基于BDS和GPRS的智能汽車定位器設(shè)計

方志鵬 王帥 謝正華

摘 要：企事業(yè)單位及高校外來車輛進出頻繁，單位及校園內(nèi)部道路外來車輛隨意停放現(xiàn)象日趨嚴重。為了規(guī)范停車，本文提出了一種基于STM32F103C8T6/MC20的BDS和GPRS的智能汽車定位器。在入口處派發(fā)定位器置于車內(nèi)，出口處回收定位器。如車輛停于禁停區(qū)，系統(tǒng)以SMS方式將汽車定位信息發(fā)送至巡邏保安手機，同時利用GPRS模塊通過TCP/IP協(xié)議將車輛定位信息發(fā)送至保安控制中心的電腦主機，并報警提示。實驗結(jié)果符合預(yù)期，可以很好地對外來車輛進行管控。

關(guān)鍵詞：汽車定位；BDS；GPRS；STM32；MC20

中圖分類號：TP391 文獻標志碼：A

0 引言

目前我國已進入汽車時代，汽車已成為大眾出行的必備交通工具，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，企事業(yè)單位之間的交流，企事業(yè)與高校的交流，高校與高校之間的交流日漸頻繁，加之日趨緊張的停車位問題，外來車輛的停放管理已成為目前各企事業(yè)單位和高校亟待解決的突出問題之一。本文使用ST公司的STM32F103C8T6作為主控制芯片，配合上海移遠通信科技有限公司的MC20模塊，可以實現(xiàn)BDS定位信息的抓取，再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠端主機或以SMS方式將定位信息發(fā)送至手機，并提供相應(yīng)的報警信息?？刂浦行牡闹鳈C根據(jù)上傳的定位信息配合百度地圖即可查看車輛位置，進而作出相應(yīng)處理。

1 總體設(shè)計與整體結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)由MC20模塊、STM32F103C8T6主控芯片、GSM天線、BDS天線、SIM卡槽、3.7V鋰離子電池組成。MC20是上海移遠通信科技有限公司開發(fā)的一款超小尺寸GSM/GPRS/BDS/GPS一體化模塊。體積只有18.7×15.7×2.1，性能穩(wěn)定。模塊采用郵票孔接口方式，裝配可靠方便。支持基站定位，支持BDS/GPS單雙模定位。采用該模塊可將BDS定位信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠端主機，BDS/GPS天線可以根據(jù)需要采用無源或有源連接。MC20還內(nèi)嵌TCP/UDP/HTTP/FTP/PPP協(xié)議，支持數(shù)據(jù)非透明傳輸，使定位器與遠端主機之間的數(shù)據(jù)傳輸變得極其簡單，同時還可實現(xiàn)接打電話、收發(fā)短信。主控芯片STM32F103C8T6通過串口PA2、PA3分別和MC20的TXD、RXD連接，串口工作頻率115200bps，數(shù)據(jù)長度8位，一個停止位，無奇偶校驗。MC20接收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)后經(jīng)由串口傳至STM32F103C8T6，主控芯片處理后得到經(jīng)緯度信息、時間，再由串口回傳至MC20并由GPRS模塊將經(jīng)緯度、時間等信息發(fā)送至遠端主機，或?qū)⑿畔⒁許MS方式發(fā)送至手機。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。

主控制器采用意法半導(dǎo)體的STM32F103C8T6，使用高性能的ARM Cortex-M3 32位RISC內(nèi)核，工作頻率72MHz，64K字節(jié)的高速存儲器，兩個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，37個快速I/O口，所有I/O口均可映射到16個外部中斷且?guī)缀跛卸丝诰С?V信號，支持SWD和JTAG接口調(diào)試，7個定時器，供電電壓2.0V～3.6V，工作溫度-40℃～85℃，具備電源管理單元，可實現(xiàn)低功耗運行，有效減少系統(tǒng)功耗。

MC20是上海移動公司的多功能通信定位芯片，工作電壓3.3V～4.6V，溫度為-40℃～85℃，其最大特點是將定位（BDS、GPS、QZSS）功能和通信功能（GPRS、SMS、語音呼叫）整合在一起，使得硬件最小化，功能最大化。

STM32通過串口PA2、PA3分別和MC20的TXD、RXD連接，串口工作頻率115200bps，數(shù)據(jù)長度8位，一個停止位，無奇偶校驗。

鑒于STM32和MC20的工作電壓，選用與手機通用的3.7V（3000mAh）可充電鋰離子電池，采購方便，成本較低。充電管理芯片采用TPA4056，該芯片是恒流/恒壓線性充電器，內(nèi)部有防倒充電路，無須外部隔離二極管，熱反饋可自動調(diào)節(jié)充電電流，最大充電電流1A，充電截止電壓為4.2V。鋰離子電池經(jīng)SX1308升壓模塊升壓增流后連接MC20電源輸入端，以提供MC20在GSM組網(wǎng)時所需的2A瞬間電流及3.95V工作電壓。同時SX1308的輸出經(jīng)由XC6206P332MR電壓調(diào)整后輸出STM32所需的3.3V工作電壓。

MC20的41腳經(jīng)0歐姆電阻連接GSM微帶天線，特性阻抗為50Ω，極化方式為垂直極化。15腳接BDS天線，本系統(tǒng)采用無源天線，故15腳經(jīng)0Ω電阻后直接與BDS無源天線相連，特性阻抗為50Ω左右。SIM卡槽靠近MC20擺放，信號線長度小于200mm且遠離射頻線和電源線。

3 軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件主要分為各功能模塊初始化、BDS定位信息解析與提取、SMS發(fā)送、GPRS數(shù)據(jù)發(fā)送?？傮w流程如圖3所示。

STM32主控芯片主要初始化中斷，設(shè)置NVIC中斷分組2∶2位搶占優(yōu)先級，2位響應(yīng)優(yōu)先級。初始化串口PA2、PA3，PA2為復(fù)用推挽輸出，PA3為浮空輸入。串口工作頻率115200bps，數(shù)據(jù)寬度8位，一個停止位，無奇偶校驗，無硬件數(shù)據(jù)流控制。

MC20初始化操作MC20開機，對PWRKEY引腳進行控制，對模塊進行開機操作。這里配合看門狗方式進行，先發(fā)送AT指令，如返回“OK”，則表示模塊已正常開機，如果無返回值，必須通過操作PWRKEY引腳進行開機。給PWRKEY引腳一個大于3.3V的上升沿信號，之后發(fā)送AT指令，如返回“OK”，則開機成功，如無返回值，則看門狗復(fù)位，重復(fù)上述操作直至成功開機。

開機成功后開始BDS/GPRS初始化，使用AT指令A(yù)T+QGNSSC=1，使GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）上電并工作在Full on模式；AT+QGNSSCMD=0，”

$PMTK353，0，0，0，0，1*2A”，使GNSS工作在僅BDS搜索模式；AT+CPIN？檢查SIM卡是否在位，返回“READY”表示卡已在位；AT+CREG？檢查GSM網(wǎng)絡(luò)是否注冊成功；AT+CGREG？檢查GPRS網(wǎng)絡(luò)是否注冊成功；AT+QICSGP=1，”CMNET”，接入移動APN；AT+QIDNSIP=0，使用IP連接；AT+QIOPEN=”TCP”，”180.103.187.79”，”20002”，采用TCP方式連接，目標IP地址為180.103.187.79，端口號20002，如返回“CONNECT OK”，則說明已連接成功，可以向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。

SMS初始化需進行如下設(shè)置：①AT+CMGF=1//選擇文本格式；②AT+CSMP=17，167，0，25//設(shè)置文本格式參數(shù)；③AT+CSCS=”UCS2”//選擇16位通用多字節(jié)編碼字符集。

采集BDS定位數(shù)據(jù)，使用AT+QGNSSRD=”NMEA/RMC”指令可以得到BDS定位數(shù)據(jù)，如：+QGNSSRD：$GNRMC，131124.000，A，3130.1379，N，12018.8905，E，2.38，187.29，050217，，，A*7A。其中3130.1379，N，12018.8905，E只是原始數(shù)據(jù)，并不是真正的定位數(shù)據(jù)，還需進行處理才是經(jīng)緯度信息。原始數(shù)據(jù)為經(jīng)度DDDMM.MMMM，緯度DDMM.MMMM。則處理算法為：真實經(jīng)度=DDD+（MM.MMMM）/60，真實緯度=DD+（MM.MMMM）/60。這樣解析出的才是真正的經(jīng)緯度信息，可以發(fā)送至遠端主機配合地圖進行定位，也可以通過SMS發(fā)送至手機。

根據(jù)車輛所處的不同位置，向遠端主機發(fā)送不同的經(jīng)緯度信息，在GPRS初始化完成并與遠端主機建立連接的基礎(chǔ)上，使用AT+QISEND命令觸發(fā)中斷發(fā)送數(shù)據(jù)，延遲100ms后，檢測是否返回“SEND OK”確定是否正確發(fā)送。為了確保數(shù)據(jù)的完整性，使用AT+QISACK查詢是否接收到全部數(shù)據(jù)，返回“+QISACK：100，90，10”，表示計劃接收100個數(shù)據(jù)，已接收90個，還有10個未接收。故當?shù)谌侄螢?表示全部接收完畢。

SMS用于發(fā)送信息到巡邏保安手機，以便可以迅速做出反應(yīng)及時處理違停及定位器未歸還問題。SMS初始化完成后，發(fā)送中文短信，故先獲取手機號的Unicode編碼，使用AT+CMGS=”手機號的Unicode編碼”，之后將短信內(nèi)容轉(zhuǎn)換成Unicode編碼輸入，按發(fā)送即可。

4 系統(tǒng)測試

在入口處向每輛進入廠/校區(qū)的車輛派發(fā)智能汽車定位器，定位器實時采集定位數(shù)據(jù)并由GPRS向遠端主機發(fā)送，同時根據(jù)車輛所處位置選擇性發(fā)送短信給巡邏保安所需處理的問題。短信發(fā)送間隔較長，無需進行穩(wěn)定性測試。針對定位數(shù)據(jù)需實時采集并由GPRS通道發(fā)送，故需對本系統(tǒng)的GPRS發(fā)送與接收進行穩(wěn)定性測試，表1列出采集發(fā)送次數(shù)與接收延遲時間及所占比例關(guān)系。采集發(fā)送200次，延遲時間在3s內(nèi)的占96.5%，測試結(jié)果表明本系統(tǒng)通信延時較低且成功率高，能滿足對定位信息實時采集并發(fā)送的實際需求。

結(jié)語

根據(jù)企事業(yè)單位及高校對外來社會車輛的實際管理需要，本文設(shè)計了基于STM32/MC20的BDS和GPRS的智能汽車定位器，并進行了實際測試，結(jié)果表明本系統(tǒng)安全穩(wěn)定，且實時定位數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送能夠滿足實際需要。另外本系統(tǒng)還可加入基站輔助定位、AGPS輔助定位，以提高定位速度與精度，加入語音提示功能，使該智能汽車定位器更加成熟更加完善。

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