基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的GPS圖形導航儀（上）
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摘要通過(guò)研究GPS導航以及基于GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )數據傳輸的組合導航技術(shù),給出基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的GPS圖形導航儀單元的設計方案。
由GPS接收機、ARM微控制器、GPRS無(wú)線(xiàn)模塊、大容量Flash存儲芯片，以及大屏幕的TFT彩色液晶屏組成。本圖形導航設備能幫助使用者獲得極佳的地理信息導航幫助，以及對重要信息的監控。
關(guān)鍵詞通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)(GPRS)全球定位系統(GPS)圖形導航儀
引言
隨著(zhù)近年來(lái)科技的發(fā)展以及人們對通信及導航技術(shù)的要求進(jìn)一步提高，以全球定位系統(GPS)定位技術(shù)為主的定位導航及監控技術(shù)得到了高速的發(fā)展。GPS導航定位技術(shù)在眾多的行業(yè)中都得到了廣泛的應用，如交通、航海、安全等眾多的領(lǐng)域。然而，大多數已經(jīng)投入使用的GPS導航監控設備里，很少有通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )把重要的數據傳輸給監控者功能的設備。其余附帶了數據傳輸功能的設備大多數也僅僅是通過(guò)發(fā)送短消息的方式進(jìn)行重要數據的傳輸和接收，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)系統的穩定性下降。
本系統通過(guò)基于全新的GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )來(lái)發(fā)送重要數據，采用大屏幕的TFT彩色液晶屏作為地圖顯示設備，使定位的可視化效果及數據傳輸功能的穩定性都得到了極大的加強。
1系統組成及特點(diǎn)
在本導航設備中，涉及的核心技術(shù)是通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS和全球定位系統GPS，下面簡(jiǎn)單介紹這兩個(gè)系統的核心模塊。
GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系統），是美國的國防導航衛星系統，是一個(gè)全球性、全天候、全天時(shí)、高精度的導航定位和時(shí)間傳遞系統。24顆衛星位于6個(gè)傾角為55°的軌道平面內，高度為20182km，周期近12小時(shí)。衛星用兩個(gè)L波段頻率發(fā)射單向測距信號，區別不同衛星采用碼分多址。它是一個(gè)軍民兩用系統，提供兩個(gè)等級的服務(wù)。GPS系統是為全球范圍內的飛機、艦船、坦克、地面車(chē)輛、步兵、導彈以及航天飛機等提供全天候、連續、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(wú)線(xiàn)分組業(yè)務(wù))，是一種基于GSM系統的無(wú)線(xiàn)分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線(xiàn)IP連接。通俗地講，GPRS是一項高速數據處理的技術(shù)，方法是以“分組”的形式傳送資料到用戶(hù)手上。雖然GPRS是現有GSM網(wǎng)絡(luò )向第三代移動(dòng)通信演變的過(guò)渡技術(shù)，但是它在許多方面都具有顯著(zhù)的優(yōu)勢。GPRS是歐洲電信協(xié)會(huì )GSM系統中有關(guān)分組數據的標準。它采用信道捆綁(目前GPRS的設計可以在一個(gè)載頻或8個(gè)信道中實(shí)現捆綁)和增強數據速率的方法實(shí)現高速接入,理論上可提供高達115kbps的空中接口傳輸速率,使若干移動(dòng)用戶(hù)能夠同時(shí)共享一個(gè)無(wú)線(xiàn)信道,一個(gè)移動(dòng)用戶(hù)也可以使用多個(gè)無(wú)線(xiàn)信道。實(shí)際發(fā)送或接收數據包的用戶(hù)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與現有的GSM語(yǔ)音系統最根本的區別是：GSM是一種電路交換系統,而GPRS是一種分組交換系統。因此,GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)的或頻繁的、少量的數據傳輸,也適用于偶爾的大數據量傳輸。這一特點(diǎn)正適合大多數移動(dòng)互聯(lián)和設備對傳輸數據的要求。
GPS-GPRS定位系統車(chē)載終端的組成如圖1所示。
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圖1 本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/201706/350918.htm |
網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器通過(guò)特定的上位機軟件或相應的傳輸協(xié)議，對所監控的終端設備進(jìn)行當前所在的位置、速度等相關(guān)信息的實(shí)時(shí)監控,并可通過(guò)網(wǎng)絡(luò )對受控終端進(jìn)行控制,實(shí)現移動(dòng)終端與監控中心的雙向數據傳輸,完成對受控終端運行狀態(tài)、安全狀態(tài)、技術(shù)狀態(tài)的監控。
2導航系統原理
整個(gè)導航系統的原理框圖如圖2所示。其中核心控制器使用基于A(yíng)RM7內核的AT91SAM7S64；GPS接收模塊采用瑞士UBlox公司的TIMLH,信號接收能力強;GPRS模塊采用Motorola公司的G20無(wú)線(xiàn)模塊，特點(diǎn)是內嵌了TCP/IP協(xié)議，使用簡(jiǎn)單，性能穩定，顯示部分采用的是Sharp公司生產(chǎn)的8寸TFT彩色液晶屏，通過(guò)顯示當前位置的彩色地圖，達到良好的可視化效果。片外存儲設備使用的是Samsung公司生產(chǎn)的大容量Flash存儲體，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，與控制器的接口簡(jiǎn)單(高速SPI總線(xiàn))。
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圖2 |
- 終端用戶(hù)進(jìn)行當前所在地理位置的查詢(xún)；
- 當獲得了當前的地理位置信息后，在TFT液晶屏上顯示出對應的地圖區域；
- 導航終端可對指定了網(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；
- 導航終端通過(guò)接收網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器發(fā)送的控制命令進(jìn)行相應的控制；
- 終端用戶(hù)可以通過(guò)GPRS模塊撥打電話(huà)。
系統的工作原理如下：
導航終端的核心控制部分是基于A(yíng)RM7內核的AT91SAM7S64微控制器，其核心是對GPS接收模塊的定位數據讀??；對GPRS模塊的控制，包括連接Internet、向網(wǎng)絡(luò )監控服務(wù)器發(fā)送數據和讀取服務(wù)器發(fā)送過(guò)來(lái)的數據；最后是針對Flash存儲體的控制，通過(guò)對當前獲得的地理位置信息，讀取存儲在Flash存儲體中所存儲的地圖的對應部分，然后在TFT彩色液晶屏上顯示出來(lái)。
其中，控制器對GPRS模塊的控制是通過(guò)串行口UART0實(shí)現的，通過(guò)發(fā)送對應的AT命令實(shí)現對G20模塊的控制，如連接Internet、向服務(wù)器發(fā)送信息和接收數據、撥打電話(huà)等。關(guān)鍵命令如下：
at+mipCAll=1,cmnet//建立一個(gè)無(wú)線(xiàn)GPRS鏈接
+MIPCALL:10.103.201.135
//返回本地IP地址(注:當GPRS模塊撥號上網(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(kāi)一個(gè)SOCKET，本地端口為2000,目標IP地址為
//“10.103.67.30”
OK
+MIPOPEN:1,1//返回目標端口為3000，協(xié)議類(lèi)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(lái)代替所要發(fā)送的數據
+MIPSEND:1,1367
OK//發(fā)送成功
at+mippush=1//準備接收數據
+MIPPUSH:0
OK//接收數據成功
+MIPRUDP:211.139.189.180,47280,1,5,5152535455//接收到服務(wù)器發(fā)送來(lái)的數據“QRSTU”字符
對GPS模塊的數據接收是通過(guò)串行口UART1實(shí)現的，通過(guò)設定GPS模塊指定的波特率從模塊的串行口獲得定位數據。GPS通用的命令格式是NMEA0183，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接收機和衛星的通信正常，則可以接收到的定位信息的那組數據格式如下：
＄GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E
數據說(shuō)明如下：
＄GPRMC代表GPS推薦的最短數據;
204700UTC_TIME代表24小時(shí)制的標準時(shí)間，按照小時(shí)/分鐘/秒的格式;
AA或者VA表示數據“OK”，V表示一個(gè)警告;3403.868LAT緯度值，精確到小數點(diǎn)前4位，后3位NLAT_DIRN表示北緯，S表示南緯;
11709.432LON經(jīng)度值，精確到小數點(diǎn)前5位，后3位WLON_DIRW表示西經(jīng)，E表示東經(jīng)。
如果當前沒(méi)有和衛星取得聯(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推薦的最短數據，所以在接收GPS模塊的數據時(shí)，只需要判斷每行數據開(kāi)頭的關(guān)鍵字是否為“＄GPRMC”，如是，則接收下來(lái)。
最后是針對Flash存儲體和TFT彩色液晶屏的控制。這里，CPU使用普通的SPI高速串行總線(xiàn)來(lái)驅動(dòng)Flash存儲體?？梢詮漠數氐目睖y部門(mén)獲得普通精度的數字彩色經(jīng)緯地圖，并將其存儲到Flash存儲體中，而用普通的I/O引腳來(lái)驅動(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(guò)處理，再在LCD上面顯示Flash存儲體中所存儲的地圖的對應部分。
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