基于LEA-5S 與SIM900A 的GPS 短信定位系統(tǒng)

吳祥晨，吳煬杰，潘宇煊

（中國礦業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，江蘇徐州，221116）

0 引言

GPS 稱為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System），最早是由美國從20 世紀(jì)70 年代開始研制，于1994 年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。在軍事上，民用商用上均具有十分重大的意義。

GSM 則稱為全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（Global System for Mobile communication），是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。全球超過200 個(gè)國家和地區(qū)超過10 億人正在使用GSM 電話。

發(fā)展至今，GPS 與GSM 技術(shù)都已經(jīng)各自達(dá)到了一個(gè)較高的水平：GPS 能夠?qū)崟r(shí)感知經(jīng)度緯度、高度、格林尼治精確時(shí)間等豐富信息，并廣泛運(yùn)用于軍事、民用交通(船舶、飛機(jī)、汽車等)導(dǎo)航、大地測量及日常生活等不同領(lǐng)域；GSM 技術(shù)則能夠進(jìn)行語音通信，短信發(fā)送，并在90 年代中期投入商用以來，被全球超過100 個(gè)國家采用。兩種技術(shù)目前都受到了廣泛的應(yīng)用，而該系統(tǒng)正是將兩種技術(shù)，進(jìn)行有機(jī)融合，設(shè)計(jì)出具有能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)的將地理位置信息采集并且通過GSM 短信發(fā)送至特定接收號(hào)碼功能的系統(tǒng)，

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體分為5 個(gè)部分：主控部分，溫度采集部分，GPS部分，GSM 部分和顯示部分。

其 中 對(duì)GPS 部 分 的LEA-5S 與GSM 部 分 的SIM900A 兩個(gè)主部件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與交互的的是STC 公司出產(chǎn)的最新15 系列在應(yīng)用編程（In Application Programming）MCU。IAP15F2K61S2 作為的主控芯片，具有豐富的片內(nèi)資源，以及更快的處理速度，能夠很好的將LEA-5S 與SIM900A 結(jié)合起來。并通過串行通信口RXD 對(duì)空間信息進(jìn)行采集讀入，并且處理數(shù)據(jù)。然后通過TXD 端口將采集的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)化為特殊字符命令串，輸入到SIM900A 部件中，完成短信處理環(huán)節(jié)。

同時(shí)，在具有了獲取信息和短信輸出信息的功能外，該系統(tǒng)利用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器獲取了所處環(huán)境的溫度信息，并通過LCD12864 液晶顯示屏作為顯示部件，實(shí)時(shí)的將各種信息進(jìn)行直觀顯示。增加了系統(tǒng)的人機(jī)交互能力，提高了使用度。

1.1 U-blox LEA-5S 模塊設(shè)計(jì)原理

GPS 主芯片使用瑞士u-blox 公司的LEA-5S 模組，第5 代GPS 接收機(jī)。搭載了高性能的50 通道ublox 5 技術(shù)，超過100萬個(gè)有效相關(guān)器32 通道采集引擎的處理能力使得模組可進(jìn)行大規(guī)模并行搜索。擁有SuperSense @ kickstart 技術(shù)，在信號(hào)微弱時(shí)可加速捕獲GPS 衛(wèi)星信號(hào)。

u-blox GPS 接收機(jī)擁有先進(jìn)的噪音抑制技術(shù)和創(chuàng)新的RF 架構(gòu)，使接收機(jī)的抗干擾能力更強(qiáng)。同時(shí)u-blox GPS 接收機(jī)還提供慣性導(dǎo)航、精確授時(shí)和A-GPS 等技術(shù)。

并且該芯片具有兼容美國GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)和歐盟伽利略衛(wèi)星系統(tǒng)引擎，數(shù)據(jù)刷新頻率可小于1 秒，50 毫瓦的超低功耗和高達(dá)-160 dBm 的SuperSense 跟蹤靈敏度等等優(yōu)異性能。且在價(jià)位上合適，接口電路簡單。

因此選用U- blox5 系列芯片作為GPS 模塊芯片。主要模塊電路設(shè)計(jì)如下，其中將TXD1 與RXD1 引腳，VCC 與GND 引腳引出，方便模塊間的交互。

LEA-5S 會(huì)輸出如下蘊(yùn)含位置信息的數(shù)據(jù)字符串，其中$GPRMC 為最常用信息字符串。

$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77

$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54

（此處省略若干行）......

$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

信息處理時(shí)，通過串行口接收至MCU，并運(yùn)用適當(dāng)?shù)乃惴ㄌ幚慝@取的信息。同時(shí)處理模塊輸入的代碼時(shí)，參照該芯片的規(guī)定的信息格式表，即可從中參照得出相應(yīng)代碼表示的信息的含義。

1.2 利用U-center 軟件調(diào)整芯片參數(shù)

U-center 是一款專業(yè)測試軟件，可以利用串口通過TTL信號(hào)連接LEA-5S 芯片，進(jìn)行如下操作：

1）利用u - center 軟件來修改GPS 模塊的波特率

2）通過單片機(jī)來進(jìn)行模塊的操作

3）休眠模塊的設(shè)定及喚醒

4）u - blox 模塊4Hz 刷新頻率更改

5）u - blox 模塊NMEA 精簡字符信息輸出

而在實(shí)際使用ublox 的LEA-5S 芯片時(shí)，其默認(rèn)初始波特率為9600，因此需要通過軟件進(jìn)行更改波特率至MCU 匹配的波特率。并且初始輸出頻率也過高，不利于采集處理，也應(yīng)該修改輸出頻率，以利于IAP15F2K61S2 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。

圖2 波特率調(diào)整

圖3 輸出頻率調(diào)整

2 SIM900A 模塊設(shè)計(jì)原理

SIM900A 是一款尺寸緊湊的GSM/GPRS 模塊，屬于雙頻GSM/GPRS 模塊，采用SMT 封裝，基于STE 的單芯片案，采用ARM926EJ-S 架構(gòu),性能強(qiáng)大。

因此選用SIM900A 作為GSM/GPRS 模塊的芯片。

并且只需簡單的利用2 個(gè)串行通信管腳和2 個(gè)電源管腳即可實(shí)現(xiàn)短信通信。對(duì)本系統(tǒng)的構(gòu)建起了簡化作用。

發(fā)送SIM900A 的命令字來發(fā)出短信時(shí)，可以在編程軟件中設(shè)置三個(gè)數(shù)組，每個(gè)數(shù)組包含一條AT 指令。

char mode2=0x1a；

其中AT+CMGF=1 代表選擇text 方式發(fā)送英文短信，當(dāng)AT+CMGF=0 時(shí)，則采用PDU 編碼也可以發(fā)送中文短信（此處不述）。而“AT+CMGS=”命令可以設(shè)置系統(tǒng)想要發(fā)送短信所至的號(hào)碼。當(dāng)發(fā)送完這兩個(gè)命令之后，即可發(fā)送GPS 采集的經(jīng)過處理的內(nèi)容信息，再最后輸入0x1a 即可完成發(fā)送。需要注意的是，在每條AT 指令寫完都必須輸入回車，即換行符 ，否則不能完成本模塊功能。

3 主控,溫度，顯示模塊設(shè)計(jì)原理

主控模塊采用STC 公司最新出產(chǎn)的15 系列MCU IAP15F2K61S2。該芯片不需要外部晶振，內(nèi)部時(shí)鐘從5MHZ～35MHZ 可選，片內(nèi)集成高可靠復(fù)位電路，2048 字節(jié)超大的片內(nèi)RAM 以及高速運(yùn)行速度等優(yōu)點(diǎn)。

溫度模塊采用DS18B20 數(shù)字溫度傳感器，采用單總線控制，使用時(shí)，只要按照DS18B20 技術(shù)手冊(cè)規(guī)定的時(shí)序，進(jìn)行讀寫操作即可。

顯示模塊采用LCD12864 液晶顯示屏，可以顯示4 行，每行最多8 個(gè)漢字，16 個(gè)字符。豐富的顯示量，以及可顯示漢字，使系統(tǒng)的人機(jī)交互性大大增加。能夠方便的從液晶顯示屏上直接的目前系統(tǒng)所處的位置的經(jīng)緯度，時(shí)間，速度，還有溫度等信息。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)采用的LEA-5S 芯片和SIM900A 芯片，以及主控芯片IAP15F2K61S2，溫度傳感DS18B20 均是小尺寸，輕重量的芯片，因此整個(gè)短信定位系統(tǒng)整體體積可以壓縮到很小，使的系統(tǒng)小巧精致，攜帶方便，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

[1] 李洪濤.GPS 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)［M］.北京:科學(xué)出版社，1999

[2] 張威.GSM 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化:原理與工程［M］.人民郵電出版社，2010.

[3] 丁向榮.單片微機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.電子工業(yè)出版社，2012.

[4] 朝青.單片機(jī)原理及接口電路 [M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007.