基于射頻通信的GPS定位系統設計

王行娟，楊 奎

（武漢華夏理工學院 信息工程學院，湖北 武漢 430223）

基于射頻通信的GPS定位系統設計

王行娟，楊 奎

（武漢華夏理工學院 信息工程學院，湖北 武漢 430223）

射頻技術和GPS定位技術在現如今人們的生活中應用廣泛。文章對基于射頻通信的GPS定位系統設計進行研究，研究對象包括基于STC12C5A60S2單片機的小車、GPS數據采集及解析、射頻通信。小車可以將自己的位置信息通過射頻模塊傳給附近的小車，然后將信息反饋到控制中心，從而提高控制中心的管理水平。

GPS；定位；射頻通信；STC12C5A60S2

全球定位系統（Golobal Positioning System，GPS）是一種廣泛使用的衛星定位系統，隨著社會信息化的日益發展，GPS的應用已經深入到國民經濟的各個領域，其發展方向是監控跟蹤及導航相結合，其長遠發展則是導航、測量、線路勘測、智能交通、通信等[1]。

射頻識別（Radio Frequency Identi fi cation，RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。RFID技術有廣泛的應用，包括身份識別、防偽應用、ETC高速收費等[2]。

本文提出的射頻通信定位系統的設計方案，是基于單片機STC12C5A60S2的簡易定位系統，能實時將小車的位置信息通過射頻模塊傳輸至終端設備上。

1 系統總體結構設計

根據系統的功能，將整個系統劃分為小車主控模塊，GPS數據采集模塊，無線收發模塊。小車核心處理器采用的是STC12C5A60S2單片機，GPS數據采集模塊選用的是Gstar GS-87模塊，無線收發模塊采用NRF24L01無線收發芯片組。系統總體結構框如圖1所示。STC單片機對GPS模塊采集的數據進行解析，通過串口發送至射頻模塊進行發射，射頻接收模塊接收到數據給小車B，再將數據通過串口傳給電腦終端進行顯示。

圖1 系統總體結構框

2 系統硬件設計

2.1 小車主控電路設計

小車主控電路主要包括單片機、時鐘電路、復位電路、電源電路這幾部分。時鐘電路是單片機工作時所必須的時鐘控制信號，常采用 1.2～12 MHz 的振蕩頻率。復位是單片機的初始化操作，想要復位時只需要在單片機的復位引腳加上大于2個機器周期的高電平，除了在系統的正常初始化情況之外，在程序運行過程中出錯或由操作錯誤導致的系統處于死機狀態，為擺脫這種不良狀態，這時也可以使用復位功能[3]。

2.2 射頻通信模塊電路設計

射頻通信模塊電路設計選用NRF24L01射頻芯片，其引腳功能及描述如下[4]。

VCC：電源輸入端，電壓范圍為：1.9～3.6 V。CE：芯片模式控制線。

SCK：SPI輸出的時序信號線。

IRQ：中斷標志位，當接收到數據時，IRQ引腳會輸出低電平。

MOSI：SPI串行輸入。MISO：SPI串行輸出。

CSN：SPI片選使能，低電平使能。

射頻通信模塊電路設計原理如圖2所示。

圖2 射頻通信電路原理

GPS數據采集模塊采用的是GS-87模塊，模塊上的外接端口有4個：RXD，TXD，GND，VCC，4個接口中RXD和TXD是直接連接主控電路中的串行端口。

3 系統軟件設計

3.1 系統軟件總體設計

對于用作發射的小車A來說，首先是IO口初始化和波特率的設置，再調用GPS數據解析的函數，通過射頻模塊進行發射，發送流程總體設計如圖3（a）所示。對于用作接收的小車B來說，進行IO口和波特率初始化之后需要把射頻模式改成接收模式，然后調用發送字節到終端這個函數，就可以把數據傳送給終端了，接收流程總體設計如圖3（b）所示。

3.2 GPS數據采集解析軟件設計

首先判斷幀頭“$”以及開始的5個英文字符，只有當接收到這些后才能進入數據解析過程，接收到含有日期、經緯度、衛星個數的字符串開始進入解析，解析的過程中采用的算法是簡單的按位進行計算。此次解析的過程依次是緯度、經度、日期，解析完之后把數據存在相應的數組中，通過串口把數據發送出去。

3.3 射頻通信無線發射、接收模塊軟件設計

發射模塊，先進行串口和NRF24L01的初始化和IO口的初始化，在接收之前設置了一個射頻模塊是否跟小車連接成功的子程序，當連接成功，復位小車時會顯示startY，否則顯示startN，只有連接成功才能正確發送數據。再把數據給NRF24L01_TxPacket這個函數進行數據的發送。

接收模塊，先進行串口和NRF24L01的初始化，測試程序跟發送端一樣，只需要把數據通過NRF24L01_RxPacket這個函數進行存儲，最后用SEND_BUF這個發送函數把數據發送給終端就行了。

4 結語

本文設計基于射頻通信的GPS定位系統，該系統具有涉及知識廣泛，實際應用方便，人機交互簡單有趣，采集數據精準，實用性強等諸多優點。在這個物聯網+的時代，智能是我們一直追求的目標，射頻模塊就是智能家居的一個最基本的技術要求，低功耗、高數據傳輸、方便等眾多優點，都給它帶來了無限的發展空間，能夠滿足現代社會實際的應用需求，具有很大的市場潛在價值。本文對GPS數據采集與解析、NRF24L01射頻通信等做了深入的研究，完成了系統總體設計并順利通過了系統測試。

圖3 流程總體設計

[1] 梁久幀.無線定位系統[M].北京：電子工業出版社，2013.

[2] 朱巖，張雪英.基于NRF24L01的車載GPS數據傳輸系統[J].儀器儀表用戶，2011（6）：34-37.

[3] 甘泉，李陽，許代代.基于nRF24L01的智能公交報站系統[J].微處理機，2015（4）：69-72.

[4] 張光南.基于嵌入式技術的貨車車載終端設計[J].計算機光盤軟件與應用，2014（15）：21-22.

Design of GPS positioning system based on radio frequency communication

Wang Xingjuan, Yang Kui
（Information Engineering School of Wuhan Huaxia University of Technology, Wuhan 430223, China）

The radio frequency technology and GPS positioning technology are widely used in people’s daily lives. This paper studies the design of GPS positioning system based on radio frequency communication. The research object includes the car based on STC12C5A60S2 microcontroller, GPS data acquisition and analysis, radio frequency communication. The car can pass on its own position information to the nearby car through the radio frequency module, and then feedback the information to the control center, so as to improve the management level of the control center.

GPS; positioning; radio frequency communication; STC12C5A60S2

2016年度湖北省教育廳科學研究計劃指導性項目；項目名稱：基于物聯網+的物體狀態跟蹤系統設計與實現；項目編號：B2016407。

王行娟（1981— ），女，湖北武漢人，講師，碩士；研究方向：通信與信息系統。