基于GPRS網絡的OFO定位系統設計

崔漢楚　張曦月　陳斯

摘要：鑒于OFO共享單車定位方式的局限性，設計了一種基于GPRS網絡的共享單車的定位系統。設計以MC9S08AW60微控制器為主控單元，利用GPS進行實時定位，通過GPRS進行無線數據傳輸，在手機等移動端準確定位OFO的位置。

關鍵詞：AW60單片機;定位;GPRS/GPS模塊

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0170-02

0 引言

共享單車以其輕快便捷的優勢成為越來越多都市人群短途出行的首選，但其帶來的資源浪費與亂停亂放導致的空間占用卻日益嚴重，通過研究GPS和GPRS網絡的無線數據傳輸對OFO（OFO Sharing Bicycles，小黃車）進行實時定位，可有效防止由OFO的丟失造成的資源浪費及社會問題。

1 總體設計

本系主控芯片采用飛思卡爾MC9S08AW60處理器，GPS/GPRS 模塊采用A9G芯片，由GPS接收器接收衛星定位數據，通過串行通訊的方式，輸入并緩存至微控制器的可讀寫存儲器RAM或外置TF卡中[1]，再通過GPRS傳送位置信息到手機終端，系統總體方案如圖1所示。

2 OFO終端電路設計

OFO終端硬件電路主要由微控制器模塊、GPS/GPRS定位模塊和通訊模塊、電源等模塊組成。其硬件總體結構框圖如圖2所示。其中電源模塊可采用3.7/4.2V大容量鋰電池為微處理器及GPS/GPRS模塊來供電。

2.1 微控制器模塊

系統以飛思卡爾 MC9S08AW60微控制器作為主控模塊，其內部集成的時鐘生成器電路可將系統總線拉高至20MHz，并含有60K Flash空間。AW60用于處理GPS接收到的地理位置信息和時間信息，并通過GPRS發送到移動終端，方便用戶即使獲取位置。

圖3為MC9S08AW60微控制器的最小系統電路，主要包括電源電路、晶振電路、BDM下載電路及復位電路等。

2.2 GPS/GPRS模塊

GPS/GPRS模塊采用安信可的A9G芯片，其芯片圖如圖4所示。A9G是一個完整的四頻GSM/GPRS模塊，它支持GPRS和GPS/AGPS技術，并集成在一個緊湊設計的SMD封裝中，大大節省了客戶開發GNSS（Global Navigation Satellite System，全球導航衛星系統）應用的時間和成本。A9G可廣泛應用于各種物聯網場合，適用于家庭自動化、工業無線控制、可穿戴電子產品、無線位置感知設備、無線定位系統信號以及其它物聯網應用，是物聯網應用的理想解決方案[2]。

GPS是基于24顆人造定位衛星的全球無線定位導航系統，起著隨時隨地提供導航、測量、授時的作用[3]。GPS由三部分構成，一是地面控制系統，包括監控站、主控制站、地面天線。主要功能是收集衛星傳輸的信息以及數據的測量與校正。二是空間部分，由24顆衛星組成，分布在6個軌道平面，使得在全球任何地點與時間都能觀測到衛星。三是用戶設備部分，由GPS接收機和衛星天線組成。主要功能是根據接收機解調出的衛星數據進行定位計算[4]。

GPS定位的基本原理是測量學上的測距交會定點[5]。利用GPS模塊測量出已知位置的衛星到目標的相對位置，然后綜合多個衛星的數據，就可以計算出目標的具體位置，其計算方程如圖5所示。

GPS衛星不間斷地傳送位置數據信息，通過內置在OFO的GPS子系統接收機對位置數據進行管理，生成OFO位置數據，此位置數據可存儲在微控制器內部RAM空間或外圍的TFT卡中。

圖6為TF卡電路，主要用來存儲從衛星接收到的位置數據。圖7為SIM卡電路，用來識別不同OFO的身份信息。

系統將接收到的OFO位置信息通過GPRS與服務器建立網絡連接，按每30秒發送一次數據包，移動終端如手機可通過調用百度地圖或高德地圖接收OFO的位置信息，并在地圖上實時顯示位置信息。

3 系統軟件設計及調試

GPS的調試借助串口調試工具，通過TXD/RXD串口與A9G實現通信。其調試界面如圖8所示。

系統軟件設計主要由AW60微控制器相關代碼、GPS定位程序、GPRS通信程序組成，其流程圖如圖9所示。系統首先對AW60進行初始化，包括時鐘、定時器、串口通信等初始化，然后對A9G進行初始化，使用AT相關指令對A9G進行配置。當OFO接收到GPS數據信息，包括GPS的日期、時間、經緯度、衛星數、定位精度等將這些信息轉換成十進制形式存入微控制器內部RAM或TFT卡中。通過初始化A9G內置GPRS模塊，建立GPRS網絡通訊，使用百度或高德地圖的API實時的在地圖上顯示位置最終在移動終端顯示具體的位置等信息。

4 結語

本設計通過對OFO共享單車位置、狀態進行數據儲存，實現實時監控功能，通過微處理器及GPS/GPRS實現OFO共享單車位置（經度、緯度）等數據的發送和接收，并調用地圖API實現經緯度轉化為實際地點。本設計可以減少共享單車帶來的資源浪費，無論是在用戶體驗上或是企業對OFO后期的維修或回收上都有著重要意義。

參考文獻

[1] 吳瑞坤，賴儒華.基于單片機的全球定位系統設計[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2013，15（3）：143-146.

[2] GPRS系列模組用戶手冊[M].2017，V1.7 Ai-Thinker Inc.

[3] 雷友建.共享單車定位導航系統的研究[J].數字技術與應用，2019，37（2）：102-103.

[4] 王凱，李婉卿.基于GPRS、GPS的電動汽車遠程監控系統的開發設計[J].電子制作，2019（8）：34-35.

[5] 盧燕，王華云.高精度GPS定位研究概述[J].科技創新導報，2012（35）：118-119.