【導讀】.GPRS通用分組無線業(yè)務.人民郵電出版社,2020。《基于MDK的STM32處理器開發(fā)應用》，北京航空航天大學出版社。三．設計（論文）要求：1.分析整個電路的工作原理，2.控制電路設計，列的STC12C5A60S2單片機，制作一個GPS數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的定位終端。系統(tǒng)總體設計方案和控制終端的設計方法及開發(fā)流程。GPS的組成部分、GPS的技術特點等。從該定位系統(tǒng)的功能和結構出發(fā)，6分析比較各。的選取作簡單介紹與分析。硬件電路設計主要包括：單片機電路設計、串口連接電路設計、電源模。塊設計、LED顯示、SIM300電路設計以及GPS模塊電路設計。主要通過C語言來進。軟件程序主要包括：單片機、SIM300、GPS等模塊的初始化程序、LED. 顯示程序以及主控程序。最后闡述了系統(tǒng)測試過程，并給出測試過程中所遇到的問題的解決方案。

　　

【正文】 06,A*54 ●當 GPS 收不到衛(wèi)星信號時， GPRMC 語句輸出變?yōu)椋? $GPRMC,V,N,E,070306,A*54 NMEA0183 規(guī)范還允許個別廠商定義私有的語句格式，這些語句以 “$P”開始，然后是三個字符長度的廠商識別號，跟著是廠商定義的數(shù)據(jù)，接下來的數(shù)據(jù)格式與標準格式相同。如 Garmin 的 PGRME 私有格式如下： $PGRME,M,M,M*8。 其中， “P”代表私有格式， “GRM”是 Garmin 的代碼， “E”表示語句類型。 { , v a l u e }{ , v a l u e }$ a d d r e s s * c h e c k s u m C R L F C h e c k s u m r a n gN M E A P r o t o c o l F r a m e 圖 24 NMEA_0183 協(xié)議幀結構 GPRS 技術介紹 General Packet Radio Service 的英文簡稱 GPRS， 是鼎鼎有名的通用分組無線業(yè)務。GPRS 這個業(yè)務是在當時現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡基礎上面發(fā)展的一種新的業(yè)務， GPRS 的主要功能就是為當時的 GSM 用戶提供額外的數(shù)據(jù)分組服務。 GPRS 和大家都很熟悉的GSM 都是采用相同的無線調(diào)制標準、頻帶、突發(fā)結構、跳頻規(guī)則以及 TDMA 幀結構。GPRS 這樣新的數(shù)據(jù)分組形式與當前的電路交換的話音業(yè)務信道極其相似，因此現(xiàn)有的基站子系統(tǒng) (BSS)從一開始就可提供全面的 GPRS 覆蓋。通用分組無線業(yè)務可 使用戶在點對點的分組模式下進行數(shù)據(jù)的收發(fā)，并且不需要以前交換模式下的網(wǎng)絡資源。這樣的無線分組服務不僅高效而且低成本。 GPRS 的適用的數(shù)據(jù)傳輸模 式是：間斷的、突發(fā)性的、少量的和頻繁的、偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。 本章小結 本章主要介紹了課題設計過程中的核心技術。具體內(nèi)容包括：全球四大定位系統(tǒng) 介紹、四大定位系統(tǒng)之間的差異、 GPS 定位系統(tǒng)相對優(yōu)勢，最后介紹了 和 課題設計 相關的NMEA0183 通訊協(xié)議和 GPRS 的相關知識。 浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 14 第 3 章 系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)功能與組成 本課題研究的對象是一個定位系統(tǒng)裝置，該系統(tǒng)研究設計主要運用了 GPS 技術，GPRS 技術和通信技術。本系統(tǒng)主要通過單片機實現(xiàn)對 GPS 于 SIM300 模塊進行連接，利用串口通信來處理兩個模塊的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)獲取 GPS 的定位信息，然后通過 SIM300模塊把采集的定位信息傳送 給相應的接收端，從而實現(xiàn)遠程定位。 本課題研究設計的遠程定位系統(tǒng)集中了許多技術知識，其中最主要的技術就是單片機的串口操作，因為要想通過單片機對 GPS 模塊或者 SIM300 模塊信息的處理都必須通過串口來進行。為了讓 系統(tǒng)能夠更好地進行工作，所以系統(tǒng)還包括了 GPS 接收模塊，SIM300 信息發(fā)送模塊， LCD 液晶顯示模塊等組成部分。 系統(tǒng)設計方案的選取 能夠?qū)崿F(xiàn)與本系統(tǒng)相同功能的產(chǎn)品現(xiàn)在商場里面也有許多，但是針對不同的客戶需求，所以 GPS 遠程定位系統(tǒng)的性能也不盡相同，各自的開發(fā)環(huán)境也各不相同，但是目前他們的具體實現(xiàn)方案一般都可以歸納成以下幾點： （ 1）高性能的定位系統(tǒng)設計 高性能的定位終端設計一般都是基于 嵌入式系統(tǒng)來開發(fā)設計的，這樣的嵌入式系統(tǒng)硬件結構主要包括：微處理器或處理器、存儲設備、外設器件、圖形處理等設備。軟件組成主要包括：操作系統(tǒng)和應用程序部分。在嵌入式技術高速發(fā)展的時代，不同的嵌入式設備運用的操作系統(tǒng)種類也不盡相 同，并且?guī)缀趺恳环N操作系統(tǒng)都會有自己對應的一套編譯環(huán)境，并且 開發(fā)環(huán)境也相差較大，這對系統(tǒng)的移植提出了許多挑戰(zhàn)，而且開發(fā) 難度較大，相應的開發(fā)周期比較長。開發(fā)嵌入式系統(tǒng)成本相對較高 ,對于以定位導航為主的來說 ,使用嵌入式系統(tǒng)容易造成資源重大浪費。 （ 2）嵌入式 PC 定位系統(tǒng)設計 嵌入式 PC 又稱為單板計算機，嵌入式 PC 主要是將 PC 機上面的必須資源集中到一塊體積相對較小的單板上面而已。這塊單板上面還是集成了微處理器、 I/O 端口、插槽等器材，因此性能與通用的 PC 機沒有什么大差別。嵌入式 PC 機以各種工業(yè)控制機浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 15 為代表，主要針對工業(yè)應用方面的特殊設計，從而達到抗干擾與實現(xiàn)小型化的功能。在實際的開發(fā)應用中可以將嵌入式 PC 看作通用 PC 來進行處理。一般來說 ， 嵌入式 PC機的處理能力強于嵌入式系統(tǒng) ， 而且嵌入式 PC 機的外圍接口相當豐富 ， 開發(fā)時不需要進行外圍電路設計。在結構上 ,嵌入式 PC 機和通用 PC 一樣 ， 支持通用的 PC 操作系統(tǒng) ,通用 PC 上的應用軟件可直接進行下載移植。對于 多數(shù)開發(fā)人員來說 ， 單板機上進行應用程序開發(fā)比較容易掌握 ， 且開發(fā)難度小。相對于單片機和嵌入式系統(tǒng) ， 嵌入式 PC 開發(fā)成本高 ， 體積大 ， 較適用于大型監(jiān)控系統(tǒng)中。 （ 3）單片機實現(xiàn)方案 嵌入式微控制器通常都是稱為單片機， 單片機是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的 中央處理器、隨機存儲器、只讀存儲器、多種 I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的微型計算機系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域廣泛應用 單片機由于具有成本低、控制系統(tǒng)組成靈活方便、調(diào)試方便和維護簡單的特點 ，因此獲得廣泛應用。目前多數(shù)定位導航采用基于單片機的實現(xiàn)方案。 定位導航過程中 ， 定位導航終端需存儲大量的歷史定位數(shù)據(jù) 信息， 一般常用的單片機 (如傳統(tǒng) 8051 單片機 )遠不能滿足存儲要求， 為了能夠正常工作就必須擴展 flash芯片來增加存儲空間，這樣不僅提高了開發(fā)成本 ， 還降低了系統(tǒng)的抗干擾性。而且一般8051 單片機沒有看門狗電路，程序在運行中遇到干擾容易跑飛，更增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。所以本課題準備采用單片機作為主控芯片，為了有更大的 FlashROM，所以選用了 STC12C5A60S 作為主要處理器。 STC12C5A60S 單片機是一塊基于傳統(tǒng)的 51 單片機內(nèi)核來開發(fā)的，降低了開發(fā)設計的難度，再加上這塊單片機擁有 60KB 的 FlashROM,所以這也完全可以滿足我們對存儲的需求。 對這三種設計的方案綜合分析，最終選用了采取單片機控制，這 個方案不僅經(jīng)濟實惠，而且 難度適中 適合初級工作者 設計 。 該系統(tǒng)定位終端硬件模塊的選取 主控制模塊 定位系統(tǒng)設計性能與硬件選 取 有很大關系。根據(jù)上面設計方案的選取，所以主控制芯片選擇了傳統(tǒng) 51 內(nèi)核的 STC12C5A60S2 單片機。選取的單片機與 GPS 接收機共同浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 16 構成了定位終端。整個定位系統(tǒng)的軟件設計程序都存放在這款單片機的存儲器里面。STC12 單片機通過串口與 GPS 接收模塊進行數(shù)據(jù)處理，提取出 GPS 模塊傳來信息里面的定位數(shù)據(jù)，然后顯示在 LCD 液晶顯示屏上面。也可以通過單片機的串口將 GPS 的信息傳輸?shù)?SIM300 模塊里面，并通過 SIM300 模塊編輯短信，并以短息模式將這個定位信息發(fā)送給相應的手機。 定位模塊 定位模塊主要就是對 GPS 信號接收機的選取，通常主要從技術參數(shù)，通信協(xié)議，控制接口和成本幾個方面考慮。日前市場上面大多數(shù)的 GPS 模塊性能都是差不多，基本都支持 16 通道，采用 C/A 編碼。本系統(tǒng)綜合定位精度要求選取了現(xiàn)在主流的 U_blox公司的 U_blox Neo 6M 定位芯片，這個定位精度相對較高，并且價格合理，數(shù)據(jù)傳輸通過串口操作簡單方便，采購的 U_blox Neo 6M 如圖 31 所示。 圖 31 U_blox Neo 6M 實物圖 SIM300通信模塊 為 滿足數(shù)據(jù)能及時傳輸，選 用 了相對常用的短信形式來 進行傳輸，即利用短信形式進行傳輸定位信息。為了實現(xiàn)這一功能， 就應該選擇合適的通信模塊。目前市場上面有許多這樣的 芯片，但 從操作難度，適用性等方面考慮，本次設計選擇了 SIMCOM 公司的 SIM300 模塊，該模塊集成了短信與 GPRS 兩個種不同形式的數(shù)據(jù)傳輸方式，正好也符合本課題的研究需求。 浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 17 LCD液晶顯示屏 顯示界面的選擇空間 很大，選擇的產(chǎn)品也比較多，主要都是看你對顯示界面的要求，可以 選擇 LCD，也可 以 選擇 LED。本次課題由于對顯示界面要求不高，又加上作者有對 LCD 顯示屏有過了解，所以這次選擇了 PCD8544LCD 顯示屏，通常又稱為NOKIA5110。 PCD8544 是一塊低功耗的 CMOS LCD 控制驅(qū)動器，設計為驅(qū)動 48 行 84列的圖形顯示。所有必須的顯示功能集成在一塊芯片上，包括 LCD 電壓及偏置電壓發(fā)生器，只需 很少外部元件且功耗小，使用相對簡單方便。 本章小結 本章主要從系統(tǒng)的功能、組成部分、設計方案的選取以及設計的相 關硬件模塊的選材等，全方面介紹了課題的設計方法與研究方向。使讀者對本課題研究有一個全方面的了解與認識。 浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 18 第 4 章 系統(tǒng)硬件設計 定位系統(tǒng)總體硬件結構 系統(tǒng)主要涉及的模塊有控制中心模塊， GPS 定位模塊， SIM300 通信模塊， LCD 液晶顯示模塊，串口數(shù)據(jù)傳輸模塊等部分組成。其中總體設計框架如圖 41 所示。 主 控 單 片 機G P SS I M3 0 0線 性 電 源 模 塊G P S 天 線 接 口S I M 卡 模 塊 圖 41 總體設計框架 單片機控制模塊設計 系統(tǒng)主要控制 芯片 選 擇 了 STC12C5A60S 單片機，下面簡單 介紹這款單片機的具體性能。 STC12C5A60S2 單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期（ 1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的 8051 單片機，但是速度快 812 倍。內(nèi)部集成了 MAX810 專用的復位電路， 2 路 PWM,8 路高速 10 位A/D 轉(zhuǎn)換。集成了兩個全雙工異步串行口（ UART），這個正好滿足了同時對 GPS 模塊和 SIM300 的操作，符合設計需求。 系統(tǒng)設計過程中，單片機模塊的電路設計原理圖如圖 42 所示。 浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 19 圖 42 單片機模塊原理圖 GPS 接收模塊設計 GPS 接收芯片選擇的是 U_blox 公司的 Neo 6M，該 GPS 芯片獨立的具有高性能的ublox 6 定位引擎 GPS 接收機。這種靈活的具有成本效益接收器采用了 16 毫米微型封裝技術。其緊湊的結構和斷電記憶功能選項，使 NEO6M 模塊非常適用于電池供電的移動設備具有非常嚴格的成本和空間的限制。 50 個通道的 U_blox 6M 定位引首次定位時間小于 1 秒。由于這款芯片只需要對其串口進行操作，所以電路設計也只是選擇這個芯片的兩個串口通過 MAX232 將 TTL 電平轉(zhuǎn)換成 232 電平這樣有利于單 片機的讀取數(shù)據(jù)，具體 電路 設計 原理圖如圖 43 所示。 圖 43 GPS 接收電路原理圖 浙江工業(yè)大學 本科畢業(yè)設計論文 20 SIM300模塊設計 產(chǎn)品概念 SIM300 是一款三頻段 GSM/GPRS 模塊 [29]，可在全球范圍內(nèi)的 EGSM 900MHz、DCS 1800MHz、 PCS 1900MHz 三種頻率下工作，能夠提供 GPRS 多信道類型多達 10個，并且支持 CS CS CS3 和 CS4 四種 GPRS 編碼方案。 SIM300 結構小巧，外形尺寸僅 40mm*33mm*，幾乎可滿足所有對產(chǎn)品尺寸有要求的工業(yè) 應用，比如智能電話，掌上電腦和其他移動設備。 模塊與移動應用設備通過一個 60 引腳的板板連接器相連，它提供了模塊與外設的所有硬件接口，除了 RF 天線接口。 SIM300 內(nèi)部功能模塊有： ? 鍵盤和 SPI 類型的 LCD 接口，方便用戶開發(fā)自己的應用設備。 ? 具有調(diào)試和數(shù)據(jù)輸出兩個串口，幫助開發(fā)人員更容易開發(fā)產(chǎn)品。 ? 雙音頻通道，包含兩個麥克風輸入和兩個話筒輸出，由 AT 指令配置其工作模式。 SIM300 有兩種 RF 天線接口：一種是天線連接器、一種是天線焊點。天線連接器型號為 MURATA MM93292700，或者用戶也可以通 過天線焊點自己焊接天線。 SIM300 具有低功耗設計，睡眠模式下的電流消耗僅為 。 SIM300 內(nèi)部集成了 TCP/IP 協(xié)議棧，并且擴展了 TCP/IP AT 指令，使用戶利用該模塊開發(fā)數(shù)據(jù)傳輸設備變得非常簡單方便。 SIM卡接口及電路設計 SIM 卡接口支持 GSM Phase 1 規(guī)范功能，也支持針對快速 64kbpsSIM 卡的 GSM Phase 2 規(guī)范功能（專為 SIM 卡應用工具箱的運用設計）同時支持 和 卡SIM 卡接口從模塊（正常電壓 ）內(nèi)部調(diào)節(jié)器取電，所有引腳復位時輸 出為低電平，邏輯電平如下表 1 所述。 一款靜電放電裝置，圖中所示的