侵權投訴

基於微控制器的GPS+GPRS模塊實現數據追蹤系統的設計

電子設計 2021-01-20 09:53 次閲讀

1引言

隨着GPRS無線通訊、Internet網絡以及民用領域GPS的普遍應用,將三者合一使用已成為當今熱門的研究領域。

GPRS(GeneralPackedRadioService,通用分組無線業務)採用TCP/IP協議,非常容易和現有的Internet技術及應用平台整合,即將各種IP技術和服務同移動通信技術相結合,為用户提供各種高速度、高質量的移動數據通信業務。GPRS的移動通信、價格低廉、快速登陸、永遠在線、組網靈活、信道保障、小功率防雷擊等特點使得GPRS已逐漸取代GSM網絡。

GPS(GlobalPositioningSystem,全球定位系統)除了更多地應用於高精尖端測量、測繪及導航領域外,也更多地推動了其在低成本、低精度的民用小型GPS設備領域的發展和使用。GPS收發機的主要任務就是捕獲一定高度截止角所選擇的待測衞星的信號,同時對接收到的GPS信號進行變換放大和處理,解譯出GPS衞星所發送的導航電文,最終實時計算出該觀測站的三維位置、三維速度和時間。

整個系統方案如圖1所示,帶有兩個串口的微控制器一方面獲取來自GPS接收模塊的導航數據,另一方面將這些數據經過適當處理後轉換為GPRS可以傳送的數據,並通過網絡送入控制中心,當用户需要獲得相應的追蹤數據時,通過網絡訪問即可。

基於微控制器的GPS+GPRS模塊實現數據追蹤系統的設計

2總體方案

基於微控制器的GPS+GPRS系統,主要由以下幾個部分組成:微控制器模塊、GPS+GPRS模塊、鍵盤及LCD顯示屏等附件。其基本原理框圖如圖2所示。

MCU通過兩個串口接收和發送信號到GPS和GPRS模塊,MCU通過串口0中斷接收GPS發出的狀態信息(包括三維位置、三維速度、時間、航向等)並保存,經軟件打包後通過串口1發送到GPRS模塊。GPRS模塊受MCU控制將此信號轉換為射頻信號GPRS網絡並連接Internet網絡。Internet用户通過連接相關網站,或手機用户通過編寫指定格式的短信,發送消息給GPRS模塊,GPRS模塊通過串口1將信號送入MCU,MCU發出接受信號鈴聲並根據約定協議自動顯示相應信息,鍵盤操作簡單,可以方便地切換顯示信息。

3硬件選型

該系統在選型時,在滿足使用要求的基礎上,主要的選擇目標是體積重量小、能耗低的產品以滿足室外使用和便於老人小孩攜帶的要求。

3.1MCU

MCU選用超低功耗型MSP430系列16位單片機MSP430F149,片內有豐富的外設,可實現異步、同步及多址訪問的串行通信接口(USART0~1)以及液晶顯示驅動模塊,最多可達6×8條I/O線,工作電壓為1.8~3.6V。5種低功耗模式的體系結構,使得該微控制器在便攜式測量等應用場合非常理想地延長了電池的使用壽命,省電模式下中斷喚醒只需6μs。

3.2XT55GPS+GPRS模塊

XT55是Siemens推出的第一款也是目前的惟一一款集合了三頻GSM/GPRS和GPS接收器的模塊。預先配置的功能和超級緊湊的尺寸(體積53×34×5.1mm3重11g)使其十分易於集成在新的小巧型的應用設備中,節省了大量的時間和費用來做額外的硬件集成。可用於傳輸短信、語音、傳真,用於數據傳輸時最大理論傳輸速率可達85.6kb/s,缺省值為14.kb/s,工作電壓為3.3~4.8V,XT55內置GPS接收器,能決定其當前的位置、速度、航向。這些數據可以由MCU保存,也可以直接發送到一個操作中心。

4系統構成

4.1硬件設計

硬件設計上主要是MCU與XT55所集成的兩個模塊之間的串口連接。其中GPRS模塊與微控制器之間的通信協議是AT命令集,除處理串口發送、串口接收之外,微控制器與GPRS模塊之間還有一些硬件握手信號。

硬件連接完成後,在進行GPRS上網操作之前,首先要對GPRS模塊進行一定的設置,主要的設置工作有:設置通信波特率,一般設置為19200b/s,無奇偶位,一位停止位;設置接入網關,通過AT+CGDCONT=“1”,“IP”,“CMNET”命令設置GPRS接入網關為移動夢網;設置移動終端的類別;測試GPRS服務是否開通。

4.2軟件設計

程序中所有代碼都是由C語言編寫的,並採用分層結構,從底往上分別為串口驅動層,網絡設備驅動層、PPP協議層、uIP協議層、應用層。上層函數的實現需要應用到底層函數,最終完成應用層任務,即傳送數據。

PPP(Point-to-PointProtocol)是為在同等單元之間傳輸數據包這樣的簡單鏈路而設計的,這種鏈路提供全雙工操作,並按照順序傳送數據包,為基於各種主機、網橋和路由器的簡單連接提供一種共通的解決方案。

PPP數據幀格式如下:

標誌Flag:表示一個幀的開始和結束;

地址Address:標準的廣播地址;

控制Control:用户數據採用無序幀方式傳輸;

協議Protocol:標誌封裝在幀的數據域中的協議類型,通過確定幀序列的結尾,為FCS域留出兩個字節,便可確定數據域的結尾:0xC023為網絡認證數據報;0xC021為鏈路控制數據;0x8021為網絡控制數據;

幀檢測序列FCS:差錯控制。

4.2.1uIP的體系結構

瑞典計算機科學研究所AdamDunkels開發的uIP0.9是一種TCP/IP協議棧,資源佔用少是他的設計特點,尤其適用於8/16位單片機。他去掉了許多全功能協議棧中不常用的功能,而保留通訊所必須的協議機制,其設計重點放在IP,ICMP和TCP協議的實現上,將這3個模塊合為一個整體,而將UDP和ARP協議實現作為可選模塊。uIP的體系結構如圖3所示。

uIP處於網絡通訊的中間層,上層協議在這裏被稱為應用程序,而下層硬件或固件被稱為網絡設備驅動。顯然,uIP並不僅僅是針對以太網設計的,他具有媒體無關性。

4.2.2uIP的設備驅動程序接口

uIP內部有兩個函數直接需要底層設備驅動程序的支持:

一個是uip_input()。當設備驅動程序從網絡層收到一個數據包時,要調用這個函數,設備驅動程序必須事先將數據包存放到uip_buf[],包長放到uip_len,然後交由uip_input()處理。當函數返回時,如果uip_len不為0,則表示有帶外數據(如SYN,ACK等)要發送。當需要ARP支持時,還需要考慮更新ARP表或發出ARP請求和迴應。

另一個需要驅動程序支持的函數是uip_periodic(conn)。這個函數用於uIP內核對各連接的定時輪循,因此需要一個硬件支持的定時程序週期性地用他輪循各連接,一般用於檢查主機是否有數據要發送,如有,則構造IP包。

4.2.3uIP的應用程序接口

為了將用户的應用程序掛接到uIP中,必須將宏UIPAPPCALL()定義成實際的應用程序函數名,這樣每當某個uIP事件發生時,內核就會調用該應用程序進行處理。如果要加入應用程序狀態的話,必須將宏UIP_APPSTATE_SIZE定義成應用程序狀態結構體的長度。在應用程序函數中,依靠uIP事件檢測函數來決定處理的方法,另外可以通過判斷當前連接的端口號來區分處理不同的連接。

5結語

整個模塊撥號上網只需3~5s,平均上網速度已經達到33~36kb/s。數據上傳速度可以達到每秒2~2.5kB,最高峯值可以達到8kB,完全可靠地實現了短消息服務和一些文本信息傳遞。移動目標GPS數據、指令及相關應用情況下的報警數據均可通過GPRS網絡傳送到監控中心。該系統的便攜性和方便使用的優點,也可應用到需要對移動物體進行遠程監控和調度的領域中。

責任編輯:gt

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NCP4626 LDO穩壓器 300 mA 高PSRR 帶反向電流保護

6是一款CMOS 300 mA低壓差線性穩壓器,具有3.5 V至16.0 V的寬輸入電壓範圍,低電源電流和高輸出電壓精度。使用ECO模式選擇器引腳,器件可以在低功耗模式下工作,以降低靜態電流或快速模式,從而實現更好的瞬態響應和更低的壓降。 NCP4626適用於VOUT引腳電壓高於VIN引腳電壓的應用,因為它可以防止反向電流。該器件的最大輸入電壓容差為18.0 V,輸出端帶有或不帶自動放電功能,可選擇XDFN,SOT89和SOT23封裝。 特性 優勢 工作輸入電壓範圍:3.5V至16.0V 寬輸入電壓範圍 輸出電壓範圍:2.0V至15.0V(步長為0.1V) 提供130多種輸出電壓選項 低靜態電流6 uA典型值。低功耗模式 電池供電應用的最佳選擇 高PSRR:1kHz時為60 dB PSRR和靜態電流之間非常好的折衷...
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NCP4626 LDO穩壓器 300 mA 高PSRR 帶反向電流保護

NS5S1153 具有負擺動功能的DP2T USB 2.0高速/音頻開關

53是一款DPDT開關,用於組合真地接地音頻和USB 2.0高速數據應用。它允許便攜式系統使用單個端口傳輸來自外部耳機的USB數據或音頻信號;耳機; 2個通道符合USB 2.0,USB 1.1和USB 1.0。該開關能夠傳遞低於地電壓2伏的負電壓信號。該器件在音頻端口上配有分流電阻。當音頻通道關閉時,這些電阻器會接通,併為音頻線路上可能產生的任何電荷提供安全的接地路徑。這樣可以減少音頻系統中的Pop和Click噪音。 NS5S1153還配備了VBUS檢測電路,以便在VBUS上檢測到電壓時立即切換到USB模式。 NS5S1153採用節省空間的超薄型1.4 x 1.8 x 0.5 mm 10引腳UQFN封裝。 特性 優勢 2:1高速開關 從單個USB插座複用音頻或高速數據路徑 5.25 V耐受公共引腳 支持任何短路到V BUS 820 MHz的高帶寬 所有頻道都支持USB2.0,USB1.1,USB1.0 能夠在R / L通道上將負擺動信號降至-2 V 可以將音頻真實接地放大器連接到微型USB耳機 1.8 V兼容控制引腳和V BUS 檢測c ircuitry 自動或手動切換頻道 音頻通道分流電阻器 彈出並單擊降噪 超...
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NS5S1153 具有負擺動功能的DP2T USB 2.0高速/音頻開關

NCN1154 DP3T數據開關 USB 2.0高速/音頻 具有負擺動功能

4是一款DP3T開關,用於組合真地音頻,USB 2.0高速數據和UART應用。它允許便攜式系統使用單個端口傳輸來自外部耳機的USB數據或音頻信號; 3個通道符合USB 2.0,USB 1.1和USB 1.0。該開關能夠傳遞低於地電壓2伏的負電壓信號。 NCN1154在音頻端口上具有分流電阻。當音頻通道關閉時,這些電阻器會接通,併為音頻線路上可能產生的任何電荷提供安全的接地路徑。這減少了Pop&單擊音頻系統中的噪音。該器件具有擴展的V CC 範圍,可以在高達4.2 V的V CC 下工作,同時將真正的接地音頻信號傳遞至-2 V. 特性 優勢 3:1高速開關 多路複用音頻或高速數據或UART信號路徑一個USB插座 公共引腳上的5.25 V容差 支持任何短片到V BUS 高帶寬820 MHz USB2.0,USB1.1,USB1。 0能夠在所有通道上運行 能夠在R / L通道上將負擺幅信號降至-2V 可以將音頻真實接地放大器連接到微型USB耳機 1.8 V兼容控制引腳 GPIO低壓控制 音頻通道分流電阻器 彈出並單擊降噪 超低THD 最小音頻失真 應用 終端產品 單個連...
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NCN1154 DP3T數據開關 USB 2.0高速/音頻 具有負擺動功能

FPF2283C 28 V / 7 A額定OVP 具有超低導通電阻開關和濕度檢測

3C是一款超級OVP,具有由外部邏輯引腳或I2C接口控制的超低導通電阻單通道開關。該器件包含一個N-MOSFET,可在2.8V至28V的輸入電壓範圍內工作,並可支持最大10A的連續電流。當輸入電壓超過過壓閾值時,內部FET立即關閉,以防止損壞受保護的下游組件。在檢測模式下,內部電流源和ADC可用於計算VIN上的電阻以進行濕度檢測。 FPF2283CUCX採用小型20凸塊WLCSP封裝,可在-40°C至+ 85°C的自由空氣温度範圍內工作。 特性 Over-電壓保護高達+28 V 內部低RDS(on)NMOS晶體管:典型值7.5 mohm 可編程過壓鎖定(OVLO): - 可通過ADJ引腳進行外部調節 - 可通過I2C接口編程 設備的低電平有效使能引腳 超快速OVLO響應時間:典型值50 ns I2C與系統通信 用於VIN上水分檢測的8位ADC 短路保護和自動重啓 結束温度保護(熱關斷) 基於IEC61000-4-5的+40 V浪湧能力 基於IEC61000-4-2的系統級ESD - 8 kV接觸放電 - 15 kV氣隙放電 強大的ESD性能 - 3.5kV人體模型(HBM) - 1kV充電設備模型(CDM) ...
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FPF2283C 28 V / 7 A額定OVP 具有超低導通電阻開關和濕度檢測

NCV8560 LDO穩壓器 150 mA 超低壓差

0低壓降(LDO)線性穩壓器可在固定電壓選項下提供150mA輸出電流,或5.0 V至1.250 V的可調輸出電壓。專為電池供電系統而設計,適用於汽車應用。它提供高性能功能,如低功耗操作,快速使能響應時間和低壓差。該器件設計用於低成本陶瓷電容器,採用DFN6,3x3封裝。 特性 優勢 輸出電壓選項:可調,1.5 V,1.8 V,2.5 V,2.8 V ,3.0 V,3.3 V,3.5 V,5.0 V 在電池壽命即將結束時保持完全運行。 150 mA時UltraLow壓差為150 mV 可針對所有系統電壓進行自定義。 可調節輸出外部電阻從5.0 V降至1.250 V 系統上電速度更快。 快速啓用15us的Turnon時間 適用於多種系統。 出色的生產線和負載調節 防止系統重啓和虛假性能。 在所有操作條件下,高精度高達1.5%的輸出電壓容差 可預測的系統性能。 沒有旁路電容的50 uVrms的典型噪聲電壓 對環境有益。 寬電源電壓範圍工作範圍 保存外部分壓器。 汽車和其他需要現場和控制變更的應用的NCV前綴 應用 終端產品 汽車娛樂系統 噪聲敏感電路VCO,RF階段等 汽車收音機和衞星接...
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NCV8560 LDO穩壓器 150 mA 超低壓差

NCV8752 LDO穩壓器 200 mA 超低壓降 超低Iq 高PSRR 超低噪聲

敏感應用和精密儀器需要非常乾淨的電源。 NCV8752是一款200mA LDO,為工程師提供非常穩定,精確的電壓,具有超低噪聲和高電源抑制性能。該器件不需要任何額外的噪聲旁路電容即可實現超低噪聲水平。為了優化電池供電應用的性能,NCV8752採用自動低功耗功能實現超低靜態電流消耗。 特性 優勢 輸入電壓範圍:2.0V至5.5V 非常適合低壓應用 可用固定輸出電壓選項:0.8V至3.5V Sub -bandgap輸出電壓可用 2%輸出電壓在負載/線路和温度條件下的準確度 確保精確的輸出電壓 超低輸出噪聲:典型值。 11uVrms 非常適合噪音敏感的應用。 超低靜態電流:典型值。 10uA 在輕載條件下提高效率 啓用/關閉引腳功能 允許轉彎使用邏輯I / O信號打開/關閉穩壓器 有源輸出放電 快速輸出電壓關閉 電源良好輸出標誌 提供輸出電壓監控功能 保證輸出電流:200mA 應用 終端產品...
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NCV8752 LDO穩壓器 200 mA 超低壓降 超低Iq 高PSRR 超低噪聲

NCP6922C LDO穩壓器 雙通道 4通道PMIC 雙DC-DC轉換器

2C是安森美半導體迷你電源管理IC系列的一部分。它經過優化,可提供電池供電的便攜式應用子系統,如相機功能,微處理器等。該器件集成了兩個高效率800 mA降壓DC-DC轉換器,具有DVS(動態電壓調節)和兩個低壓差(LDO)穩壓器在4x4 mm 20引腳WQFN封裝中。 特性 優勢 超低靜態電流(典型值82 uA) 節省電池壽命 I 2完全可編程 C 提供設計靈活性 兩個低噪聲,低壓差穩壓器,可編程輸出電壓1.0 V至3.3 V,50 mV步進,2 x 150 mA和輸出電流能力,50 uVrms典型低輸出噪聲 提供設計靈活性 兩個DC-DC轉換器,效率95%,可編程輸出電壓0.6 V至3.3 V,12.5 mV步進,800 mA輸出電流能力 應用 終端產品 電池供電應用電源管理 核心電壓低的處理器電源 相機模塊 外圍子系統 USB供電設備 遊戲系統 數碼相機 機頂盒框 GPS 車載信息娛樂 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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NCP6922C LDO穩壓器 雙通道 4通道PMIC 雙DC-DC轉換器

NCP571 LDO穩壓器 150 mA 超低Iq 低輸出

固定低壓差(LDO)線性穩壓器專為需要1.2 V或更低電壓軌的應用而設計。這款LDO非常適用於需要低靜態電流的手持通信設備和便攜式電池供電應用,因為NCP571系列具有4.0 uA的超低靜態電流。該器件集成了電流限制和過温保護電路。 NCP571設計用於低成本陶瓷電容器,需要0.1 uF的最小輸出電容。該器件採用TSOP 5或2x2.2mm DFN封裝。標準電壓版本為0.8 V,0.9V,1.0 V和1.2 V.其他電壓選項可根據需要提供。 特性 優勢 低靜態電流4.0 uA(典型值) 適用於低功率應用和電池供電產品。 最大工作電壓12 V Robuse技術製造該器件適用於各種應用。 低輸出電壓選項低至0.8 V 可為低壓處理器和應用提供低於1.2V的電壓軌。 應用 終端產品 電池供電儀器 應用ns要求電壓軌低於1.2V 攝像機,相機,GPS設備 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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NCP571 LDO穩壓器 150 mA 超低Iq 低輸出

NCP151 LDO穩壓器 300 mA / 300 mA 雙輸出 高PSRR

是一款雙線性穩壓器,能夠從1.7 V輸入電壓提供兩個獨立的300 mA輸出電流。該器件提供0.8 V至3.6 V的寬輸出電壓範圍。為了優化電池供電的便攜式應用的性能,NCP151採用動態靜態電流調整,可在空載時實現極低的IQ消耗。 特性 優勢 工作輸入電壓範圍1.7 V至5.5 V 許多應用的寬電壓範圍 固定電壓選項:0.8 V至3.6 V 寬輸出電壓範圍為許多用例提供了靈活性 低靜態電流典型值。 100 uA 無負載時降低功耗 高PSRR:Typ。 @ 1電壓@ OUT1,OUT2 適用於為噪聲敏感的模擬和射頻設備供電 快速&慢速放電功能 幫助滿足系統要求 快速和慢速擺率 允許最佳功率排序和加電 應用 終端產品 掌上電腦,手機,GPS,智能手機 無線手機,無線局域網設備,藍牙®,Zigbee® 比特幣礦工 便攜式醫療設備 其他電池供電設備 比特幣最小化服務器 PDA 智能手機 監控攝像頭 電路圖、引腳圖和封裝圖...
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NCP151 LDO穩壓器 300 mA / 300 mA 雙輸出 高PSRR

LTO-AGPS 具有輔助GPS(A-GPS)的長期軌道(LTO)

長期軌道(LTO)技術為無線網絡中沒有輔助GPS(A-GPS)基礎設施優勢的移動設備用户提供GPS輔助數據。 配備LTO的支持GPS的移動設備可提供AGPS增強的性能,而不會犧牲自主操作的自由度。 GPS接收器通常需要與衞星清晰的視線來下載計算位置所需的軌道數據(星曆錶)。下載過程可能需要幾分鐘,數據必須每兩到四個小時刷新一次。對於移動設備來説,這個下載週期非常麻煩,用户需要在幾秒鐘內完成GPS修復,而不是幾分鐘。 功能 縮短首次定位時間並提高靈敏度自治模式。自主接收器通常無法在室內環境和城市峽谷中計算修復,因為LTO增強型接收器繼續生成導航和緊急服務所需的及時,準確的定位。 在操作時啓用A-GPS性能離開網絡。將LTO下載到設備後,在家庭網絡外部旅行的無線用户將享受A-GPS性能的準確性和可靠性,以滿足整個LTO有效期的節省時間,減少網絡流量。 下載LTO文件每隔幾天需要一個簡短的GPRS或對接的Internet連接。這樣可以節省大量的播放時間,並且與每兩到四個小時必須刷新數據的A-GPS解決方案形成鮮明對比 應用程序 位置 - 基礎服務 GPS 智能手機 平板電腦...
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LTO-AGPS 具有輔助GPS(A-GPS)的長期軌道(LTO)

A-GPS-WWRN 輔助GPS全球參考網絡

使用從WWRN收集的GPS衞星數據,A-GPS服務器生成支持基於MS和MS輔助模式的輔助數據,處理從手機到計算位置的測量,並與控制平面或用户平面位置服務器無縫連接。  此外,AGPS服務器使用長期軌道(LTO),為手機提供未來的ephermeris輔助數據有效期最長為一週。這可以在暫時脱離移動運營商網絡範圍時實現AGPS技術的優勢。  功能 卓越的A-GPS定位精度,已在商業中得到驗證部署和全球現場試驗 靈活的時序要求,可以通過無GPS時間標籤的手機測量計算出位置 成功部署並運行符合標準的AGPS手機 長期軌道(LTO)提供準確的星曆輔助數據,有效期最長可達一週 應用程序 GPS 平板電腦 智能手機 基於位置的服務 ...
發表於 07-04 13:15 132次 閲讀
A-GPS-WWRN 輔助GPS全球參考網絡