采用GPRS技术的车载卫星定位系统及实现分析

采用GPRS技术的车载卫星定位系统及实现分析

王锐成

海华电子企业（中国）有限公司510656

摘要：介绍一种采用GPRS（GeneralPacketRadioServic）技术作为GPS车载卫星定位系统的无线数据传输链路的方法，有效地解决了因为GSM（GlobalSystemforMobileCommunications）技术的传输速率限制，所以无法实时传送车辆定位信息的问题。阐述了GPRS-GPS车载卫星定位系统的组成结构和工作原理，并介绍了承载GPRS的ARM（AdvancedRISCMachines）嵌入式硬件平台的设计和软件TCPIP以及PPP等网络协议栈的建立。

关键词：通用无线分组服务；全球定位系统；ARM嵌入式系统

一旦各城市的公交车和出租车项目启动，特别是长途运输车辆的应用实施，车载定位导航市场将出现爆发性增长的势头。以长途运输为例，我国有430万辆的货运车和170万辆的客运车，这是GPS在物流运输管理上能发挥重大作用的领域，其应用市场需求迫切，潜力巨大。

基于GSM网络的车辆定位系统利用GSM网络的短信服务发送卫星定位信息，这样做系统容易实现，可以基本实现车辆的定位功能。但是由于GSM网络的传输能力有限（只有9.6kbps），短信发送一次所承载的信息量及其有限，不能满足实时监测的要求。因此，在GPRS出现之后，车载卫星定位开始转向基于GPRS的开发与应用。GPRS是通用分组无线业务的简称，是GSM网络的升级版，也被称作2.5G网络。GPRS已经成为在现有的基础设施中以最少的投入、实现投资利润最大化的一种最佳解决方案。GPRS的技术特点表现在：移动数据传输速率高，最高可达171.2kbps；呼叫建立快，只要手机登陆GPRS网络就可以一直在线；收费低，GPRS按流量收费，而且可以包月；支持突发、连续、高速和低速数据业务。基于GPRS的车载卫星定位系统有着可实时监测、通信费用低，永远在线等优点，有着广泛的应用前景。

1系统组成及结构

GPRS车载卫星定位系统由GPRS车载系统、GPRS无线网络和监控中心3个部分组成。GPRS车载系统包括ARM嵌入式系统，GPS卫星接收模块，GPRS无线通信模块以及各种扩展子卡。GPRS无线链路基于移动公司的GPRS移动通信公众网，包括MSC基站控制器，SGSN业务支撑节点，GGSN网关支撑节点。监控中心包括网关和信息服务器。

车载卫星定位系统的数据流程，首先由车载系统设备上的GPS卫星接收模块采集到GPS卫星数据，经过数据处理得到车辆的地理坐标信息，该信息通过车载系统的处理之后，由GPRS无线通信模块发送到GPRS无线通信网上。GPRS网络根据相应的协议在车载系统和接入Internet的监控中心之间建立一条支持TCP/IP的数据通道。监控中心把通过这条数据通道传送来的车辆位置数据通过数据库和WebGIS技术显示在电子地图上。监控中心还可以通过该通道向下发送控制命令和服务信息。因此，除了车辆定位之外，系统还可以提供诸如防盗、防抢，医疗求助，移动电话等多种服务。

2系统的硬件设计

2.1电源模块的设计

系统中的各个模块对电源的要求不同，系统需要提供5～9V的电源。其中单片机对电源要求较低，工作电压4.5～5.5V，电流峰值50mA；GPRS模块对电源的要求是3.3～4.8V。尤其在GPRS模块进行上行链接和发送频繁而引起电压衰落的时候，电源必须要提供2A的峰值电流，而电压不能低于3.3V。否则，GPRS模块无法正常工作；GPS模块需要两路单独的电源供电。一路为GPS模块的射频信号电路提供电源，一路为基带信号电路提供电源。这样做是因为射频电路对电源电压波纹的控制要求极高，电源电压的峰-峰值要小于2mV，如果射频电路与基带电路共用一路电源，那么射频电路会受到基带电路的干扰。

2.2GPS模块

GPS模块选Fastrx公司的iTtax02GPS接收模块。该模块有着体积小、功耗低的特点。模块的体积只有26mm×26mm×4.7mm，通过一个40针的接插件与车载终端主板连接。可以有效减小车载终端的主板面积。模块的外围电路简单，通过UART接口与单片机进行通信。考虑到射频接口问题，模块RF信号的线的阻抗要求为50ohm，在PCB材料为FR4，PCB厚度为0.8mm的情况下，接口到天线的走线宽度应为16mm。

2.3GPRS模块

GPRS模块选用西门子公司的MC35i。MC35i通过40针的ZIF接口与主板相连。接口的1-5脚为电源，6-10脚是地线，15脚是IGI模块启动信号，31脚是关闭信号。16-23脚是RS232接口，单片机就是通过这个接口与MC35i进行通信，控制MC35i的工作。25-29脚与SIM卡相连。32脚是模块的工作状态指示信号，通过这个信号控制一个发光二极管我们可以很容易观察MC35i的工作状态。

2.4核心控制模块

处理核心选用8位低功耗微控制器ATmega128L，具有片内128KB的程序存储器，4KB的数据存储器和4KB的E2PROM。它具有53个通用I/O口线、32个通用工作寄存器、实时时钟RTC、2个USART、8通道10位ADC、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、与IEEE1149.1规范兼容的JTAG测试接口，此接口同时还可以用于片上调试，以及6种可以通过软件选择的省电模式。其中使用了RXD0引脚接收HOLUXGR-85传送的GPS数据，并对数据是否有效进行判断。通过TXD1口把有效数据发送给GPRS模块。考虑到单片机内部的Flash存储空间较小，可利用ATmega128L的SPI口进行存储扩展，对有效的数据进行保存。这里使用的是华邦W25X40A串口数据存储芯片。

3软件设计

软件系统的设计方案吸收了网络通信协议的分层处理思想，以uClinux操作系统作为系统的资源平台，自底向上依次构建适配驱动层，PPP链路层，IP网络层和业务应用层。Windows操作系统作为系统的资源平台，向下负责管理硬件系统提供的各种资源，向上为各个层次协议软件提供数据通信接口，共享信息以及进程管理等。适配驱动管理各种硬件设备。链路层PPP协议程序利用硬件系统提供的物理介质，实现点对点连接，承载网络层的IP数据包。网络层软件支持TCP和UDP两种通信方式，针对不同的应用采用不同的连接。应用层软件完成针对业务需要的处理。要想利用操作系统提供的软件资源，首先要把操作系统移植到硬件平台上，这其中包括建立交叉编译环境，编译操作系统内核，操作系统的加载运行等等。

建立交叉编译环境，就是要在宿主机上安装标准Linux操作系统，如RedHatLinux，并要确保计算机的网卡驱动、网络通信配置正常。由于uClin-ux及它的相关开发工具集大多都是来自自由软件组织的开放源代码，所以在软件开发环境建立的时候，大多数软件都可以从网络上直接下载获得。下载到的软件通过rpm命令来安装。把交叉编译器安装到了宿主机以后就可以用交叉编译器arm-elf-gcc编译操作系统内核和用户应用程序了。

结语

文中介绍的车载卫星定位系统以GPRS移动公众网为无线数据通信平台，充分发挥了通用分组无线业务传输速率高、系统延时小的特点，有效地克服了传统的基于GSM技术的车载卫星定位系统存在的实时性差和运营成本高等缺点。随着GPRS网络服务的进一步完善，采用GPRS技术的车载卫星定位系统将向支持远程电子地图更新，实时图像通信等方向发展，其应用前景将更为广阔。

参考文献

[1]顾肇基.GSM网络与GPRS[M].北京：电子工业出版社，2001.

[2]李华贵.微型计算机技术及应用[M].北京：科学出版社，2005.

[3]文志成.通用分组无线业务—GPRS[M].北京：电子工业出版社，2004.