基于Spreadtrum及SiRF的GSM+GPS模块设计
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到的呼吸频率、脉搏与预设值(标准范围)有差异或检测到人体跌倒时,则通过人机交互模块显示和语音报警,并且启动通讯模块,将生理参信号中提取、通过血压测量获取、光电容积法。
前两种方法提取信号都会限制病人的活动,如果长时间使用会增加病人生理和心理上的不舒适感。
图2 单片机最小系统
以及卫星状况等信息,实现有效的导航定位功能[10]。
Arduino平台提供了支持GPS库函数以及GPS的设计方案,系统采用北京时代民芯有限公此外,Arduino平台提供了支持GSM
库函数以及GSM的设计方案。
新一
代无线通信M10具有超低功耗和宽工
作温度范围,为M2M应用提供了完
模式设置。
3 软件设计
主程序设计基于Arduino IDE的开
图4 主程序流程图
图3 系统测量与通信模块接口
程图如图5所示。
3.2 生理参数
A D X L 345可以通过设置内部寄存器0x2c 来控制输出数据的频率(100kHz 和400kHz ),将检测得到是否正确,若正确则进行数据包的解析,获取当时人的准确位置;若不正确则继续等待校验直到获取准确位置。
接着,执行GSM 发送指令,发出经纬度时间等信息到上位机同时发图5 MXTOS2-200子程序流程图图6 ADXL345子程序图7 串口监视
孔内一个固定在外面,通过呼吸的温度差导致的电阻变化进行测量;脉搏传感器直接戴在手指上,接通电源,。
摘要GPS(Global Positioning System)全球定位系统是美国研制并在1994年投入使用的卫星导航与定位系统。
其应用技术已遍及国民经济的各个领域。
在测量领域,GPS系统已广泛用于大地测量、工程测量、航空摄影测量以及地形测量等各个方面。
GPS模块的应用设计是GPS导航系统的子系统,是一种多种高薪技术的集成体,它融合了电子,计算机硬件、软件、人工智能等许多学科的知识,可以涉及到当今许多前沿领域的技术。
本文中涉及的GPS模块应用设计就是一款接受GPS信号并分模块化处理的应用软件,主要涉及后台数据处理,以及大学中学习的实用算法。
本软件的设计主要由读入模块,排序模块,查找模块,与数据操作模块等组成,系统以C语言数据结构的算法为核心,以链表为线索贯穿各个模块,用总函数对各子函数进行控制,读入模块用来处理接收的GPS信号,排序模块用来按顺序整理读出的数据,查找模块可以按条件输出,数据操作模块可以使GPS数据按要求存储。
模块化的应用设计可以达到分化功能,提高运行速度,简化程序结构的目的。
关键词:GPS;模块设计;数据结构;算法AbstractGPS(Global Positioning System) is developed by he United States and put into use for satellite navigation and positioning system in 1994.Its application has been throughout all areas of the national economy.In the field of measure,The GPS system has been widely used in geodesy, engineering survey, aerial photography, and topographic surveying and all aspects of.Application of GPS module design is the subsystem of the GPS navigation system, is a variety of high-paying technology integration of body, it combines electronic, computer hardware, software, artificial intelligence and many other disciplines of knowledge, can be involved in many of today's leading edge in the field of technology. Covered in this article the GPS module application design is a modular processing applications receive GPS signals and points, mainly relates to the background data processing, as well as the practical algorithm of learning in university.Read in the software design is mainly composed of modules, the scheduling module, search module, and data operation module and so on, the system by C language data structure algorithms as the core, the linked list for clues throughout each module, with a total function to control each function, read in the module to receive GPS signals, scheduling module is used to read data, in order to find the module can according to the condition of output, data manipulation module can make the GPS data is stored as required. Modular application design can achieve differentiation function, improve the speed and simplify the purpose of the program structure.Key words: GPS; module design; data structure; algorithm目录1 绪论 (1)1.1 课题的研究背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (2)1.3 国内外研究现状 (3)2 GPS模块技术理论 (5)2.1 GPS模块HOLUX M-87 (5)2.2 GPS模块的系统设计 (6)2.3 系统设计目标及功能结构 (11)2.4 GPS模块软件结构 (12)2.5 GPS模块的服务器端 (13)2.6 GPS模块的原理图 (14)2.6.1 NEO-5Q模块应用 (15)2.6.2 引脚功能 (15)3 GPS地图系统软件设计 (17)3.1 软件编写平台及信系统运行环境 (17)3.2 软件的需求分析 (18)3.2.1 系统功能的描述 (19)3.2.2 GPS模块系统总体需求 (19)3.2.3 性能需求 (19)3.3 概要设计 (20)3.4 详细设计 (20)3.5 编码 (21)3.6 测试 (21)3.7 软件交付 (22)3.8 验收 (22)4 GPS地图的实现 (23)4.1 主界面的设计 (23)4.2 读入模块 (24)4.3 排序模块 (27)4.4 查找模块 (29)4.5 更新模块 (30)4.6 退出 (33)结论 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录A 英文原文 (38)附录B 汉语翻译 (47)附录C 源程序代码 (53)1 绪论GPS全球定位系统(Global Positioning System)在公路工程测量中的应用,在最近的两年得到了迅速推广,这主要依赖于GPS系统可以向全球任何用户全天候地连续提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等技术参数。
介绍了Siemens公司的GSM模块TC35、TI公司的电平转换芯片MAX3238,以及由其组成的移动终端,指出了实际设计中出现的问题和解决办法。
1. 引言随着通信事业的发展,移动通信应用领域的不断扩大,移动终端的设计也逐渐倍受关注。
本文详细介绍了Siemens公司的GSM模块TC35、TI公司的电平转换芯片MAX3238等器件,及其构成的移动终端的硬件电路。
该设计可以完成短消息收发、语音传输、与PC机进行数据传输等功能,已应用在基于GSM 短消息的GPS车辆监控系统中。
2. TC35模块TC35是Siemens公司推出的新一代无线通信GSM模块,可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。
模块的工作电压为3.3 -5.5V,可以工作在900MHz和1800MHz两个频段,所在频段功耗分别为2W(900M)和1W(1800M)。
模块有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三组的二类传真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。
此外,该模块还具有电话簿功能、多方通话,漫游检测功能,常用工作模式有省电模式、IDLE、TALK 等模式。
通过独特的40引脚的ZIF连接器,实现电源连接、指令、数据、语音信号、及控制信号的双向传输。
通过ZIF连接器及50Ω天线连接器,可分别连接SIM卡支架和天线。
TC35模块主要由GSM基带处理器、GSM射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF连接器、天线接口六部分组成。
作为TC35 的核心,基带处理器主要处理GSM终端内的语音、数据信号,并涵盖了蜂窝射频设备中的所有的模拟和数字功能。
在不需要额外硬件电路的前提下,可支持FR、HR和EFR语音信道编码。
图1 TC35功能框图3. 外围应用电路TC35模块的正常运行需要相应的外围电路与其配合。
TC35共有40个引脚,通过ZIF连接器分别与电源电路、启动与关机电路、数据通信电路、语音通信电路、SIM卡电路、指示灯电路等连接。
基于北斗GPS模块UM220和四频GPRS模块SIM800H的人员定位应用研究张远海;翁佩纯【摘要】针对使用北斗进行人员定位管理的目的,采用北斗GPS双模定位模块UM220获得北斗和GPS定位信息,通过两种定位信息优化定位精度,通过四频GPRS模块SIM800H的基站定位功能辅助定位,并将获得的定位信息进行传送和通信,从而实现人员的定位管理.采用模块化设计体积小巧、功耗低,采用北斗GPS两种定位优化定位精度可达2.0m.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2016(024)013【总页数】3页(P107-109)【关键词】北斗;SIM800H;定位;UM220【作者】张远海;翁佩纯【作者单位】中山火炬职业技术学院广东中山528436;电子科技大学中山学院,广东中山528400【正文语种】中文【中图分类】TP-216北斗-2卫星导航系统采用独特的混合星座模式,由地球静止轨道卫星倾斜地球同步轨道中地球轨道卫星组成。
2007年4月13日,北斗卫星系统的首颗中高度圆轨卫星MEO(Compass—M1)卫星成功发射[1]。
2012年12月27日,“北斗II代”系统开始向亚太大部分地区提供正式服务,预计在2020年前再发射30多颗卫星,组成覆盖全球的卫星导航系统[2]。
目前已有4颗导航试验卫星以及16颗导航卫星发射完成。
2013年12月27日,《北斗卫星导航系统空间信号接口控制文件(2.0版)》和《北斗卫星导航系统公开服务性能规范(1.0版)》正式发布,使北斗系统成为世界上首个拥有两个公开服务频点的卫星导航系统,定位精度优于10米。
随着北斗系统第二个民用信号B2I以及北斗系统空间信号接口控制文件2.0版的发布,国内外相关企业据此开发了北斗双频高精度接收机,使用户享受到精度更高的导航服务。
GPS全球定位系统(Global Positioning System)是美国于1995年4月建成并投入使用的,是目前技术最成熟、应用最广泛的导航系统[3]。
基于GSM的海域监控系统通信模块软件设计的开题报告一、题目基于GSM的海域监控系统通信模块软件设计二、研究背景和意义随着人们对海洋资源的需求不断增加,海洋监控系统的重要性也越来越突出。
海洋监控系统可以对海洋资源进行实时监测和预警,大大提高了海洋资源的利用效率和安全性。
而通信模块则是海洋监控系统的重要组成部分,它负责监控数据的传输和接收。
目前通信模块主要使用的技术是GSM技术。
GSM技术作为一种成熟的数字通信技术,已被广泛应用于各个领域。
其具有优秀的通信质量和可靠性,尤其适用于海洋监控系统这种需要长距离传输和稳定性要求较高的场景。
本课题旨在通过对基于GSM的海域监控系统通信模块软件的设计和实现,进一步完善海洋监控系统的功能,提高其数据传输的效率和安全性,从而对海洋资源开发和保护做出积极的贡献。
三、研究内容和方法本研究将主要围绕基于GSM的海域监控系统通信模块软件设计展开。
具体研究内容包括:1. 系统架构设计。
本研究将设计基于GSM的海域监控系统通信模块的系统架构。
主要包括通信模块和控制模块两个部分,其中通信模块负责数据传输和接收,控制模块负责控制和管理整个系统。
2. 通信协议设计。
本研究将设计通信模块的通信协议,以确保数据传输的可靠性和安全性。
其中包括数据加密、数据校验和传输协议等方面。
3. 软件实现。
本研究将利用C语言或其他高级编程语言,以及相关开发平台和工具,进行软件实现。
其中将包括通信模块和控制模块的软件实现。
研究方法主要包括理论研究和实验研究两个方面。
理论研究将通过文献资料分析,掌握相关技术和理论知识,为软件设计打下理论基础。
实验研究将通过软件实现和试验验证,检验设计方案的可行性和有效性。
四、预期成果1. 一份基于GSM的海域监控系统通信模块软件设计方案。
2. 完成基于GSM的海域监控系统通信模块的软件实现。
3. 文章一篇,包括研究背景、研究内容、方法和预期成果等。
基于TC35模块的GSM远程控制系统的设计摘要随着GSM(Global System for Mobile munication)移动通信网络的迅速普及和竞争的日益激烈,新技术和新业务的开发和应用已经提到一个十分重要的位置。
短消息业务(SMS)作为GSM 网络的一种基本业务,已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视,基于这种业务的各种应用也蓬勃发展起来。
本文提出了一种基于GSM 短消息的远程控制系统,在给出系统的总体设计的基础上,设计了系统的硬件和软件,并对其应用领域作了一些探讨和研究。
系统以GSM 网络作为远程信号的传输平台。
对GSM 网络体系结构作了详细的讲解,并且着重讲述了对于本课题相当重要的短消息业务的通信原理。
数据的传输方式主要是短消息方式,系统中采用PDU 模式,对短消息的PDU 编码和解码进行详细的讲述。
短消息的接收和发送是通过AT 指令来实现的,讲述了常见的AT 指令及其使用方法。
系统的硬件设计中,对主要硬件TC35 和MSP430F149 单片机及其外围电路进行了详细的讲述。
系统分为两个部分进行设计——控制中心站和远程控制分站:控制中心站硬件包括一台PC 机,GSM 通信模块TC35,两者通过RS232 连接;远程控制分站硬件包括GSM 通信模块TC35,MSP430F149 单片机,显示单元,各种传感器和数据采集与处理单元。
系统的软件设计包括控制中心站软件设计和远程控制分站软件设计。
远程控制分站软件设计中运用IAR 公司为MSP430 系列单片机开发的C430 集成开发环境和C 语言调试器作为程序开发工具,其软件包括单片机初始化、主程序、信号采集中断程序、通过串口的短消息接收和发送程序。
论文的最后部分以GSM 短消息的远程控制系统为基础,结合温度检测技术设计出一套基于GSM 的远程温度控制系统,并给出了此系统应用领域的一些探讨和研究。
关键词:MSP430,GSM,TC35,远程控制,AT指令AbstractAlong with rapid popularization and furious petition of GSM net work ,research and application of new technology and new operation have been mentioned to a quite important position. SMS as a basic service of GSM network has been attented by more and more system operator anddeveloper ,and kinds of applications based on this service have been rapid developed .This paper present a remote monitoring system based on GSM-SMS, this paper first presents the system design as a whole, then presents the hard ware and software design of system, at last presents some discussions and investigation in applying field.In this system GSM network is a medium for transmitting the remote signal, it presents detailed explanation of GSM network‘s system structure and emphasizes the munication principle that is important for the task. The mode of transmitting data is most SMS. PDU mode is used during transmitting SMS. It presents en cording and decoding of SMS PDU mode. Transmitting and receiving SMS is realized by using AT mand. It presents the familiar AT mand and using method.It presents TC35 and microchip MSP430F149 MCU and peripheral circuit during design of system hardware. Hardware of system includes two parts: the monitoring center and the remote monitoring station. It consists of a puter and a TC35 munication module of GSM in the monitoring center .puter and TC35 are joined by RS232. It includes a TC35 munication module of GSM, a MSP430F149 MCU, a display part and a gathering data part.It includes the monitoring center software and the remote monitoring station software in design of system software. The remote monitoring station software is designed with C430 integration developing environment that IAR designed forMSP430 single chip and C-language debugger. It includes single chip initialization and main program and interrupt of gathering signal and SMS receiving and transmitting program through the serial port .In the end of the paper, it presents a remote temperature monitoring system based on GSM, using the designed system of remote monitoring system based on GSM-SMS and technique of measuring temperature. And then presents any discussions and investigation in applying field.Keywords:GSM; SMS; remote monitoring; PDU mode; ATmand;MSP430目录摘要IAbstractII目录IV前言- 1 -1 总体方案与论证- 3 -1.1 设计方案模块- 3 -1.2 无线通信模块- 4 -1.3控制单元模块的选择- 4 -1.4 电源模块的选择- 5 -1.5 系统总体框架- 5 -2 系统硬件模块设计- 7 -2.1 电源及复位电路的设计- 7 -2.1.1 MSP430电源模块的设计- 7 -2.1.2 TC35的电源模块- 8 -2.1.3、复位电路- 9 -2.2 串口通信模块设计- 9 -2.3 GSM模块接口设计- 10 -2.3.1、GSM模块简介- 10 -2.3.2 GSM模块接口设计- 11 -2.3.3 指示灯电路- 12 -2.3.4 SIM卡电路- 13 -2.4 串行存储器的设计- 14 -2.5 采集系统模块设计- 15 -2.6 外部继电器控制模块设计- 16 -2.7 单片机模块的设计- 17 -3系统软件设计- 21 -3.1串口程序设计- 22 -3.1.1串口初始化程序- 22 -3.1.2中断服务程序- 23 -3.2 存储程序设计- 25 -3.2.1写操作- 25 -3.2.2读操作- 27 -3.3短消息程序设计- 29 -3.3.1 AT命令介绍- 29 -3.3.2 短消息的设置- 33 -3.4信息采集控制程序设计- 38 - 总结- 40 -致- 41 -参考文献- 42 -附件- 43 -附件一:系统总电路图- 43 -前言短消息业务(SMS)作为GSM(GlobalSystem for Mobile munication)网络的一种基本业务,以其连接简单、费用低廉、覆盖围广、实现方便等优点得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视,基于短消息业务的各种应用也蓬勃发展起来。
主要以研究GPS接收机为目的,以Zarlink公司的GP2015型电路为核心进行GPS 射频前端设计,其中主要包括二级滤波器和晶体振荡器等外围电路的设计,其关键是计算滤波网络参数以匹配带宽要求及整个电路的布局。
对后端的相关和定位解算进行了相应的介绍,整个模块在GPS接收机中相对独立,可以作为独立的部分来设计。
1 引言典型的GPS接收机主要由4部分组成:天线、射频前端、相关器和导航解算部分。
其中,天线主要负责信号的接收;射频前端负责信号的下变频,在当前的数字化接收机中还包括A/D转换,它是所有后端处理的基础,其信号的品质直接影响接收机的性能,相关器主要负责信号跟踪与锁定的硬件部分,包括各种原始数据和测量数据的输出,并传输给微处理器;导航解算部分主要负责信号的跟踪和锁定的软件部分、数据的解调、伪距的提取以及导航数据的解算,它的处理基础是相关器,所有的原始数据来自相关器。
2 GP2015及其外围电路GP2015是Zarlink半导体公司的超小型射频前端器件,它包含除中频滤波器外的所有从天线接收的L1频段信号到两位数字信号的模块。
其中,中频滤波在片外,分别由一个157.42MHz滤波器和一个35.42MHz声表面滤波器组成,包含在VCO(压控振荡器)中的片上PLL用于产生一个本地的振荡频率来提供给混频器,它的参考信号是来自温度补偿晶振(TCXO)的10.000MHz。
Dynex DW9255是声表面波带通滤波器,用它对GPS信号扩频信号的窄带宽进行滤波,在使用之前应该预先调到GPS二级中频的准确频段35.42MHz和1.9MHz的带宽。
滤波器通带的弱衰减性和阻带的强衰减性有助于改进GP2015的抗干扰性。
GP4020是完整的基于GPS接收机的数字基带处理器,它由一个12通道的相关器和带ARM7TDMI核的微处理器组成。
其中,相关器包含12个独立通道的跟踪模块,每个模块包含所有的跟踪和锁定GPS信号的模块,不是每个通道都必须在跟踪的时候激活,这样可以减少电源的消耗,微处理器部分包含萤火虫MF1微控制器。
GPS模块设计实验报告姓名:何探学号:3090731126 班级:通信09-1班指导教师:杨小平GPS定位系统简介GPS是英文Global Positioning System (全球定位系统)的简称,而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代山美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要LI的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事LI 的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
GPS是英文Global Positioning System (全球定位系统)的简称,而其中文简称为“球位系”。
GPS是20世纪70年代山美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。
其主要LI的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事LI的,经过20余年的研究实验,耗资300亿美元,到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。
Gps III gps卫星星座(空间部分)、地面监控系统(地面控制部分)和gps 信号接收机(用户设备部分)三部分组成。
GPS是伴随现代科技的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星导航和定位系统,不仅具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航、定位与授时能力,而起且具有良好的抗干扰性和保密性。
其作业特点具体体现在如下七个方面。
(1)全球、全天候工作:GPS能为用户提供连续、实时的三维位置、三位速度和精密时间,不受天气的影响。
(2)定位精度高:目前GPS单片机定位精度优于10m,若釆用差分定位,精度可达厘米级和毫米级。
(3)观测时间短:随着GPS系统的不断完善,软件的不断更新,LI前,20km 以内相对静态定位,仅需15-20分钟;快速静态相对定位测量时,当每个流动站与基准站相距在15KM以内时,流动站观测时间只需1-2分钟;采取实时动态定位模式时,每站观测仅需儿秒钟。
东南大学硕士学位论文基于GPS模块与GSM模块的双CPU开发与应用姓名:杨永申请学位级别:硕士专业:信号与信息处理指导教师:钱进20060301第二章系统用到的主要芯片及模块介绍2.3918模块介绍MOTOROLA性能卓越的GSM/GPRS模块G18工业级模块性能稳定、可以在恶劣的环境下长期稳定的工作。
广泛应用于监控、数传、抄表、无线MODEM、环境监测、直放站监控,车载、车辆防盗、油井测控,GPRS远程监控、医疗监护,路灯监控、输油管线监控,电力调度,电力负荷监控等多种产品中。
.外形如右图2-6所示。
MotorolaG18是摩托罗拉嵌入式三频900/1800/1900MHzGsM,GPRS模块。
G18通过28针双排针式插座与外部连接。
28针插座中包括模拟语音输入/输出和数字语音输入,输出接口,外部SIM卡读卡器接口,以及RS.232串行通信接口(3VCMOS逻辑电平)。
由于本实验只用到了数据传输功能,且模块具有内置S1M卡读卡器,所以所有接口中只用到了RS-232串行通信接口.该接口采用串行异步通信方式,能自动识别波特率(300bps、1200bps、2400bps、4800bps、9600bps、19200bps)。
在数据传输模式下,G18的初始化、功能控制以及数据的通信图2--6G18模块都通过RS.232串行异步通信接口进行,因此,该模块与外部的硬件接口相对简单,是标准的RS-232接口接法。
相比之下,该模块使用的通信协议则较为复杂,模块与外部所有的数据和控制信息都通过一套由字符组成的命令串(AT命令集)来完成,而这些命令串就是通过RS-232串行异步通信接口进行传递的.命令串都以特定的字符(AT)开始;以特定的字符结束;中间部分根据命令的类型、长度不定,主要包括下列指令类型:模块管理(模块开,关机,状态检测等)。
语音通信(拨号控制、通信状态报告等),数据、传真控制,短信息功能(短信息的撰写、管理和收发).G18模块是摩托罗拉公司生产的GSM调制解调器,它支持2种操作模式,一种是电路交换数据模式CSD,支持语音、数据、SMS和FA)(业务;一种是分组交换模式GPRS,采用多时隙,支持CSl—cs4编码。
基于ARM的多GPS实时定位算法李华景;王文露;唐莉萍【摘要】为了在资源有限的嵌入式平台上实现低成本和高精度的实时定位,提出了基于ARM Cortex处理器,采用多个普通GPS(global positioning system)提高实时定位精度的算法.通过对多个普通GPS采集到的实时数据进行融合和卡尔曼滤波处理,将得到的定位数据和系统引入作为参考的高精度GPS定位数据进行比较,由特性曲线验证多个普通GPS数据经融合滤波后,发现定位精度有明显提高.该算法具有运算复杂度低、运算时间短的优点,能有效地应用于嵌入式平台,满足低成本和高精度的实时定位要求.【期刊名称】《东华大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2019(045)002【总页数】5页(P285-289)【关键词】GPS;实时定位;卡尔曼滤波;定位精度【作者】李华景;王文露;唐莉萍【作者单位】东华大学信息科学与技术学院,上海201620;东华大学信息科学与技术学院,上海201620;东华大学信息科学与技术学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TP301目前在自主导航、车辆跟踪等领域越来越多地用GPS(global positioning system)实现定位。
普通GPS定位精度差,通常难以满足安全控制的需求,而高精度GPS 虽然定位精度高,但是价格昂贵。
在嵌入式控制系统中为了降低系统成本,同时保证系统具有较高的定位精度,可以采用多个普通GPS进行数据采集,通过对采集的数据进行算法处理以提高定位精度。
文献[1]提出了基于连续分割和非线性优化的启发式算法,通过在两个固定端点之间不断插入顶点,使GPS数据点到这些顶点以及顶点之间线段的平均投影距离最小,实现具有固定端点的多个GPS轨迹数据的信息融合。
该算法复杂度高,不适合环绕轨迹的计算。
文献[2]在文献[1]的基础上提出自适应半径的多GPS数据融合算法,通过自适应半径确定顶点,降低了运算复杂度。
摘要GSM/GPRS与GPS之间灵活的组合和配置,以及软件和硬件客户的个性化定制方案,使UB680模块非常适用于追踪器、防盗短信报警器、监控器、小孩/老人/病人/宠物监护、车载调度等,也可应用于带导航功能的智能手机等手持设备和行业应用中。
文中阐述UB68 0 GSM+GPS模块的构建方法和实现过程,改进了GSM和GPS模块各自独立的解决方案,实现了GSM对GPS的各种控制。
关键词GSM 全球定位导航系统低噪声放大器UB6801 系统简介UB680模块集成了四频GSM/GPRS无线通信模块和GPS接收机模块,系统框图如图1所示。
GSM和GPS两者高度结合,提供了多种灵活的工作模式。
GSM/GPRS和GPS 接收机既可分别独立工作又可由GSM/GPRS控制GPS。
GPS信息可由本地控制和传送,也可空中控制和传送。
60脚板对板连接器将各个功能接口留出,主要包括:GSM电源接口(Power Supply)、GPS电源接口(Power Supply)、ADC接口、GSM串行通信接口(2 Channel UART)、GPS串行通信接口(1 Channel UART)、双通道模拟音频接口(2 Channel Audio)、5×5矩阵式键盘接口(5×5 Keypad Array)、标准SIM卡接口、后备电池(RTC Backup)等。
本身内嵌了TCP/IP协议,支持AT命令扩展,可以实现各种用户个性化定制方案。
图1 系统框图2 软件架构图2 软件框图除了GSM/GPRS通信软件功能和GPS receiver软件外,还有融合二者的GPS数据接收、GPS数据发送、GPS控制和GPRS网络自恢复机制4个部分,如图2所示。
GSM/ GPRS单元使用GSM_UART2接收标准NMEA-0183格式的GPS数据,并且把接收的GPS 数据按照用户AT指令设置指定的传送方式进行本地显示或者传送到第三方接收单元,第三方接收单元按照NMEA-0183标准对接收到的GPS数据进行二次处理。
GSM/GPRS单元可以通过GSM_UART2发送AT指令对GPS单元进行控制,例如控制GPS输出的波特率和汇报时间等。
当选择以GPRS方式传送GPS数据时,可能由于G PRS网络异常、TCP/UDP断开导致GPS数据传送被迫中断,GPRS自恢复机制能够重新连接上GPRS网络、激活PDP和建立TCP/UDP连接,从而最大程度地保证GPS数据传输的连续性和稳定性,为用户提供优质的服务。
3 工作模式3.1 GPS单元与GSM/GPRS单元独立工作模式GPS单元与GSM/GPRS单元的独立工作模式如图3所示。
图3 GPS GSM/GPRS独立工作模式GPS单元与GSM/GPRS单元可以看作是完全独立的两个个体,两者可以脱离对方依赖单独运行。
它是GSM/GPRS单元和GPS模块在硬件上的简单组合。
两者之间在逻辑上无任何关系,GSM/GPRS通过其AT指令串口接受用户的控制。
GPS通过其串口向用户汇报相应的定位信息以及接受用户的各种配置控制。
GPS单元可作为一个独立的实体,且提供一个端口GPS_UART0供用户使用。
GPS_ UART0口既可输出标准的NMEA0183协议的定位信息又可接受用户的控制,输出的定位信息可供GSM/GPRS单元或其他第三方单元使用处理。
通过GPS_UART0口可控制GPS的数据包括以下内容:GPS波特率——2 400、4 800、9 600、14 400、19 200、28 800、38 400、57 600、115 200 bps,启动模式——Cold、Warm、Hot,停止模式——Stop、Sleep,时分区——Hour zone(-11,-10,-9,…,12 ),Minute zone(0、15、30、45),Debug时间间隔配置——0、5000,位置栓——终端显示位置可锁定不变,满足一定越界条件才改变。
GSM/GPRS单元也可视为一个独立的实体,且提供2个串口GSM_UART0、GSM_UART1供用户使用。
GSM_UART1作为Debug口使用,打印调试信息、log信息等;GSM_UART0作为AT指令口使用,回显数据,对指令功能进行设置、执行、测试、查询等。
3.2 GPS单元与GSM/GPRS单元融合工作模式在融合工作模式下,GPS的定位数据传输至GSM/GPRS单元并在该单元中根据用户的配置进行相应的处理,可将GPS数据分别在串口输出(工作模式2)、SMS传输和GPRS 传输(工作模式3)。
传送的数据为标准的NMEA0183数据格式[1](以“$”开头和*cc<LR><LF>结尾,cc为2位十六进制校验和),依照客户的不同需求,可以把GPS截获的数据解析成易于理解的信息。
在该工作模式下传送、控制、串口输出数据等,以满足客户不同的需求。
模块提供了一系列的AT指令并且具有可扩展性,方便用户通过GSM_UART0串口对GPS 单元进行控制和设置,以获取相应的GPS定位信息,并且通过GSM/GPRS单元进行本地回显或者远程汇报。
3.2.1 GPS信息由GSM/GPRS串口输出通过在超级终端中输入图4中的AT指令实现。
图4 PC控制指令AT+PSIPR=115200;设置GPS COM口的波特率为115 200 bpsAT+GPSDATAMODE;设置GPS数据传输模式为1,即GPS数据在GPRS上传输AT+GPSSTART;开始GPS任务3.2.2 GPS信息由GPRS方式传输①打开Server服务器模拟程序。
②设置本地端口号。
③选择监听按钮。
在超级终端对话框内依次输入图5所示命令:AT+CGACT;激活PDP上下文AT+GPSDATACONF;设置GPS数据以GPRS模式传输的网络参数图5 PC控制指令3.2.3 GPS数据通过SMS传输GPS数据通过GSM的短消息形式传输,在超级终端对话框内依次输入图6所示命令:AT+GPSDATAMOD;设置GPS数据传输模式为2,即GPS数据以GSM的短消息形式传输AT+GPSSMSNUM;设置GPS数据以短信方式传输目的号码图6 PC控制指令3.3 GPS数据输出频率控制GPS数据输出,包括通过GSM/GPRS单元的串口输出、SMS输出和GPRS输出。
使用AT命令“AT+GPSOUTFREQ=[NUM]”可改变输出频率。
注:NUM的取值范围为1~65 5 35,单位为s。
4 GPS射频性能调试LNA UPG8231调试中所使用的GPS信号是由Agilent E4438C ESG矢量信号发生器[2]和409 GPS专用模块产生的。
可以生成多达8个实时GPS卫星信号,并可使用预配置的情景文件(包括多普勒频移)对它们进行配置;或将之配置成与真正的卫星轨道保持同步,从而与卫星信号中包含的导航信息相一致。
GPS调试环境:用E4438C矢量信号发生器(E4438C配上选件409 GPS)产生模拟GPS信号送到GPS模块射频输入端,在PC端运行软件SiRFDemo 3.86,用频谱仪A gilent N8973A/N400A(Noise Source)测试噪声系数。
4.1 测试GPS射频指标(1)系统噪声系数SirfstarIII的整个接收回路(参考接收机设计)大约有3.0 dB的系统噪声系数,如表1所列。
表1 系统增益和噪声系数根据公式:F=F1+(F2-1)/G1+(F3-1)/G1G2+(F4-1)/G1G2G3+…F=(Input S/N)/ (Output S/N)计算可得F=2.5+0.06-0.15=2.41式中F表示噪声系数,G表示增益。
(2)LNA的S参数按原V1.0板的匹配情况,LNA在1 575.42 MHz的S参数(S11=-2.8, S21=13.4, S 22=-5.6,S12=-30)性能比较差。
经过仔细调试,得到了LNA的最终匹配电路,如图7所示。
图7 LNA匹配后电路原理GSC3f/LP定位所需要GPS信号的C/N为28 dB以上。
本模块在SiRFDemo3.86软件上测试的性能为:当等效输入功率为-120 dBm时,C/N为49 dB,当输出功率为-136 dBm时,C/N为35 dB。
Coretek自己做的另一款GPS模块用BGA615:-120 dBm时C /N为47 dB,-136 dBm时C/N为32 dB,NF为2.8 dB。
最终LNA在1 575.42 MHz时的S参数为:S11=-14.6 dB,S21=16.7 dB,S22= -6.0 dB, S12=-37.2 dB NF=2.2 dB。
如果考虑焊接到PCB上LNA的输入和输出端的那两条射频小线Cable Loss无法补偿掉, LNA的增益在19 dB左右,LNA的真实NF应该在1.4 dB左右。
表2是对NEC的评估板实测情况(仪器为Agilent N8973A/N400A):表2 NEC UPG8231评估板由于焊接到电路板上LNA的输入和输出端的射频线的插入损耗无法精确估计,从而带来一些测量误差。
考虑到这些测量误差的影响,我们认为设计取得了理想的效果,是比较成功的。
(3)首次定位时间TTFFTTFF如表3所列。
表3 TTFF5 系统设计中的缺陷原因:设计中由于把GPS_TXD1直接连接到GSM_RXD2。
没有考虑到不同的基带芯片之间存在的I/O电平的差异,导致系统运行时存在潜在的不稳定因素。
笔者在hyperlynx V7.7中用LineSim仿真也预见了这种危险。
问题一:当GSM VBAT为0 V时,测量GPS_TXD0的输出(在示波器上观察),同时在串口上测量,发现刚复位时有输出波形,过几十秒后串口无输出。
查询GSM基带芯片手册可知,如表4所列,Pin M5在GSM复位时为高电平。
在刚加电时其状态不稳造成GPS串口无输出。
表4 I/O特性问题二:刚上电时GPS串口无输出,按GPS复位键后有输出。
GSM复位信号的上升时间为800 μs,幅度为4.09 V;GPS复位信号的上升时间为1.44 ms,幅度为1.8 V。
对刚上电GPS无输出这种情况,初步认为是GPS电源部分的上电时序的问题,导致GPS复位不充分(即系统设计中没有复位GPS用的Flash)。