運用設計電話短信界面思路，調用的數組是extern u8* kbd_tbl2[15]={"0"，"1"，"2"，"3"，"4"，"5"，"6"，"7"，"8"，"9"，"."，"SHUT"，"DEL"，"CONNECT"，"CLOSE"}；

如圖7所示，其中0～9及‘.’是用于輸入IP地址；SHUT用于關閉場景，在每次連接出錯，或者斷開連接之后都要先關閉場景才能重新連接；DEL還是刪除鍵；CONNECT是連接和發送鍵，按下之后這兩個功能依次完成；CLOSE是關閉連接，每次連接成功后可以先斷開連接再關閉場景來切斷和網絡的連接。

圖7 GPRS測試界面

4 結 語

提出了基于GPS和GPRS數據傳輸系統設計，介紹了關鍵電路的設計以及關鍵程序的處理，采用模塊化的方法，完成硬件設計和軟件調試，設計出的操作界面簡潔、直觀、實用，實現了打電話、短信、GPS、GPRS測試的數據接收與發送，并將定位信息顯示到界面中。有利于單片機的教學與實驗，為數據傳輸與分析提供了便捷的方法。

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Research and Design of Data Transmission System Based on GPS and GPRS

LUPeng1，XIELi-rong1，MAOZeng-chuang2，CHANGYi-feng1，HUTing-ting1

(1. College of Electrical Engineering, Xinjiang University, Urumqi 830047, China;2. Scotsman, Jiangsuchang Science and Technology, Nanjing 211112, China)

In order to solve difficult problems such as difficulty in field data collection and data loss under the condition of coal mine，using the laboratory training platform，a kind of data transmission system based on GPS and GPRS and integrated by GPS and GSM/GPRS network positioning was proposed. It can grantee the uninterrupted data transmission. The hardware design was given, including the main control circuit of STM32F103, peripheral circuit of GPS module NEO-6M， peripheral circuit of GPRS module SIM900A，power supply module circuit，etc. And the software design including application of compiling and debugging was completed which can give and/or receive calls，send and/or receive text messages, GPS display for latitude and longitude, etc. The test results showed that the system ran stably，and held good effect.

GPS； GSM/GPRS； STM32； data transmission

2015-10-10

國家自然科學基金項目(51264036)

路 朋(1989-)，男，河南周口人，在讀碩士生，研究方向：控制系統優化設計。

Tel.：18160604098;E-mail：xjdxlu@163.com

謝麗蓉(1969-)，女，湖南衡陽人，副教授，碩士生導師，研究方向：控制系統優化設計。

Tel.：13579823332;E-mail: wzywwwxr@163.com

TN 927；P 228.4

A

1006-7167(2016)04-0111-03