【正文】 電源 GPRS 模塊整體電路 GPRS 模塊：針對所選用的 GPRS 模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路， GPRS 模塊通過串口與 STM32 處理器的 USART 2 相連，通過 SPI 接口與 SIM 卡相連，并把 GPRS 模塊的語音接口連出來，組成一個功能齊全的電路； 主框圖電路如圖 38 所示： EM310 無線 GPRS 單元SIMCLKSIMIOSIMRSTLPGEM310IGT104C13104C16330RR15104C14MIC2SIMGNDMICBIASMIC1_PMIC1_NSPK_NSPK_PEAR_PEAR_NSIMVCCEM310Batt+26Batt+27Batt+28Batt+29Batt+30GND21GND22GND8GND23GND24NC5SIM_RST4SIM_DATA3SIM_CLK1SIM_VCC2SIM_GND6NC7USB_D9USB_D+10VBUS11NC12LPG13NC14/RXD15NC16/TXD17VDD_RTC18NC19NC20GND25VDD_IO31/RING32/DSR33/RTS34/DTR35NC36/CTS37NC38/DCD39DTU_RST40/IGT41GND42MICN1(MIC2)43MICP1(MICBIAS)44MICP2(MIC1_P)45MICN2(MIC1_N)46EPN1(SPK_N)47EPP1(SPK_P)48EPP2(EAR_P)49EPN2(EAR_N)50EM310ANTU3U2TXU2RXE1AntennaBT1BatteryGNDVCC_4VRINGGNDGNDGNDGND 圖 38 主框圖電路 GPS 模塊硬件設(shè)計(jì) GPS 模塊采用韓國 GSTAR GS92MJ 模塊 ， 韓國 GSTAR GS92MJ 是第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與開發(fā) 27 一個高效能、低耗電的智能型衛(wèi)星接收模塊或稱做衛(wèi)星接收引擎 。當(dāng) VBAT 在位時，實(shí)時時鐘可以通過 VBAT 供電；當(dāng) VBAT 不在位時，VDDRTC 為實(shí)時時鐘提供備用電源。要求外部電源能夠提供 GSM 以最大發(fā)射功率發(fā)射時所需的電流。 EM310 GSM 模塊電源接口管腳定義如表 33 所示： 表 33 電源接口示意圖 管腳號 信號名 I/O 描述 參數(shù) 26～ 30 VBAT P 電源 ～ ，當(dāng)模塊以 最大功率發(fā)射時，電源供電電流將達(dá)到瞬時 左右， VBAT 電壓將會有跌落，但必須保證供電電壓最小值不能低于 。電容要盡可能的靠近音頻連接器燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 放置，避免靜電放電對音頻通路造成損壞。管腳定義如表 32 所示： 表 32 音頻接口定義表 管腳號 信號名 I/O 描述 49 EARP O 第一路音頻輸出信號正端 50 EARN O 第一路音頻輸出信號負(fù)端 45 MIC1P I 第一路音頻輸入信號正端 46 MIC1N I 第一路音頻輸入信號負(fù)端 48 SPKP O 第二路音頻輸出信號正端 47 SPKN O 第二路音頻輸出信號負(fù)端 43 MIC2 I 第二路音頻輸入信號，單端 44 MICBIAS P 第二路 MIC 的偏置電壓 (1) 第一路音頻接口 第一路音頻輸入輸出通道 (MICP、 MICN； EARP、 EARN)，全部為差分信號， PCB 布線時必須滿足差分信號走線要求，并且走線要 盡可能短，避免射頻信號對音頻產(chǎn)生干擾。 表 31 SIM 卡接口定義表 管腳號 信號名 描述 1 SIMCLK SIM 卡時鐘 2 SIMVCC SIM 卡電源 3 SIMIO SIM 卡數(shù)據(jù) 4 SIMRST SIM 卡復(fù)位 6 SIMGND SIM 卡地 為了滿足 3GPPTS 協(xié)議及 EMC 認(rèn)證的要求，建議 SIM 卡座應(yīng)該距離模塊接口較近的位置避免因走線過長，使波形嚴(yán)重變形，從而影響信號的通信。 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 EM310 GSM 模塊在接到短信息時， RING 管腳會輸出 150ms 低電平，波形如圖 32 所示； 1 5 0 m s 圖 32 收到短消息指示 EM310 GSM 模塊在接到語音呼叫時， RING 管腳會輸出 1s 低電平 4s 高電平，周期變化。 DCE 與 DTE 的連接關(guān)系如圖 31 所示 。 EM310 是一款 小體積即插即用 兼容型 GSM/GPRS 通信模塊， 模 塊內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議棧， 硬件兼容 MC55， 可工作在 EGSM900 和 GSM1800 兩個頻率， 該模塊特性如下 [17]： 工作頻段： EGSM900/GSM1800 雙頻 最大發(fā)射功率 ： EGSM900/GT800 Class4(2W) GSM1800 Class1(1W) 接收靈敏度 ： =106dBm 協(xié)議：兼容 GSM/GPRS Phase2/2+ 標(biāo)準(zhǔn) SIM 卡接口（ 或 3V）：兩路模擬音頻接口 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)： GPRS CLASS 10 編碼方式 ： CS1， CS2， CS3， CS4 最大下行速率： 最大上行速率： EM310 GSM 模塊使用 50PIN B2B 連接器接口方式，為外圍設(shè)備提供以下應(yīng)用接口信號： UART 接口、 SIM 卡接口、音頻接口、電源接口、 USB總線接口、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口。 (4) LCD 顯示模塊： 主要涉及 LCD 液晶顯示器和觸摸屏接口的設(shè)計(jì)，采用分辨率為 320x240 的 寸的彩色液晶屏，并具有電阻式觸摸屏，為系統(tǒng)的軟件升級提供支持，提供了一個友好的人際接口，更加人性化， (5) 串口模塊：本系統(tǒng)把 USART 1 通過 max3232 引到 DB9 接口上，提供了一個調(diào)試程序、檢測系統(tǒng)運(yùn)行情況 的手段，還可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，進(jìn)而完成更加復(fù)雜的功能，也為以后的軟件升級提供接口。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 25 電源框圖 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想和框架結(jié)構(gòu)，然后在介紹總體的基礎(chǔ)上分別介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的關(guān)鍵技術(shù)，如 GPRS 的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信原理， GPS 的定位原理和所工作做得環(huán)境與要求，最后介紹了所用到的 STM32處理器的 的主要功能外設(shè)和工 作模式等知識，為下面的軟件和硬件設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。電源控制 /狀態(tài)寄存器 (PWR_CSR)中的 PVDO 標(biāo)志用來表明 VDD 是高于還是低于 PVD 的電壓閥值。 (3) 待機(jī)模式：調(diào)節(jié)器停止供電。當(dāng)主電源 VDD 掉電后，通過 VBAT 腳為實(shí)時時鐘 (RTC)和備份寄存器提供電源。 內(nèi)嵌的自舉程序用于通過 USART1 串行 接口對閃存存儲器進(jìn)行 重新編程。在系統(tǒng)復(fù)位后， SYSCLK 的第 4 個上升沿， BOOT 管腳的值將被鎖存。 表 21 啟動模式 啟動模式選擇管腳 啟動模式 說明 BOOT1 BOOT0 X 0 用戶閃存存儲器 用戶閃存存儲器被選為啟動區(qū)域 0 1 系統(tǒng)存儲器 系統(tǒng)存儲器被選為啟動區(qū)域 1 1 內(nèi)嵌 SRAM 內(nèi)嵌 SRAM 被選為啟動區(qū)域 在系統(tǒng)復(fù)位后， SYSCLK 的第 4 個上升沿， BOOT 管腳的值將被鎖存。外設(shè)寄存器的映像請參考相關(guān)章節(jié)。當(dāng)對 APB 寄存器進(jìn)行 8 位或者 16 位訪問時，該訪問會被自動轉(zhuǎn)換成 32 位的訪問：橋會自動將 8 位或者 32 位的數(shù)據(jù)擴(kuò)展以配合 32 位的向量 [18]。此總線矩陣由四個驅(qū)動部件 (CPU 的 DCode、系統(tǒng)總線、 DMA1 總線和 DMA2 總線 )和四個被動部件 (閃存存儲器接口(FLITF)、 SRAM、 FSMC 和 AHB2APB 橋 )構(gòu)成。 系統(tǒng)總線 ： 此總線連接 Cortex?M3 內(nèi)核的系統(tǒng)總線 (外設(shè)總線 )到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調(diào)著內(nèi)核和 DMA 間的訪問。 四個被動單元 ： 內(nèi)部 SRAM、 內(nèi)部閃存存儲器 、 FSMC、 AHB 到 APB的橋 (AHB2APBx)，它連接所 有的 APB 設(shè)備 ?；拘彤a(chǎn)品的最高運(yùn)行時鐘為 36MHz，增強(qiáng)型產(chǎn)品的最高運(yùn)行時鐘為 72MHz。 Thumb2 在 Thumb 指令集架構(gòu)（ ISA）上進(jìn)行了大量的改進(jìn)，它與 Thumb 相比，具有更高的代碼密度并提供 16/32 位指令的更高性能。 STM32 處理器 目前市場上流行的 32 位微控制器多采用 ARM 處理器核心。 (6) 全天候作業(yè) ： 目前 GPS 觀測可在一天 24 小時內(nèi)的任何時間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等天氣狀況的影響。目前 20km 以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需 1520 分鐘 ； 快速靜態(tài)相對定位 測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在 15km 以內(nèi)時，流動站只需觀測 12 分鐘 ； 動態(tài)相對定位測量時，流動站出發(fā)時觀測 12 分鐘，然后可隨時定位，每站觀測僅需幾秒鐘。 目 前，GPS 技術(shù)在我國道路工程和交通管理中的應(yīng)用還剛剛起步，相信隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、高等級公路的快速修建和 GPS 技術(shù)應(yīng)用研究的逐步深入，其在道路工程中的應(yīng)用也會更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用 [15]。 GPS 在 ITS 中主要應(yīng)用于車輛定位、導(dǎo)航和交通管理，是 ITS 的重要組成部分。在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，最 早 應(yīng)用于軍用定位和導(dǎo)航。 ( =1,2,3,4)tiVi 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 ( =1,2,3,4)iti 分別為衛(wèi)星 l、衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時間。它采用多星高軌第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 11 測距體制，以接收機(jī)到 GPS 衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測量。 控制部分主要由 1 個主控站、 5 個監(jiān)控站、 3 個地面注入站組成，形成一個分 布 在全世界 的 地 面控制監(jiān)視網(wǎng)， 監(jiān) 視著各個衛(wèi) 星的工 作 狀態(tài)。 GPS 系統(tǒng)包括三大部分：空間部分 —— GPS 衛(wèi) 星 星座；地面控制部分一地 面 監(jiān)控系統(tǒng)：用戶 設(shè)備部分 —— GPS 信號接收搬。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 歐洲于 1992 年 2 月提出的獨(dú)立自主研發(fā)的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng) — Galileo 系統(tǒng)將成為第一個民用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有配置、頻率分布、信號設(shè)計(jì)、安全保障及其多層次、多方 位的導(dǎo)航 定位特點(diǎn)，其在 通 信、定 位 精度、信號功率等方面的性能優(yōu) 于 GPS， 目前正在建設(shè)中。目前，俄羅斯已下決心恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)展該系統(tǒng)。 以下是幾種主要導(dǎo)航定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀比較： 目前 GPS 在實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化上處于國際壟斷地位。 世界上最早的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國的子午儀導(dǎo)航系統(tǒng) (1964 年開始運(yùn)行 )。移動臺則必須是 GPRS 移動臺或 GPRS/GSM 雙模移動臺 [8]。 GSM 空中 接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被 GPRS 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。 (6) 接入時間短 分組交換接入時間縮短為少于 1 秒， GPRS 是一種新的 GSM 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入股務(wù)。對于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。 (2) 永遠(yuǎn)在線 由于建立新的連接幾乎無需任何時間 (即無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立呼叫連接 )，因而您隨時都可與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系 。 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 7 O t h e rG P R S P L L M NP D NM SB T SD S CS M S G M S CS M S I W M S CS G S NE I RM S C / V L RH L RG G S NG G S N 圖 22 GPRS網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu)框圖 GPRS 的技術(shù)優(yōu)勢 目前，用手機(jī)上網(wǎng)還顯得有些不盡人意。 GPRS 其實(shí)是疊加在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)的另一網(wǎng)絡(luò)， GPRS 網(wǎng)絡(luò)在原有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了 SGSN（服務(wù) GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、 GGSN（ 網(wǎng)關(guān) GPRS 支持節(jié)點(diǎn)）等功能實(shí)體。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用 [6]。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會更方便容易。 GPRS