前言

       目前，GPS定位" title="定位">定位信息傳輸" title="信息傳輸">信息傳輸管理系統已廣泛應用在生產生活的各個領域，警車、救護車、運鈔車、長途運輸車上都可以看到它的蹤影。這些定位信息傳輸系統大多是基于手機短消息業務的。但這種形式存在著很多不足，首先它通信費用較高，通常每條短消息承載的坐標信息也不會太多；再者通過手機短消息發送延時不確定，這會導致定位跟蹤目標的丟失；另外一般短信息服務器端必須向電信公司申請專門的業務服務，才能利用自己的服務器進行短消息的接受和處理。電信的此項業務價格不菲，一般單位負擔不起。

       利用GPRS" title="GPRS">GPRS業務可以較為圓滿的解決上述問題。首先GPRS系統費用較低。GPRS建立鏈路以后，相當于專線直接接入因特網，利用TCP/IP協議，數據可靠而且穩定。而且信息管理中心的服務器只需要是普通的接入因特網的主機，大大節省了服務器端的開銷。

        本文討論的就是就是利用GPRS業務傳送GPS定位信息的實例模型。當然，GPS定位信息只是整個信息傳輸管理系統的一個應用，通過更換不同的數據源模塊可實現不同的信息傳輸，從而構建不同的信息傳輸管理系統，如遠程抄表系統、水文數據采集系統等等。

圖1 移動終端硬件組成框圖

       系統構成

       整個信息傳輸管理系統由移動終端、GSM網絡、因特網、信息管理中心服務器四部分組成。

       移動終端將GPS數據組成GPRS數據分組，通過GPRS網絡和因特網，上傳到信息管理中心服務器。服務器應當具備至少一個IP地址，并且擁有電子地圖。

       信息管理中心也可以通過因特網和GPRS網絡向移動終端發出各種指令。

       移動終端硬件組成

       移動終端的硬件部分主要有GPRS手機模塊、GPS模塊、MCU及電源四部分，連接關系如下圖1所示。其中的GPRS模塊為西門子的MC35，這是一個完整功能的手機模塊，通過串口可以實現對此模塊的控制和數據傳輸，包括短信、WAP、GPRS、CSD等。另外加上模擬部分電路，可實現GSM話音通信功能。對MC35的控制用的是AT命令方式。

       GPS模塊是EverMore公司的EB-023CV-A/IV-A，它通過外接天線接收GPS信號，計算出所處位置的地理信息，通過串口將此信息傳送給MCU。

       MCU采用ATMEL公司的ATMEGA128八位控制處理器，選擇此MCU是基于諸多考慮的。首先是功能強大，幾乎在單片中包容了所有常用的功能。其次，價格相對便宜。再者開發容易，開發裝置便宜，而且支持C語言源程序調試。

       在此移動終端中，我們采用了如下的一些必需的功能。

       首先是它的兩個硬件串口，這兩個串口的波特率產生是獨立的，而且不占用芯片的定時器，使用起來相當靈活。這兩個串口分別對GPS模塊和GPRS模塊通信，對GPS模塊用4800bps或9600bps單收，對GPRS模塊用19200bps收發。GPS模塊把位置信息以固定的格式從串口發出，CPU接收GPS模塊送來的數據，解析出其中有用的數據進行封裝，然后以規定的格式通過第二個串口交給GPRS模塊，將數據送上因特網。其次，4K字節的EEPROM可用于存放一些可設置的參數如移動終端的識別號或IP地址、信息管理中心服務器的IP地址等。

       再次，4K字節的SRAM相對其它的8位機來講是相當大了，可以滿足做組幀、數據緩沖的要求。

       64K字的FLASH可以滿足較大程序量的要求。        64K字 的FLASH和4KRAM的組合可以完成對信息數據的加解密工作，可提供某些特定場合使用。

       我們引出了某些I/O口，通過光電耦合器隔離后引至其它監測點，可以擴展相應的功能。

       另外，我們留出了總線擴展口，可擴展64K字節的SRAM，一方面可以用于嵌入帶PPP協議棧的實時操作系統，另一方面可以用于使用ATMEGA128的在線自我編程功能來遠程刷新程序。

       由于用于移動設備，需要低功耗器件，所以我們實際采用的是ATMEGA128L，即該芯片的低壓、低功耗版本，工作電壓為2.7V~5V。

       由于GPRS模塊和GPS模塊均使用3.3V供電，所以可以減少電源種類，簡化電源設計。設計時考慮該移動終端主要作為車載應用，所以實際電路中設計了從點煙器取電的電源電路。考慮到GPRS模塊的瞬時工作電流（發射時）較大，可達2A，工作電壓較低，點煙器輸出電壓可能為12V或24V，壓差過大。如果采用線性降壓器件效率太低，而且發熱劇烈，工作不安全，所以采用了開關電源變換芯片LM2596。該芯片電路簡單，效率較高。移動終端利用Atmega128芯片控制實現，不用另行擴展串口、ROM以及RAM。當然，此硬件結構并不僅僅局限在定位功能上，對于很多數據采集應用也可以滿足要求，只需改變程序代碼。正是由于ATMEGA128的功能強大，使得硬件的組成和結構都變得非常簡單。

 圖2 PPP幀格式

       軟件控制流程

       由于采用了ATMEGA128作控制器，使得硬件的工作相對簡單和通用，所以該系統實現的主要工作集中在軟件的實現上。

       下面就主要的軟件控制流程做一介紹。

       首先是數據源，GPS模塊不斷發送固定格式的串口數據，CPU利用一串口與之相連。一般單片機對串口數據的接受處理方式有兩種：輪尋和中斷。這里因為數據量很大，而且除了接收數據外其他的工作量并不很大，可以采用輪尋的方式。我們最終的目的是要把位置信息發送到因特網上，在此之前，最前言目前，GPS定位信息傳輸管理系統已廣泛應用在生產生活的各個領域，警車、救護車、運鈔車、長途運輸車上都可以看到它的蹤影。這些定位信息傳輸系統大多是基于手機短消息業務的。但這種形式存在著很多不足，首先它通信費用較高，通常每條短消息承載的坐標信息也不會太多；再者通過手機短消息發送延時不確定，這會導致定位跟蹤目標的丟失；另外一般短信息服務器端必須向電信公司申請專門的業務服務，才能利用自己的服務器進行短消息的接受和處理。電信的此項業務價格不菲，一般單位負擔不起。

       利用GPRS業務可以較為圓滿的解決上述問題。首先GPRS系統費用較低。GPRS建立鏈路以后，相當于專線直接接入因特網，利用TCP/IP協議，數據可靠而且穩定。而且信息管理中心的服務器只需要是普通的接入因特網的主機，大大節省了服務器端的開銷。

       本文討論的就是就是利用GPRS業務傳送GPS定位信息的實例模型。當然，GPS定位信息只是整個信息傳輸管理系統的一個應用，通過更換不同的數據源模塊可實現不同的信息傳輸，從而構建不同的信息傳輸管理系統，如遠程抄表系統、水文數據采集系統等等。

 圖3 軟件控制流程圖

       系統構成

       整個信息傳輸管理系統由移動終端、GSM網絡、因特網、信息管理中心服務器四部分組成。

       移動終端將GPS數據組成GPRS數據分組，通過GPRS網絡和因特網，上傳到信息管理中心服務器。服務器應當具備至少一個IP地址，并且擁有電子地圖。

       信息管理中心也可以通過因特網和GPRS網絡向移動終端發出各種指令。

       移動終端硬件組成

       移動終端的硬件部分主要有GPRS手機模塊、GPS模塊、MCU及電源四部分，連接關系如下圖1所示。其中的GPRS模塊為西門子的MC35，這是一個完整功能的手機模塊，通過串口可以實現對此模塊的控制和數據傳輸，包括短信、WAP、GPRS、CSD等。另外加上模擬部分電路，可實現GSM話音通信功能。對MC35的控制用的是AT命令方式。

       GPS模塊是EverMore公司的EB-023CV-A/IV-A，它通過外接天線接收GPS信號，計算出所處位置的地理信息，通過串口將此信息傳送給MCU。

       MCU采用ATMEL公司的ATMEGA128八位控制處理器，選擇此MCU是基于諸多考慮的。首先是功能強大，幾乎在單片中包容了所有常用的功能。其次，價格相對便宜。再者開發容易，開發裝置便宜，而且支持C語言源程序調試。

       在此移動終端中，我們采用了如下的一些必需的功能。

       首先是它的兩個硬件串口，這兩個串口的波特率產生是獨立的，而且不占用芯片的定時器，使用起來相當靈活。這兩個串口分別對GPS模塊和GPRS模塊通信，對GPS模塊用4800bps或9600bps單收，對GPRS模塊用19200bps收發。GPS模塊把位置信息以固定的格式從串口發出，CPU接收GPS模塊送來的數據，解析出其中有用的數據進行封裝，然后以規定的格式通過第二個串口交給GPRS模塊，將數據送上因特網。其次，4K字節的EEPROM可用于存放一些可設置的參數如移動終端的識別號或IP地址、信息管理中心服務器的IP地址等。

       再次，4K字節的SRAM相對其它的8位機來講是相當大了，可以滿足做組幀、數據緩沖的要求。

       64K字的FLASH可以滿足較大程序量的要求。

       64K字 的FLASH和4KRAM的組合可以完成對信息數據的加解密工作，可提供某些特定場合使用。

       我們引出了某些I/O口，通過光電耦合器隔離后引至其它監測點，可以擴展相應的功能。

       另外，我們留出了總線擴展口，可擴展64K字節的SRAM，一方面可以用于嵌入帶PPP協議棧的實時操作系統，另一方面可以用于使用ATMEGA128的在線自我編程功能來遠程刷新程序。

       由于用于移動設備，需要低功耗器件，所以我們實際采用的是ATMEGA128L，即該芯片的低壓、低功耗版本，工作電壓為2.7V~5V。

       由于GPRS模塊和GPS模塊均使用3.3V供電，所以可以減少電源種類，簡化電源設計。設計時考慮該移動終端主要作為車載應用，所以實際電路中設計了從點煙器取電的電源電路。考慮到GPRS模塊的瞬時工作電流（發射時）較大，可達2A，工作電壓較低，點煙器輸出電壓可能為12V或24V，壓差過大。如果采用線性降壓器件效率太低，而且發熱劇烈，工作不安全，所以采用了開關電源變換芯片LM2596。該芯片電路簡單，效率較高。移動終端利用Atmega128芯片控制實現，不用另行擴展串口、ROM以及RAM。當然，此硬件結構并不僅僅局限在定位功能上，對于很多數據采集應用也可以滿足要求，只需改變程序代碼。正是由于ATMEGA128的功能強大，使得硬件的組成和結構都變得非常簡單。

       軟件控制流程

       由于采用了ATMEGA128作控制器，使得硬件的工作相對簡單和通用，所以該系統實現的主要工作集中在軟件的實現上。

       下面就主要的軟件控制流程做一介紹。

       首先是數據源，GPS模塊不斷發送固定格式的串口數據，CPU利用一串口與之相連。一般單片機對串口數據的接受處理方式有兩種：輪尋和中斷。這里因為數據量很大，而且除了接收數據外其他的工作量并不很大，可以采用輪尋的方式。我們最終的目的是要把位置信息發送到因特網上，在此之前，最為關鍵的就是將系統無線接入因特網，這個功能由GPRS提供，但我們必須對它進行初始化，和鏈路控制。利用GPRS上網，和普通用戶通過PC機撥號上網原理相同，都是通過呼叫固定號碼的PPP服務器，進行握手認證，以及協議的配置。正常情況下，完成握手以后，PPP鏈路建立。PPP 幀結構如圖3所示。此表未包括為同步而設置的字符和為透明性而設置的字符。傳送時由左向右傳送下圖的內容。

       每個幀由一個標記序列開始和結束。所有系統不斷檢測此標記，它用于對幀進行同步。在兩幀之間只需要一個這樣的標記，兩上相繼的標記構成一個空幀，它被無響應拋棄，而不產生FCS錯誤。地址域是一個字節，也就是“所有站”地址。單獨站地址未被指定。“所有站”地址必須能夠識別并被接受。不可識別的地址應該被無回應拋棄。控制域是一個字節，“未編號信息”（UI）命令和選舉/結果位被設置為零。不可識別的地址應該被無回應拋棄。幀檢查序列（FCS）域通常包括兩個字節（16位）。先傳送它的最低位，它指示的是最高系數項。也使用四個字節的FCS，此域是由地址、控制、協議、信息和填充域中的所有位運算得到的，不包括開始和停止位或用于數據透明性而插入的位，也不包括標記序列和FCS域本身。在同步控制字符映射中標記的字節在接收時存在，但在計算FCS時會被拋棄。與PPP服務器建立鏈路以后，就可以進行數據的傳輸了。

       鏈路層之上就是IP層，IP層之上可選的協議主要有面向連接的TCP協議和非面向連接的UDP協議。當業務的數據要求高可靠性時，應該選用TCP協議，但TCP協議實現起來復雜，而且系統負荷較大。UDP協議沒有可靠性的保證，但它對網絡的負荷較小，比較適合實時數據的傳輸。本系統對數據的可靠性要求不是特別高，比較適合選擇UDP協議。

       Atmega128處理器中含有128k字節的可編程flash memory，4k字節的EEPROM，4k字節的SRAM。對于此系統，如果不嵌入RTOS內核，這些資源就足夠了。但如果沒有RTOS，在寫控制程序時就沒有協議棧的支持，也就是說，必須自己實現PPP協議、IP協議和UDP協議。如果要嵌入其他的操作系統，就必須擴展SRAM。本文中采用直接實現協議的方式進行描述。圖3就是系統的軟件控制流程。

       如果需要更強大的網絡功能支持，可以嵌入RTOS內核，現在有不少系統支持Atmega128，有的甚至是為它量身訂做的，像NUT/OS，內嵌了對各種網絡協議的支持，當然也包括PPP協議。它甚至專門對Atmega128的各種擴展做了支持，例如SPI接口。此外，NUT/OS包括了一套函數專門用來讓Atmega128訪問擴展的以太網芯片，大大的縮短了開發周期和開發成本。

       結語

       隨著時代節奏的不斷加快，實時信息傳送的應用領域越來越廣泛，需求量與日俱增。GPRS業務的推出，更加推動了這一方向的迅猛發展，更加預示了它的廣闊前景。