本文討論的就是利用CDMA業(yè)務(wù)傳送GPS定位信息的實(shí)例。當(dāng)然，GPS定位信息只是整個(gè)信息傳輸管理系統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用，通過(guò)更換不同的數(shù)據(jù)源模塊可實(shí)現(xiàn)不同的信息傳輸，從而構(gòu)成不同的信息傳輸管理系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)、水文數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等等。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
如圖1所示，整個(gè)信息傳輸管理系統(tǒng)由移動(dòng)終端、CDMA網(wǎng)絡(luò)、Internet網(wǎng)、信息管理中心服務(wù)器組成。
移動(dòng)終端將GPS數(shù)據(jù)組成CDMA數(shù)據(jù)分組，通過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)，上傳到信息管理中心服務(wù)器。服務(wù)器應(yīng)當(dāng)具備IP地址和電子地圖。
信息管理中心也可以通過(guò)Internet網(wǎng)和CDMA網(wǎng)絡(luò)向移動(dòng)終端發(fā)出各種指令。
圖1基于CDMA的無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)
2 移動(dòng)終端硬件組成
移動(dòng)終端的硬件部分主要有CDMA Modem模塊、GPS模塊、MCU及電源四部分，連接關(guān)系如圖2所示。
圖2 移動(dòng)終端硬件組成
其中的CDMA模塊為Wavcom公司的ME45。這是一個(gè)具有完整功能的CDMA移動(dòng)通信模塊，通過(guò)串口可以實(shí)現(xiàn)對(duì)此模塊的控制和數(shù)據(jù)傳輸，包括短信和無(wú)線上網(wǎng)等。另外加上模擬部分電路，可實(shí)現(xiàn)話音通信功能。對(duì)ME45的控制用的是AT命令方式。
GPS模塊是臺(tái)灣Holux公司的GM82 OEM板。它通過(guò)外接天線接收GPS信號(hào)，計(jì)算出所處位置的地理信息，通過(guò)串口將此信息傳送給MCU。
MCU采用新華龍公司代理的C8051F020八位微控制器。選擇此MCU是基于諸多考慮的：首先，是功能強(qiáng)大，幾乎在單片中包容了所有常用的功能;其次，與普通的8051有相同的內(nèi)核，開(kāi)發(fā)容易，而且支持C語(yǔ)言源程序調(diào)試。
在此移動(dòng)終端中，采用了如下一些必需的功能部件：
首先是它的兩個(gè)硬件串口。這兩個(gè)串口的波特率產(chǎn)生是獨(dú)立的，而且不占用芯片的定時(shí)器，使用起來(lái)相當(dāng)靈活。這兩個(gè)串口分別對(duì)GPS模塊和CDMA模塊通信。GPS模塊把位置信息以固定的格式從串口發(fā)出，MCU接收GPS模塊送來(lái)的數(shù)據(jù)，解析出其中有用的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，然后以規(guī)定的格式通過(guò)第2個(gè)串口交給CDMA模塊，將數(shù)據(jù)送上Internet網(wǎng)。
其次，128字節(jié)的Flash可用于存放一些可設(shè)置的參數(shù)，如移動(dòng)終端的識(shí)別號(hào)或IP地址、信息管理中心服務(wù)器的IP地址等。
再次，4 KB的SRAM相對(duì)其他的8位機(jī)來(lái)講是相當(dāng)大了，可以滿足組幀、數(shù)據(jù)緩沖的要求。
64 KB的Flash可以滿足較大程序量的要求。
64 KB的Flash和4 KB RAM的組合可以完成對(duì)信息數(shù)據(jù)的加解密工作，可提供某些特定場(chǎng)合使用。
引出了某些I/O口，通過(guò)光電耦合器隔離后引至其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，可以擴(kuò)展相應(yīng)的功能。
另外，留出了總線擴(kuò)展口，可擴(kuò)展64 KB的SRAM，一方面可以用于嵌入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，另一方面可以用于使用C8051F020的在線自我編程功能來(lái)遠(yuǎn)程更新程序。
由于用于移動(dòng)設(shè)備，需要低功耗器件，而C8051F020工作電壓為3.3 V，功耗很小。
設(shè)計(jì)時(shí)考慮該移動(dòng)終端主要作為車(chē)載應(yīng)用，所以實(shí)際電路中設(shè)計(jì)了從點(diǎn)煙器取電的電源電路。
移動(dòng)終端利用C8051F020芯片控制實(shí)現(xiàn)，不用另行擴(kuò)展串口、ROM以及RAM。此硬件結(jié)構(gòu)并不僅僅局限在定位功能上，對(duì)于很多數(shù)據(jù)采集/控制應(yīng)用也可以滿足要求，只需改變程序結(jié)構(gòu)。正是由于C8051F020的功能強(qiáng)大，使得硬件的組成和結(jié)構(gòu)都變得非常簡(jiǎn)單。
3 移動(dòng)終端軟件設(shè)計(jì)
由于采用了C8051F020作控制器，使得硬件的工作相對(duì)簡(jiǎn)單和通用，所以該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要工作集中在軟件的實(shí)現(xiàn)上。
利用GPRS上網(wǎng)主要的問(wèn)題是，在系統(tǒng)接入無(wú)線Internet網(wǎng)時(shí)進(jìn)行初始化和對(duì)鏈路的控制。若對(duì)通信過(guò)程和協(xié)議不熟悉，則做起來(lái)很麻煩;現(xiàn)在已有許多MCU或GPRS Modem已將這些功能嵌入到操作系統(tǒng)中。對(duì)CDMA上網(wǎng)，則比較簡(jiǎn)單，通過(guò)撥通服務(wù)商的特定號(hào)碼即可。
利用CDMA模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，既可以采用上網(wǎng)傳輸，也可以采用短消息的方法。下面就短消息方式的數(shù)據(jù)傳輸軟件流程作一介紹。
對(duì)于數(shù)據(jù)源，GPS模塊不斷發(fā)送固定格式的串行數(shù)據(jù)，MCU利用一串口與之相連。一般MCU對(duì)串口數(shù)據(jù)的接收處理方式有查詢(xún)和中斷兩種。這里采用的方法既不是查詢(xún)也不是中斷，而是命令的方式，MCU根據(jù)接收到的不同命令，執(zhí)行不同的功能。移動(dòng)終端的軟件流程如圖3所示。
圖3 移動(dòng)終端軟件流程
(1) MCU的初始化
單片機(jī)的初始化很重要，它關(guān)系到程序能否正確運(yùn)行。這里主要功能是分配串口引腳，設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘，確定波特率。
這里需要重點(diǎn)注意的問(wèn)題是MCU的初始化。C8051 MCU硬件資源相當(dāng)豐富，但有一些不是能同時(shí)使用的，需要在初始化時(shí)進(jìn)行設(shè)定，所以它的交叉開(kāi)關(guān)譯碼表的正確使用非常重要。資料中提供的優(yōu)先權(quán)交叉開(kāi)關(guān)分配是有區(qū)別的，關(guān)鍵看XBR2特殊功能寄存器中的EMIFLE位的值。串口分配時(shí)只用到4個(gè)引腳，沒(méi)有用到外部存儲(chǔ)器，所以 P0.7、P0.6、P0.5 的功能由交叉開(kāi)關(guān)或端口鎖存器決定，而且EMIFLE的值為“0”，這樣可以保證串口分配不出現(xiàn)錯(cuò)位。
(2) 刪除短消息子程序
刪除短消息子程序的作用是清空SIM卡里存入的所有讀過(guò)的短消息，但未讀取的短消息不會(huì)刪除，使每個(gè)新來(lái)的短消息的標(biāo)號(hào)都為“0”。
(3) 讀短消息子程序
讀短消息子程序的作用是讀取新消息并將短信的內(nèi)容存儲(chǔ)在內(nèi)部RAM中，為程序的跳轉(zhuǎn)提供判斷的依據(jù)。例如，如果短信的內(nèi)容是“###13520479697*”，表示設(shè)定短消息發(fā)送號(hào)碼;如果需要查詢(xún)車(chē)輛狀況，MCU就會(huì)向卡號(hào)為“13520479697”的用戶(hù)發(fā)定位信號(hào)。
指令“AT+CMGR=0”表示讀取SIM卡里的標(biāo)號(hào)為0的短信。先把該指令轉(zhuǎn)換為ASCII碼，然后再串行發(fā)送出去。CDMA模塊就會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的命令，并將短信內(nèi)容通過(guò)串行口傳遞給單片機(jī)。單片機(jī)的串口0的接收標(biāo)志位RI置位，表示接收到一個(gè)完整的字符，可以從串口寄存器中取走內(nèi)容。該標(biāo)志位不能自動(dòng)清零，需要軟件復(fù)位，然后進(jìn)行下一個(gè)字節(jié)的接收。
短信的內(nèi)容是有長(zhǎng)度的，通過(guò)設(shè)定短信內(nèi)容的最后一個(gè)字符是否為“*”號(hào)來(lái)決定接收停止位。接收時(shí)，判斷串口寄存器。如果接收到的字符為“*”,表示停止接收，則后面接收的信息無(wú)效，將SBUF0的內(nèi)容存入RAM區(qū)。
(4) 短消息命令的執(zhí)行
通過(guò)刪除舊短信，讀新短信，存儲(chǔ)新短信的內(nèi)容，MCU對(duì)存入內(nèi)容檢索、判斷是什么功能命令，然后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的功能程序入口，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)所要求的服務(wù)。
這里舉兩個(gè)命令說(shuō)明：如“###13520479697*”和“PLACE*”。
接收到第1個(gè)命令時(shí)，先檢測(cè)“###”，如果符合，則表示后面的數(shù)據(jù)是要存入Flash中的卡號(hào)，需要掉電保存的內(nèi)容，將其存入128B的非易失性存儲(chǔ)扇區(qū)中。掉電后，該號(hào)碼不會(huì)丟失。如有語(yǔ)音命令和查詢(xún)定位信息的命令時(shí)，都會(huì)呼叫這個(gè)存入Flash中的號(hào)碼。
第2個(gè)命令表示接收定位信息。它是以第1個(gè)命令為基礎(chǔ)的，只有第1個(gè)命令執(zhí)行后，存有了卡號(hào)，才能將定位信息發(fā)送出去。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到新短信的內(nèi)容為“PLACE*”時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器4，通過(guò)串口1，接收GPS定位信號(hào)。這時(shí)，接收的信號(hào)還不是發(fā)到信息中心，要通過(guò)對(duì)導(dǎo)航電文的檢索、提取，最后將有用的時(shí)間、經(jīng)度、緯度信息發(fā)送給設(shè)定的號(hào)碼。
兩個(gè)不同命令短信的執(zhí)行，功能子程序是分開(kāi)的，但前端的判斷跳轉(zhuǎn)程序是關(guān)聯(lián)的，所以將兩個(gè)程序合在一起討論。該程序包含對(duì)兩個(gè)串口同時(shí)操作，先讀新消息。如果內(nèi)容有“PLACE*”，則進(jìn)入定位信號(hào)的提取。判斷是否有“###”，有則進(jìn)入存儲(chǔ)號(hào)碼的功能。
當(dāng)檢測(cè)到“PLACE*”時(shí)，首先啟動(dòng)定時(shí)器4，接收串口1的定位信息。由于GPS信號(hào)的定位信息里有些是用不到的，所以接收的信息要加以判斷。如果數(shù)據(jù)頭是“$GPRMC”，才開(kāi)始接收。接收以A開(kāi)頭，E結(jié)尾。存放在0800開(kāi)始的地址空間中，最后把這些內(nèi)容整合到0900開(kāi)始的地址空間內(nèi)，串行發(fā)送給CDMA模塊，這樣就完成了定位信息以短消息發(fā)送的目的。
如果需要更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能支持，可以嵌入RTOS內(nèi)核。現(xiàn)在有不少操作系統(tǒng)支持C8051F MCU。
結(jié)語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)、商業(yè)和軍事領(lǐng)域中實(shí)時(shí)信息傳送的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，需求量與日俱增。CDMA業(yè)務(wù)的推出，更加推動(dòng)了這一方向的迅猛發(fā)展，無(wú)線移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的應(yīng)用有著越來(lái)越廣闊的前景。