基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的GPS圖形導(dǎo)航儀（上）

摘要通過研究GPS導(dǎo)航以及基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕M合導(dǎo)航技術(shù),給出基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的GPS圖形導(dǎo)航儀單元的設(shè)計(jì)方案。

由GPS接收機(jī)、ARM微控制器、GPRS無線模塊、大容量Flash存儲(chǔ)芯片，以及大屏幕的TFT彩色液晶屏組成。本圖形導(dǎo)航設(shè)備能幫助使用者獲得極佳的地理信息導(dǎo)航幫助，以及對(duì)重要信息的監(jiān)控。

關(guān)鍵詞通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS)全球定位系統(tǒng)(GPS)圖形導(dǎo)航儀

引言

隨著近年來科技的發(fā)展以及人們對(duì)通信及導(dǎo)航技術(shù)的要求進(jìn)一步提高，以全球定位系統(tǒng)(GPS)定位技術(shù)為主的定位導(dǎo)航及監(jiān)控技術(shù)得到了高速的發(fā)展。GPS導(dǎo)航定位技術(shù)在眾多的行業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，如交通、航海、安全等眾多的領(lǐng)域。然而，大多數(shù)已經(jīng)投入使用的GPS導(dǎo)航監(jiān)控設(shè)備里，很少有通過無線網(wǎng)絡(luò)把重要的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控者功能的設(shè)備。其余附帶了數(shù)據(jù)傳輸功能的設(shè)備大多數(shù)也僅僅是通過發(fā)送短消息的方式進(jìn)行重要數(shù)據(jù)的傳輸和接收，但是由于短消息本身具有延時(shí)不確定，速度慢以及容易丟失等缺點(diǎn)，使得整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。

本系統(tǒng)通過基于全新的GPRS無線網(wǎng)絡(luò)來發(fā)送重要數(shù)據(jù)，采用大屏幕的TFT彩色液晶屏作為地圖顯示設(shè)備，使定位的可視化效果及數(shù)據(jù)傳輸功能的穩(wěn)定性都得到了極大的加強(qiáng)。

1系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

在本導(dǎo)航設(shè)備中，涉及的核心技術(shù)是通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS和全球定位系統(tǒng)GPS，下面簡單介紹這兩個(gè)系統(tǒng)的核心模塊。

GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系統(tǒng)），是美國的國防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，是一個(gè)全球性、全天候、全天時(shí)、高精度的導(dǎo)航定位和時(shí)間傳遞系統(tǒng)。24顆衛(wèi)星位于6個(gè)傾角為55°的軌道平面內(nèi)，高度為20182km，周期近12小時(shí)。衛(wèi)星用兩個(gè)L波段頻率發(fā)射單向測距信號(hào)，區(qū)別不同衛(wèi)星采用碼分多址。它是一個(gè)軍民兩用系統(tǒng)，提供兩個(gè)等級(jí)的服務(wù)。GPS系統(tǒng)是為全球范圍內(nèi)的飛機(jī)、艦船、坦克、地面車輛、步兵、導(dǎo)彈以及航天飛機(jī)等提供全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維位置、三維速度和精確時(shí)間，因此，具有極高的軍用價(jià)值和民用前景。

GPRS(GeneralPacketRadioService，通用無線分組業(yè)務(wù))，是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無線IP連接。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶手上。雖然GPRS是現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)向第三代移動(dòng)通信演變的過渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著的優(yōu)勢。GPRS是歐洲電信協(xié)會(huì)GSM系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。它采用信道捆綁(目前GPRS的設(shè)計(jì)可以在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁)和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率的方法實(shí)現(xiàn)高速接入,理論上可提供高達(dá)115kbps的空中接口傳輸速率,使若干移動(dòng)用戶能夠同時(shí)共享一個(gè)無線信道,一個(gè)移動(dòng)用戶也可以使用多個(gè)無線信道。實(shí)際發(fā)送或接收數(shù)據(jù)包的用戶僅占很少一部分網(wǎng)絡(luò)資源,并且網(wǎng)絡(luò)容量只有在實(shí)際傳輸時(shí)才被占用。GPRS與現(xiàn)有的GSM語音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是：GSM是一種電路交換系統(tǒng),而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)。因此,GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸,也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。這一特點(diǎn)正適合大多數(shù)移動(dòng)互聯(lián)和設(shè)備對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的要求。

GPS-GPRS定位系統(tǒng)車載終端的組成如圖1所示。

圖1 本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/201706/350918.htm

圖2

1. 終端用戶進(jìn)行當(dāng)前所在地理位置的查詢；
2. 當(dāng)獲得了當(dāng)前的地理位置信息后，在TFT液晶屏上顯示出對(duì)應(yīng)的地圖區(qū)域；
3. 導(dǎo)航終端可對(duì)指定了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送自身的相關(guān)信息，如地理位置、自身狀態(tài)等；
4. 導(dǎo)航終端通過接收網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器發(fā)送的控制命令進(jìn)行相應(yīng)的控制；
5. 終端用戶可以通過GPRS模塊撥打電話。

系統(tǒng)的工作原理如下：

導(dǎo)航終端的核心控制部分是基于ARM7內(nèi)核的AT91SAM7S64微控制器，其核心是對(duì)GPS接收模塊的定位數(shù)據(jù)讀??；對(duì)GPRS模塊的控制，包括連接Internet、向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)和讀取服務(wù)器發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；最后是針對(duì)Flash存儲(chǔ)體的控制，通過對(duì)當(dāng)前獲得的地理位置信息，讀取存儲(chǔ)在Flash存儲(chǔ)體中所存儲(chǔ)的地圖的對(duì)應(yīng)部分，然后在TFT彩色液晶屏上顯示出來。

其中，控制器對(duì)GPRS模塊的控制是通過串行口UART0實(shí)現(xiàn)的，通過發(fā)送對(duì)應(yīng)的AT命令實(shí)現(xiàn)對(duì)G20模塊的控制，如連接Internet、向服務(wù)器發(fā)送信息和接收數(shù)據(jù)、撥打電話等。關(guān)鍵命令如下：

at+mipCAll=1,cmnet//建立一個(gè)無線GPRS鏈接

+MIPCALL:10.103.201.135

//返回本地IP地址(注:當(dāng)GPRS模塊撥號(hào)上網(wǎng)后，會(huì)獲得一個(gè)服務(wù)器提供的唯一IP，這里以10.103.201.135為例)

at+mipopen=1,2000,10.103.67.30,3000,1

//打開一個(gè)SOCKET，本地端口為2000,目標(biāo)IP地址為

//“10.103.67.30”

OK

+MIPOPEN:1,1//返回目標(biāo)端口為3000，協(xié)議類型為UDP

at+mipsend=1,41424344//向服務(wù)器發(fā)送“ABCD”4個(gè)字母,這里以發(fā)送“ABCD”字//符為例，來代替所要發(fā)送的數(shù)據(jù)

+MIPSEND:1,1367

OK//發(fā)送成功

at+mippush=1//準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)

+MIPPUSH:0

OK//接收數(shù)據(jù)成功

+MIPRUDP:211.139.189.180,47280,1,5,5152535455//接收到服務(wù)器發(fā)送來的數(shù)據(jù)“QRSTU”字符

對(duì)GPS模塊的數(shù)據(jù)接收是通過串行口UART1實(shí)現(xiàn)的，通過設(shè)定GPS模塊指定的波特率從模塊的串行口獲得定位數(shù)據(jù)。GPS通用的命令格式是NMEA0183，而最需要的關(guān)鍵信息是其中的一組定位信息。如果此時(shí)GPS接收機(jī)和衛(wèi)星的通信正常，則可以接收到的定位信息的那組數(shù)據(jù)格式如下：

＄GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E

數(shù)據(jù)說明如下：

＄GPRMC代表GPS推薦的最短數(shù)據(jù);

204700UTC_TIME代表24小時(shí)制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，按照小時(shí)/分鐘/秒的格式;

AA或者VA表示數(shù)據(jù)“OK”，V表示一個(gè)警告;3403.868LAT緯度值，精確到小數(shù)點(diǎn)前4位，后3位NLAT_DIRN表示北緯，S表示南緯;

11709.432LON經(jīng)度值，精確到小數(shù)點(diǎn)前5位，后3位WLON_DIRW表示西經(jīng)，E表示東經(jīng)。

如果當(dāng)前沒有和衛(wèi)星取得聯(lián)系，那么字符串的格式為：

＄GPRMC,UTC_TIME,V,...

下面是一個(gè)例子：

＄GPRMC,204149,V,,,,,,,170698,,*3A

由于這里僅僅需要接收的信息為定位信息,即GPS推薦的最短數(shù)據(jù)，所以在接收GPS模塊的數(shù)據(jù)時(shí)，只需要判斷每行數(shù)據(jù)開頭的關(guān)鍵字是否為“＄GPRMC”，如是，則接收下來。

最后是針對(duì)Flash存儲(chǔ)體和TFT彩色液晶屏的控制。這里，CPU使用普通的SPI高速串行總線來驅(qū)動(dòng)Flash存儲(chǔ)體?？梢詮漠?dāng)?shù)氐目睖y部門獲得普通精度的數(shù)字彩色經(jīng)緯地圖，并將其存儲(chǔ)到Flash存儲(chǔ)體中，而用普通的I/O引腳來驅(qū)動(dòng)TFT彩色液晶屏，將從GPS模塊里獲得的定位信息進(jìn)行分析，然后通過處理，再在LCD上面顯示Flash存儲(chǔ)體中所存儲(chǔ)的地圖的對(duì)應(yīng)部分。