基于GPRS业务的GPS手持式信息传输系统

时间：2007-04-29

信息工程大学李建军王欣詹瞻

前言

目前，GPS定位信息传输系统已经广泛应用在生产生活的各个领域。警车、出租车、火车、长途运输车都可以看到它的踪影。目前存在的这些GPS定位系统的信息传输大都是基于手机短信息，即GSM业务的。虽然它已经被广泛使用，但是这种业务还存在着一定的缺点：除了费用高之外，它的的缺点是延迟时间太长，这有可能产生较大的误差，甚至可能导致事故发生。

利用中国移动开通的GPRS业务（General Packet Radio Service，通用无线分组业务）就可以较为圆满地解决上述问题。GPRS建立可靠的数据链路以后，就相当于使用专线直接接入Internet网络，使用可靠的网络协议进行数据传输，保证了数据的稳定可靠和迅捷，同时相对于GSM而言，GPRS的成本费用是按照数据量计算的，价格低廉。

如今，随着GPS技术的成熟和中国移动GPRS业务的推出，使在手持式嵌入式设备中使用基于GPRS的GPS信息传输系统成为可能。本文选用了联想生产的XP100 PDA作为主机，外部开发了GPS和GPRS模块，实现了GPRS/GPS/PocketPC功能三合一。

ITrax02模块

ITrax02是FastraX公司生产的GPS接收机。模块外观参见图1：其技术指标如下：

接收机：L1，C/A码字
更新速率：1Hz（可以用户配置）
通道：12个
电压：+2.7V―+3.3V（对VRF和VBB分开供给电压）
功耗：130mW@2.7V
遵循的协议：NMEA-0183 V3.0.
尺寸：25.9 25.9 4.6mm（W L H）
重量：4g
选用它基于以下特点：

尺寸大小适合手持；

功耗相当低；

遵循NMEA协议。其功能框图见图2，iTrax02模块内部集成了两块处理器芯片、一片flash及相应的外围电路。uN8021B，GPS接收机RF 前端处理器，接收RF信号，进行模数转换；uN8031B GPS接收机基带端处理器，实现相应的算法。相关的算法实现程序都集成在了flash里。

同时iTrax02模块给用户提供了40个引脚的接口，这些接口主要有：

串行接口部分：用以传输GPS数据和主机下发的命令

供电接口部分：VBB和VRF，为iTrax02的两个处理器供电

RF输入部分：天线信号输入

SPI接口部分：用以对uN8021进行相应的控制
CMS91-900/1800模块：

CMS91-900/1800模块是CELLon公司生产的GSM/GPRS接收机
该模块外观参见图3：
该模块主要的技术指标：

尺寸：35 35 5mm （L M H）

重量：10.5g

功耗：max:970mW (Talking Time) max:10.59mW(Standby Time)
其功能框图参见图4：
该模块以一个基带的状态机为，配合了天线和接收机模块、FLASH、RAM、电源管理模块、电源切换模块、SIM卡接口模块、扬声器和耳机接口模块、麦克风接口模块、蜂鸣器模块、LCD和LED接口模块、背光和键盘接口模块、异步串口、并口、I2C模块等。同时，该模块给用户提供了一个80引脚的插座，提供了以下接口：

双向异步串口界面

双向I2C界面

JTAG口

SIM接口

LCD接口

耳机和外部扬声器接口

蜂鸣器输出

MIC接口

电池供电接口和电池充电接口

系统构成

电源部分：

电源部分是关乎到CMS91和iTrax02能否正常工作的关键，选择芯片必须非常注意。

a.PDA设备为整个系统提供电源，同时也可以提供外部的电源接口，使用随身携带的蓄电池。

b.iTrax02模块需要两个独立的电源分别给RF级和BASE级供电（VBB和VRF），选择线形电压调整器件的原则是满足 iTrax02模块的功率要求和纹波要求，iTrax02模块要求电源纹波<0.2mVp-p，否则可能会严重影响接收；这里选择了TI公司的Tps77127和ANALOGIC TECH公司的Aat3321。

c.通过一个线形电压调整器件对CMS91供电，为了满足功率要求，这里选择了Motorola公司的LM2576。

CMS91外围模块：将麦克风、耳机和扬声器、SIM卡都接到相应的CMS91的引脚上去。

UART口：CMS91模块和iTrax02模块与主机的通信都是通过3.3V TTL 电平的UART口。PDA对应的串口一般也都是3.3V的，否则需要加电平转换芯片。例如，如果使用笔记本电脑作为主机端，必须在串口端加上RS232 转换芯片。CMS91模块通过AT命令集与主机进行通讯；iTrax02模块通过NMEA 0183协议与主机通讯。这些协议都是需要软件完成的。

天线选择：强烈建议选用FastraX公司和CELLon公司推荐的天线型号，一般天线是的。

开发方法

本系统使用了联想生产的XP100 PDA产品，Wince操作系统，开发环境使用embeded Visual C++，该开发环境可以开发ARM、MIPS、PPC、SH3、SH4、X86em嵌入式CPU。具体开发方法和编写Visual C++相同。

模块数据格式

GPS数据格式

iTrax02支持NMEA-0183输出格式。该协议信息如下：
GGA位置测定系统定位资料
GSV 导航卫星资料
RMC导航卫星特定精简资料
VTG 方向及速度等相关资料
由于文章篇幅问题，笔者在这里只以接收GGA数据为例，
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 说明见表1

从上面的例子中，我们可读出位置信息：北纬24度46.5241分，西经121度00.1536分格林威治时间：3点37分44秒
CMS91-900/1800命令格式

可以参考标准的V.25ter AT命令集格式编写串口程序，这里不再赘述。

结束语

按照本文给出的技术方案，掌握必要的硬件设计和软件编程方法，购买相应的手持式数据终端（可以是PDA也可以是其他的嵌入式设备，只要具有两个以上的串口就可以了），就可以实现手持式的定位通讯系统。如今随着定位系统、网络和移动通信的发展，将GPS和GPRS结合在一起，既实现了定位，同时又可以实现远程的控制。

参考文献:

[1]. GPRS datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/GPRS_1594650.html.
[2]. ITrax02 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/ITrax02_1716810.html.
[3]. MIC datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MIC_1092117.html.
[4]. Tps77127 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/Tps77127_592594.html.
[5]. LM2576 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/LM2576_1081686.html.
[6]. RS232 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS232+_585128.html.

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