基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)

《基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)（111頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 馬 志 興 燕 山 大 學(xué) 2010年6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）：電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)生 姓名： 馬志興

2、 學(xué) 號(hào)： 060103010006 指導(dǎo) 教師： 唐英干 答辯 日期： 2010年6月 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：自動(dòng)化系 學(xué) 號(hào) 060103010006 學(xué)生 姓名 馬志興 專 業(yè) 班 級(jí) 工業(yè)自動(dòng)化 1班

3、題 目 題目名稱 基于GPS和GPRS的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）； 理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ） 2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ） 題目類型 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ） 題目來源 科研課題（ √ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ ） 主 要 內(nèi) 容 1、 學(xué)習(xí)GPS模塊和GPRS模塊的工作原理，接口； 2、 學(xué)習(xí)STM32控制器的工作原理，接口及開發(fā)平臺(tái)； 3、 設(shè)計(jì)基于S

4、TM32與GPS和GPRS模塊的遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)； 4、 學(xué)習(xí)PCB設(shè)計(jì)軟件，設(shè)計(jì)PCB； 5、 調(diào)試硬件電路； 基 本 要 求 1. 設(shè)計(jì)說明書一份（不少于60頁）； 2. 說明書要求條理清晰，文筆通暢，字跡工整，圖文符合國家標(biāo)準(zhǔn)； 3. 說明書需經(jīng)指導(dǎo)教師審核通過，并經(jīng)專業(yè)教學(xué)主任簽字； 4. 獨(dú)立完成設(shè)計(jì)任務(wù)，培養(yǎng)基本的科研能力； 參 考 資 料 1． 李艷晴等,《基于GPRS/GPS的車輛監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》，微計(jì)算機(jī)信息，2004年第4期。 2． 鐘章隊(duì). GPRS通用分組無線業(yè)務(wù). 人民郵電出版社, 2001。 3． 李寧編著?！痘贛DK的STM32

5、處理器開發(fā)應(yīng)用》。北京航空航天大學(xué)出版社。 周 次 第1～4周 第5～8周 第9～12周 第13～16周 第17周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 了解工業(yè)GPS模塊和GPRS模塊的相關(guān)知識(shí)，及STM32的相關(guān)知識(shí)。 學(xué)習(xí)STM32的開發(fā)環(huán)境與編程語言及GPS和GPRS模塊的工作原理，接口； 設(shè)計(jì)基于STM32與GPS和GPRS模塊的定位系統(tǒng)；完成軟件程序設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)PCB板，制版，調(diào)試。 撰寫論文，準(zhǔn)備答辯。 指導(dǎo)教師：唐英干 職稱：副教授 2009年12月22日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 2010年3月2日 摘要

6、 摘要 幾年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車的智能化逐漸成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然要求。隨著嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化趨勢(shì)和半導(dǎo)體王藝的進(jìn)步，嵌入式處理器的性能大幅提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。嵌入式技術(shù)為汽車電子提供了極佳的解決方案，使開發(fā)出高性能、低成本的智能車載終端成為可能。無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的快速發(fā)展給相關(guān)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展帶來了極大的機(jī)遇，尤其是對(duì)數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)方面的應(yīng)用。無線傳輸技術(shù)極大的擴(kuò)展了數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，降低了制造和維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行效率。 文中分別從軟件和硬件兩個(gè)方面進(jìn)行了原理分析，并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。包括硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)

7、定制移植、軟件開發(fā)平臺(tái)的選擇和應(yīng)用程序開發(fā)等方面。硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)包括：在研究STM32處理器的特性、外圍接口的基礎(chǔ)上核心系統(tǒng)的構(gòu)建；針對(duì)GPRS模塊的實(shí)現(xiàn)公能、數(shù)據(jù)接口、引腳功能，完成了其與STM32的接口設(shè)計(jì)；依據(jù)GPS模塊的特性、基本結(jié)構(gòu)和外部引腳定義，完成了GPS模塊與STM32處理器接口設(shè)計(jì)；以及LCD接口、USART接口等外圍接口的詳細(xì)設(shè)計(jì)。軟件平靜主要包括GPS信息的采集與解析，GPRS與監(jiān)控中心的通訊，發(fā)短信，LCD顯示等程序。 最后對(duì)所做工作做了總結(jié)，對(duì)系統(tǒng)今后研究方向做了展望。比如可以采用和電子地圖相結(jié)合的手段獲得更為精確和詳細(xì)的定位數(shù)據(jù)，為用戶提供更為方便的服務(wù)和更好的地圖

8、視覺效果。以后一定繼續(xù)完善車輛定位系統(tǒng)的功能以滿足未來發(fā)展的需要。 關(guān)鍵詞：通用分組無線業(yè)務(wù)(GPRS) GPS定位系統(tǒng) STM32處理器 車載監(jiān)控 I Abstract Recently, great advance has been achieved both in computer science and electronic technology, which makes the modern automobiles much more intelligent and much more comfortable. With more and more ne

9、twork technique applied in embedded system and the great improvement in semiconductor manufacturing, the EMPU(Embedded Micro-Processing Unit) has extended its application to the automobile industry. The embedded technique gives the best solution for automobile electronics and makes it possible to pr

10、oduce high performance terminal for cars at low cost. Nowadays, wireless data transition technology has brought great fortune for business especially for the information acquisition system, which could extend the data acquisition range and cut down the maintenance cost.The technique of vehicle super

11、vision can guide the motor to it s destination conveniently, quickly and rightly, which is very important in increasing the transportation efficiency and energy saving. The paper from two aspects of hardware and software, and analyses the principle, and gives a detailed design. Includes hardware p

12、latform design and operating system customization transplantation, the software development platform choice and application development, etc. Hardware platform design including: in the study of the characteristics STM32 processor based on the periphery of the interface, the core of the system. Accor

13、ding to the realization of GPRS module, data interface, and foot function, completed the design of STM32 interface . According to the characteristics of GPS module, basic structure and external pin definition, completed the detailed design of GPS module and STM32 processor interface design, And LCD

14、 interface, the periphery connection USART interface. Software calm mainly includes GPS information collection and analysis, GPRS communication with the monitoring center, text messaging, LCD display programs. At the end of the dissertation, a summary was made. For example, It can be used for elect

15、ronic map and the method of combining obtain more accurate and detailed data, provide more convenient service and better map visual effect. This intelligent vehicle terminal has compact structure and powerful function such as car location and tracking. The system was economical and easily for upgrad

16、ing. Keywords： GPRS(General Packet RadioService)，GPS(Global Position System)， STM32 Processor, Vehicle terminal III 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.2 本系統(tǒng)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 1 1.3 本文主要研究內(nèi)容和工作 2 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 5 2.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 5 2.2 GPRS技術(shù) 5 2.2.1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 6 2.2.2

17、GPRS的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 7 2.3 GPS技術(shù) 8 2.3.1 導(dǎo)航定位技術(shù)現(xiàn)狀 9 2.3.2 GPS衛(wèi)星定位原理 10 2.3.3 GPS的應(yīng)用 12 2.4 STM32處理器 13 2.4.1 總線構(gòu)架 14 2.4.2 存儲(chǔ)器組織 16 2.4.3 電源 17 2.5 本章小結(jié) 18 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與開發(fā) 19 3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 19 3.2 GPRS模塊硬件設(shè)計(jì) 20 3.2.1 UART接口 20 3.2.2 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 21 3.2.3 SIM卡接口 22 3.2.4 音頻接口 23 3.2.5 電源接

18、口 25 3.2.6 USB總線接口 25 3.2.7 GPRS模塊整體電路 26 3.3 GPS模塊硬件設(shè)計(jì) 26 3.3.1 GPS模塊結(jié)構(gòu)框圖 27 3.3.2 GPS模塊設(shè)計(jì) 28 3.4 STM32處理器設(shè)計(jì) 29 3.4.1 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 29 3.4.2 系統(tǒng)時(shí)鐘SYSCLK 32 3.4.3 系統(tǒng)復(fù)位 32 3.5 人機(jī)接口設(shè)計(jì) 34 3.5.1 TFT 2.8寸彩色液晶屏 34 3.5.2 按鍵和LED電路 35 3.6 輔助電路設(shè)計(jì) 35 3.6.1 RS232通信模塊 35 3.6.2 系統(tǒng)供電電路 36 3.

19、6.3 JTAG仿真調(diào)試接口 37 3.6.4 串行E2PROM存儲(chǔ)器 37 3.7 本章小結(jié) 38 第4章 操作系統(tǒng)移植和軟件設(shè)計(jì)開發(fā) 39 4.1 uCOS-II嵌入式操作系統(tǒng)移植 39 4.1.1 uCOS-II嵌入式系統(tǒng)簡介 39 4.1.2 uCOS-II系統(tǒng)的移植 41 4.2 GPRS模塊軟件設(shè)計(jì) 44 4.3 GPS模塊軟件 46 4.3 人機(jī)接口軟件設(shè)計(jì) 48 4.3 輔助程序設(shè)計(jì) 49 4.4.1 串口軟件設(shè)計(jì) 49 4.4.2 串行E2PROM存儲(chǔ)器的軟件設(shè)計(jì) 50 4.4.3 輕觸開關(guān)和LED的軟件設(shè)計(jì) 51 4.

20、5 本章小結(jié) 52 結(jié)論 53 參考文獻(xiàn) 55 致謝 57 附錄1 開題報(bào)告 59 附錄2 文獻(xiàn)綜述 65 附錄3 中期報(bào)告 71 附錄4 外文翻譯 79 附錄5 外文文獻(xiàn) 89 III 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1 課題背景 衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時(shí)間等信息來完成對(duì)各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是全球發(fā)展最快的三大信息產(chǎn)業(yè)之一，涉及集成電路技術(shù)、軟件技術(shù)、通訊技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等多領(lǐng)域的戰(zhàn)略性高新科技，在信息、交通、安全防衛(wèi)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、防災(zāi)、救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)展前景十分廣闊[1]。

21、 隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，車輛在人們的生活中起了越來越重要的作用，而車輛帶來的問題也日趨明顯，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)集合全球衛(wèi)星定位技術(shù)，現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)，地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一身，不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)主要作用，同時(shí)還可以提供防盜防搶劫報(bào)警，緊急醫(yī)療求助等多種服務(wù)[2]。 車載導(dǎo)航和監(jiān)控系統(tǒng)是ITS的重要組成部分，它們?cè)诤艽蟮某潭壬弦揽縂PS定位技術(shù)、GIS地圖服務(wù)技術(shù)和無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能。GIS電子地圖，為車輛監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個(gè)車輛位置信息的一個(gè)形象的可視化表現(xiàn)手段，GPS定位技術(shù)使車輛監(jiān)控中的實(shí)時(shí)跟蹤定位成為可能，而GPRS無線通信技術(shù)則在GIS和GPS之間建立一座無線數(shù)據(jù)通信的橋梁，使

22、得遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。通過準(zhǔn)確的定位，配合無線通信技術(shù)以及數(shù)字地圖，車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時(shí)車輛狀態(tài)監(jiān)控、規(guī)劃出行路線、引導(dǎo)車輛避開擁擠路段，提高道路通行能力，緩解道路擁擠和堵塞[3]。 1.2 本系統(tǒng)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀 國外對(duì)車輛導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究比較早，大約開始于20世紀(jì)60年代，最初主要應(yīng)用于軍事上。近十年來車輛導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，開發(fā)了各種智能化車載導(dǎo)航與監(jiān)控電子裝置，并被廣泛應(yīng)用于汽車上。就目前情況來看，日本是當(dāng)今車輛導(dǎo)航定位監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展最為成功的國家之一。在日本的一些豪華汽車上，電子導(dǎo)航設(shè)備已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置。在日本和歐美，裝載有導(dǎo)航設(shè)備的汽車數(shù)量比例非常高

23、。2005年日本汽車車載導(dǎo)航設(shè)備安裝率高達(dá)59％，歐美約在25％左右。同時(shí)，在北美、歐洲、日本等地，汽車導(dǎo)航銷售額居各類GPS市場之首。車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)可以很方便的使駕駛員得到車輛的具體位置、速度和方向等信息；還可以提供路線查詢、路徑查詢，以使駕駛員可以更快的到達(dá)目的地；以及遭遇人身安全問題時(shí)，獲得緊急求助[4]。 目前，國內(nèi)的車載導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)存在著很多問題。首先從衛(wèi)星導(dǎo)航的整個(gè)應(yīng)用而言，我國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域基本上都是依靠進(jìn)口的GPS芯片，國內(nèi)廠商在這些芯片產(chǎn)品上進(jìn)行二次開發(fā)，生產(chǎn)車載終端、自導(dǎo)航和手持定位儀等產(chǎn)品。2007年國內(nèi)自主研發(fā)的首款應(yīng)用于車載的衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片“航芯二號(hào)”的設(shè)計(jì)成功

24、，表明國內(nèi)已經(jīng)完全具備GPS、伽利略、北斗等全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的開發(fā)能力，可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，成為中國集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要技術(shù)突破[5]。另外，國內(nèi)GPS應(yīng)用尚未實(shí)現(xiàn)普及，并非是技術(shù)和硬件問題，而主要在于滿足用戶需求的服務(wù)比較少。國內(nèi)在智能車載裝置的研發(fā)還要進(jìn)一步加大投入，增加系統(tǒng)的功能、提高系統(tǒng)性能。隨著嵌入式微處理器的不斷發(fā)展和我國自主研發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的不斷完善，相信我國的車載監(jiān)控終端會(huì)朝著功能越來越完善、性能越來越穩(wěn)定、設(shè)計(jì)越來越人性化的方向快速發(fā)展。 1.3 本文主要研究內(nèi)容和工作 近年來，GPS在車輛管理和調(diào)度系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用STM

25、32為控制器，用GPS模塊來實(shí)現(xiàn)空間的定位，用GPRS模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的通信控制，具有數(shù)據(jù)管理、精確定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控和直觀顯示等功能，十分適合車輛定位系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。 基于以上的設(shè)計(jì)方案，采用性價(jià)比高的STM32處理器為控制核心，采用UART接口讀取車輛的GPS定位信息，經(jīng)過信息處理把信息顯示在屏幕上，利用AT指令通過串口和GPRS模塊進(jìn)行通訊，通過GPRS模塊把采集到的信息通過TCP/IP協(xié)議送到Internet網(wǎng)絡(luò)或通過短信發(fā)送到指定的手機(jī)上，在遠(yuǎn)程收到定位信息后通過已有的數(shù)據(jù)庫確定路況，路線等信息。實(shí)時(shí)連續(xù)地對(duì)車輛的準(zhǔn)確位置，速度，方向以及周圍的詳細(xì)地理環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和查詢，對(duì)最優(yōu)路徑進(jìn)

26、行計(jì)算和規(guī)劃，幫助駕駛員及時(shí)了解車輛目前的位置和狀況，從而快速，安全，準(zhǔn)確地到達(dá)目的地。 基于以上系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，我將從GPRS模塊、GPS模塊、STM32處理器等模塊詳細(xì)介紹系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，本文結(jié)構(gòu)如下： 第1章，緒論。簡要介紹了論文選題的背景及意義、課題的來源及各章節(jié)結(jié)構(gòu)。 第2章，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)。主要介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想，然后詳細(xì)介紹了與此相關(guān)的GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，全球定位系統(tǒng)GPS系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)格式，和STM32處理器等關(guān)鍵技術(shù)，為后面的應(yīng)用做準(zhǔn)備； 第3章，系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，詳細(xì)介紹了定位系統(tǒng)的GPRS模塊的硬件結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計(jì)；

27、GPS模塊的電氣特性和接口設(shè)計(jì)；STM32處理器的總線結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)時(shí)鐘、電源等必備硬件結(jié)構(gòu)；LCD液晶顯示等人機(jī)接口的電路設(shè)計(jì)；電源模塊等輔助電路的設(shè)計(jì)； 第4章，操作系統(tǒng)的移植和軟件的設(shè)計(jì)開發(fā)。鑒于系統(tǒng)復(fù)雜繁多的任務(wù)量，把適用于嵌入式系統(tǒng)的搶占式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)UCOS-II移植到本系統(tǒng)中，為后面的任務(wù)分配做好準(zhǔn)備工作；并詳細(xì)介紹了系統(tǒng)各模塊的通信協(xié)議和軟件接口并編寫相應(yīng)的各模塊的程序；最終結(jié)合硬件完成整個(gè)系統(tǒng)的軟件硬件搭建； 第5章，總結(jié)與展望。首先對(duì)本課題完成的工作進(jìn)行了總結(jié)，然后結(jié)合本課題涉及領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了展望。

28、 57 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù) 2.1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用性價(jià)比高的STM32處理器為控制核心，采用UART接口讀取車輛的GPS定位信息，經(jīng)過信息處理把信息顯示在屏幕上，利用AT指令通過串口和GPRS模塊進(jìn)行通訊，通過GPRS模塊把采集到的信息通過TCP/IP協(xié)議送到Internet網(wǎng)絡(luò)或通過短信發(fā)送到指定的手機(jī)上，在遠(yuǎn)程收到定位信息后通過已有的數(shù)據(jù)庫確定路況，路線等信息。 c 圖2-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 整個(gè)系統(tǒng)如圖2-1所示，采用STM32為控制器，使用GPRS和GPS為功能模塊，外加鍵盤和屏幕顯示

29、為輔助輸入輸出模塊，提供一個(gè)人性化的交互平臺(tái)。通過這個(gè)整體有機(jī)的把各個(gè)模塊結(jié)合在一起，完成所要設(shè)計(jì)的功能。 此系統(tǒng)將包含GPRS通信模塊、GPS定位模塊、STM32處理器等模塊，本章將主要介紹將要用到的各模塊的主要工作原理 2.2 GPRS技術(shù) GPRS是通用分組無線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service)的簡稱，它是GSM移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。GPRS可說是GSM的延續(xù)。GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌且苑獍≒acket）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻道，理論上較為便宜。GPRS的傳輸速率

30、可提升至56甚至114Kbps。 GPRS經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（2G）和第三代（3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。GPRS突破了GSM網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對(duì)現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對(duì)來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。而且，因?yàn)椴辉傩枰F(xiàn)行無線應(yīng)用所需要的中介轉(zhuǎn)換器，所以連接及傳輸都會(huì)更方便容易。GPRS分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個(gè)包的前面有一個(gè)分組頭（其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往

31、何處）。數(shù)據(jù)傳送之前并不需要預(yù)先分配信道，建立連接。而是在每一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)包頭中的信息（如目的地址），臨時(shí)尋找一個(gè)可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。在這種傳送方式中，數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收方同信道之間沒有固定的占用關(guān)系，信道資源可以看作是由所有的用戶共享使用[6]。 由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在絕大多數(shù)情況下都表現(xiàn)出一種突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對(duì)信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。 2.2.1 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) GPRS網(wǎng)絡(luò)引入了分組交換和分組傳輸?shù)母拍?，這樣使得GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持從網(wǎng)絡(luò)體系上得到了加強(qiáng)。圖2和圖3從不同的角度上給出了GPRS網(wǎng)絡(luò)的

32、組成示意圖。GPRS其實(shí)是疊加在現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的另一網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)在原有的GSM網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上增加了SGSN（服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)）等功能實(shí)體。GPRS共用現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)的BSS系統(tǒng)，但要對(duì)軟硬件進(jìn)行相應(yīng)的更新；同時(shí)GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)各實(shí)體的接口必須作相應(yīng)的界定；另外，移動(dòng)臺(tái)則要求提供對(duì)GPRS業(yè)務(wù)的支持。GPRS支持通過GGSN實(shí)現(xiàn)的和PSPDN的互聯(lián)，接口協(xié)議可以是X.75或者是X.25，同時(shí)GPRS還支持和IP網(wǎng)絡(luò)的直接互聯(lián)[7]。GPRS網(wǎng)絡(luò)框圖如圖2-2所示。 圖2-2 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖 2.2.2 GPRS的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 目前，

33、用手機(jī)上網(wǎng)還顯得有些不盡人意。因此，全面的解決方法GPRS也就這樣應(yīng)運(yùn)而生了，這項(xiàng)全新技術(shù)可以令您在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能快速方便地實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)費(fèi)用又很合理。簡單地說：速度上去了，內(nèi)容豐富了，應(yīng)用增加了，而費(fèi)用卻更加合理。 (1) 高速數(shù)據(jù)傳輸 速度10倍于GSM，更可滿足您的理想需求，還可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件，可謂不一般的巨大進(jìn)步。 (2) 永遠(yuǎn)在線 由于建立新的連接幾乎無需任何時(shí)間(即無需為每次數(shù)據(jù)的訪問建立呼叫連接)，因而您隨時(shí)都可與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。 (3) 僅按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi) 即根據(jù)您傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量(如：網(wǎng)上下載信息時(shí))來計(jì)費(fèi)，而不是按上網(wǎng)時(shí)間計(jì)費(fèi)也就是

34、說，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，哪怕您一直“在線”，也無需付費(fèi)。它真正體現(xiàn)了少用少付費(fèi)的原則。 (4) 相對(duì)低廉的連接費(fèi)用 資源利用率高在GSM網(wǎng)絡(luò)中，GPRS首先引入了分組交換的傳輸模式，使得原來采用電路交換模式的GSM傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。對(duì)于分組交換模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才占用資源，這意味著多個(gè)用戶可高效率地共享同一無線信道，從而提高了資源的利用率。GPRS用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了“得到多少、支付多少”的原則。 (5) 傳輸速率高 GPRS可提供高達(dá)115kbit/s的傳輸速率 (最高值為171.2kb

35、it/s，不包括FEC)。這意味著數(shù)年內(nèi)，通過便攜式電腦GPRS用戶能和ISDN用戶一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時(shí)也使一些對(duì)傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。 (6) 接入時(shí)間短 分組交換接入時(shí)間縮短為少于1秒，GPRS是一種新的GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，它可以給移動(dòng)用戶提供無線分組數(shù)據(jù)接入股務(wù)。GPRS主要是在移動(dòng)用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持TCP／IP、X.25等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶提供高速無線IP和無線X.25業(yè)務(wù)。 GPRS采用分組交換技術(shù)，它可以讓多個(gè)用戶共享某些固定的信道資源。如果把空中接口上的TDMA幀中的8個(gè)時(shí)隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)164kb/s。G

36、SM空中接口的信道資源既可以被話音占用，也可以被GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占用。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為GPRS專用信道。要實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)，需要在傳統(tǒng)的GSM網(wǎng)絡(luò)中引入新的網(wǎng)絡(luò)接口和通信協(xié)議。目前GPRS網(wǎng)絡(luò)引入GSN（GPRS Surporting Node）節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)臺(tái)則必須是GPRS移動(dòng)臺(tái)或GPRS/GSM雙模移動(dòng)臺(tái)[8]。 2.3 GPS技術(shù) 衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時(shí)間等信息來完成對(duì)各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)和管理。衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是一種以衛(wèi)星為基礎(chǔ)的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可提供高精度、全天時(shí)、全天候的導(dǎo)航、定位和授時(shí)信息，是一種可供海、陸、

37、空軍民用戶共享的信息資源[11]。 2.3.1 導(dǎo)航定位技術(shù)現(xiàn)狀 自1957年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功以來，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導(dǎo)航、遙感、大地測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、天文學(xué)和軍事科學(xué)等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛的應(yīng)用[12]。 世界上最早的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是美國的子午儀導(dǎo)航系統(tǒng)(1964年開始運(yùn)行)。隨后，為滿足日益增長的軍事需要，20世紀(jì)60年代末70年代初，美國和前蘇聯(lián)分別開始研制全天候、全天時(shí)、連續(xù)實(shí)時(shí)提供精確定位服務(wù)的新一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到90年代中期全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)GPS和GLONASS均已建成并投入運(yùn)行。我國也建設(shè)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)：

38、“北斗一號(hào)”于2003年底正式開通運(yùn)行。歐盟籌建的Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在計(jì)劃實(shí)施之中[13]。以下是幾種主要導(dǎo)航定位系統(tǒng)的現(xiàn)狀比較： 目前GPS在實(shí)際應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化上處于國際壟斷地位。特別是從美國于2000年5月1日宣布中止了SA政策后，GPS以其技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廉價(jià)的使用成本，在全球得到廣泛應(yīng)用，涉及野外勘探、陸路運(yùn)輸、海上作業(yè)及航空航天等諸多行業(yè)，其相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)市場的年產(chǎn)值達(dá)80億美元，成為當(dāng)今國際公認(rèn)的八大無線產(chǎn)品之一。 GLONASS比GPS系統(tǒng)起步晚9年，全系統(tǒng)正常運(yùn)行比GPS晚近3年。在1996-1998年間，由于經(jīng)濟(jì)困難，GLONASS星座得不到正常的維護(hù)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能

39、衰退。目前，俄羅斯已下決心恢復(fù)和進(jìn)一步發(fā)展該系統(tǒng)。 我國目前正在自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)填補(bǔ)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的空白，成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國家。于2003年底建成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，2007年分別成功研發(fā)了我國首款應(yīng)用于車載的衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片“航芯一號(hào)”和應(yīng)用于手機(jī)的首款CMOS全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片“航芯二號(hào)”，標(biāo)志著我國在全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)入國際先進(jìn)水平。未來幾年將分別在軍用、民用領(lǐng)域發(fā)揮作用。 歐洲于1992年2月提出的獨(dú)立自主研發(fā)的導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)—Galileo系統(tǒng)將成為第一個(gè)民用的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有配置、頻率分布、信號(hào)設(shè)計(jì)、安全保

40、障及其多層次、多方位的導(dǎo)航定位特點(diǎn)，其在通信、定位精度、信號(hào)功率等方面的性能優(yōu)于GPS，目前正在建設(shè)中。 綜合考慮各系統(tǒng)性能以及全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)芯片技術(shù)等方面，本系統(tǒng)中選用了全球定位系統(tǒng)GPS，獲得高精度的定位信息。 2.3.2 GPS衛(wèi)星定位原理 全球定位系統(tǒng) (Global Position System——GPS)是美國從本世紀(jì)70年代由美國國防部批準(zhǔn)開始研制，歷時(shí)20年，耗資300億美元，于1994年全面建成，是具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)是在子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，是美國第

41、二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 GPS系統(tǒng)包括三大部分：空間部分——GPS衛(wèi)星星座；地面控制部分一地面監(jiān)控系統(tǒng)：用戶設(shè)備部分——GPS信號(hào)接收搬。 空間部分為21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座。衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道平面上，每個(gè)軌道平面上有4顆衛(wèi)星，在約2萬千米高空的衛(wèi)星，從地平線升起至沒落，可以在用戶視野持續(xù)5小時(shí)左右。每一個(gè)用戶在任何地方都能夠同時(shí)接收到來自4～12顆GPS衛(wèi)星的定位信號(hào)，實(shí)現(xiàn)全球性全天時(shí)的連續(xù)不斷的導(dǎo)航定位[13]。 控制部分主要由1個(gè)主控站、5個(gè)監(jiān)控站、3個(gè)地面注入站組成，形成一個(gè)分布在全世界的地面控制監(jiān)視網(wǎng)，監(jiān)視著各個(gè)衛(wèi)星的工作狀態(tài)。主控站主要協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)

42、的工作，監(jiān)控站是在主控站直接控制下的數(shù)據(jù)采集中心，地面注入站的主要任務(wù)是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星時(shí)鐘偏差、導(dǎo)航電文等其他指令等注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)。 用戶設(shè)備的主要任務(wù)是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及參數(shù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航和定位功能。 GPS是利用測(cè)距交會(huì)原理確定點(diǎn)的位置來進(jìn)行定位的。它采用多星高軌測(cè)距體制，以接收機(jī)到GPS衛(wèi)星之間的距離作為基本觀測(cè)量。當(dāng)?shù)孛嬗脩舻腉PS接收機(jī)同時(shí)接收到3顆以上衛(wèi)星的信號(hào)后，通過使用偽距測(cè)量或載波相位測(cè)量，測(cè)算出衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)所需要的時(shí)間、距離，再結(jié)合各衛(wèi)星所處的位置信息，將衛(wèi)星至用戶的多個(gè)等

43、距離球面相交后，即可確定用戶的三維(經(jīng)度、緯度、高度)坐標(biāo)位置以及速度、時(shí)間等相關(guān)參數(shù)。定位原理圖如圖2-3所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式： (2-1) (2-2) (2-3) (2-4) 圖2-3 GPS定位原理 上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)X，Y，Z和為未知參數(shù)，其中。分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。C為GPS信號(hào)的傳播速度(即光速)。 四個(gè)方

44、程式中各個(gè)參數(shù)意義如下： X，Y，Z為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。、、分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。分別為衛(wèi)星l、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。為接收機(jī)的鐘差。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)X，Y，Z和接收機(jī)的鐘差。 2.3.3 GPS的應(yīng)用 全球定位系統(tǒng)GPS擁有全球性、全能性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時(shí)、測(cè)速等優(yōu)點(diǎn)。在諸多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，最早應(yīng)用于軍用定位和導(dǎo)航。隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，目前全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS已逐步從軍用擴(kuò)展到民用，主要涉及海、陸、空的導(dǎo)航和定位，使世界交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)生了深

45、刻變革，推動(dòng)了航天事業(yè)的發(fā)展。同時(shí)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、氣象等領(lǐng)域均已得到廣泛應(yīng)用[14]。下面就GPS在智能交通中的應(yīng)用做一下介紹。 GPS在ITS中主要應(yīng)用于車輛定位、導(dǎo)航和交通管理，是ITS的重要組成部分。在任一時(shí)刻任一目標(biāo)能通過GPS系統(tǒng)得知汽車的經(jīng)緯度、速度和準(zhǔn)確時(shí)聞，然后把這些信息通過無線通信網(wǎng)絡(luò)提供給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心負(fù)責(zé)在電子地圖上顯示出車輛運(yùn)行軌跡；同時(shí)，監(jiān)控中心可根據(jù)路況信息，發(fā)出調(diào)度指令，來完成對(duì)車輛的集中監(jiān)控。國外早已進(jìn)行研究，并已取得了一定得成果，已廣泛地應(yīng)用于公共醫(yī)療事業(yè)、公共服務(wù)事業(yè)、銀行、消防、公安等行業(yè)。 在發(fā)達(dá)國家，GPS技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于交通運(yùn)輸和道路工

46、程中。目前，GPS技術(shù)在我國道路工程和交通管理中的應(yīng)用還剛剛起步，相信隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、高等級(jí)公路的快速修建和GPS技術(shù)應(yīng)用研究的逐步深入，其在道路工程中的應(yīng)用也會(huì)更加廣泛和深入，并發(fā)揮更大的作用[15]。 GPS與其它導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具有的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面： (1) 定位精度高：通過很多應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50km以內(nèi)可達(dá)1，100-500km可達(dá)，1000km以上可達(dá)，在300-1500m工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解算，其平面位置誤差小于1 mm?；€邊長越長越能突顯其定位精度高的優(yōu)勢(shì)。 (2) 觀測(cè)時(shí)間短：采用GPS布設(shè)控制網(wǎng)時(shí)每個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)時(shí)間一般

47、在30-40min左右，采用快速靜態(tài)定位方法，觀測(cè)時(shí)間更短。目前20km以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15km以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站只需觀測(cè)1-2分鐘；動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè)1-2分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。 (3) 測(cè)站間無需通視：GPS測(cè)量不要求站點(diǎn)間相互通視，只需測(cè)站上空開闊即可。 (4) 可提供三維坐標(biāo)：經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高度采用不同方法分別測(cè)量，而GPS可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，目前GPS水準(zhǔn)可達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。 (5) 操作簡單：隨著GPS的不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來越高，體積也越來越小

48、，重量越來越輕。 (6) 全天候作業(yè)：目前GPS觀測(cè)可在一天24小時(shí)內(nèi)的任何時(shí)間進(jìn)行，不受陰天黑夜、起霧刮風(fēng)、下雨下雪等天氣狀況的影響。 功能多、應(yīng)用廣：GPS系統(tǒng)不僅可以用于定位測(cè)量，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速精度可達(dá)0.lms，測(cè)時(shí)精度可達(dá)幾十毫秒，精度都比較高。隨著GPS技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的擴(kuò)大。 2.4 STM32處理器 目前市場上流行的32 位微控制器多采用ARM 處理器核心。采用ARM 處理器核心的32 位微控制器在手機(jī)、PDA等產(chǎn)品中有著大量的應(yīng)用，隨著采用ARM核心的32 位微控制器新品的層出不窮以及價(jià)格的不斷下降，也為其應(yīng)用的下移提供了機(jī)會(huì)。ARM公司

49、于2006年推出了一款針對(duì)價(jià)格敏感但又需具備高效能需求的嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的微處理器核心—Cortex-M3[16]。 Cortex－M3處理器采用ARMv7-M架構(gòu)，它包括所有的16位Thumb指令集和基本的32位Thumb-2指令集架構(gòu)，Cortex-M3處理器不能執(zhí)行ARM指令集。Thumb-2在Thumb指令集架構(gòu)（ISA）上進(jìn)行了大量的改進(jìn)，它與Thumb相比，具有更高的代碼密度并提供16/32位指令的更高性能。 STM32有兩個(gè)系列的產(chǎn)品，分別是基本型和增強(qiáng)型，基本型和增強(qiáng)型都在片上有5 路的串口，2路的SPI和2路的I2C，片上具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，2個(gè)獨(dú)立的看門狗，片上集成了上電復(fù)位

50、和掉電復(fù)位。最多11 路的DMA 通道，所有芯片的管腳有80% 是GPIO?；拘秃驮鰪?qiáng)型的區(qū)別在增強(qiáng)型產(chǎn)品有獨(dú)立的ADC 通道，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為1u秒， 增強(qiáng)型產(chǎn)品還具有USB1.1傳輸接口， 并且其功耗也是32位微控制器領(lǐng)域內(nèi)最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。基本型產(chǎn)品的最高運(yùn)行時(shí)鐘為36MHz，增強(qiáng)型產(chǎn)品的最高運(yùn)行時(shí)鐘為72MHz。此外，對(duì)于電機(jī)的矢量控制，STM32 還具有特別的優(yōu)勢(shì)：2 路獨(dú)立的A/D采樣，定時(shí)器可產(chǎn)生6 路的PWM輸出，具有硬件上的乘法和除法指令，具有死區(qū)控制。意法半導(dǎo)體公司為基于STM32系列微控制器提供了完全的免費(fèi)的底層外設(shè)的驅(qū)動(dòng)庫文件，這使得系統(tǒng)的開發(fā)變得非常

51、容易[18]。 2.4.1 總線構(gòu)架 主系統(tǒng)由以下部分構(gòu)成： 四個(gè)驅(qū)動(dòng)單元： Cortex?-M3內(nèi)核 DCode總線(D-bus)，和系統(tǒng)總線(S-bus)、通用 DMA1和通用 DMA2。 四個(gè)被動(dòng)單元：內(nèi)部 SRAM、內(nèi)部閃存存儲(chǔ)器、FSMC、AHB到 APB的橋(AHB2APBx)，它連接所有的 APB設(shè)備。 這些都是通過一個(gè)多級(jí)的AHB總線構(gòu)架相互連接的[19]，如圖2-4所示： 圖2-4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ICode總線 :該總線將Cortex?-M3內(nèi)核的指令總線與閃存指令接口相連接。指令預(yù)取在此總線上完成。 DCode總線：該總線將Cortex?-M3內(nèi)核

52、的DCode總線與閃存存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)接口相連接(常量加載和調(diào)試訪問)。 系統(tǒng)總線：此總線連接Cortex?-M3內(nèi)核的系統(tǒng)總線(外設(shè)總線)到總線矩陣，總線矩陣協(xié)調(diào)著內(nèi)核和DMA間的訪問。 DMA總線：此總線將DMA的AHB主控接口與總線矩陣相聯(lián)，總線矩陣協(xié)調(diào)著CPU的DCode和DMA到 SRAM、閃存和外設(shè)的訪問。 總線矩陣：此總線矩陣協(xié)調(diào)內(nèi)核系統(tǒng)總線和DMA主控總線之間的訪問仲裁。此仲裁利用輪換算法。此總線矩陣由四個(gè)驅(qū)動(dòng)部件(CPU的DCode、系統(tǒng)總線、DMA1總線和DMA2總線)和四個(gè)被動(dòng)部件(閃存存儲(chǔ)器接口(FLITF)、SRAM、FSMC和AHB2APB橋)構(gòu)成。 AHB外設(shè)

53、通過總線矩陣與系統(tǒng)總線相連，允許DMA訪問。 AHB/APB橋(APB)：兩個(gè)AHB/APB橋在AHB和2個(gè)APB總線間提供同步連接。APB1操作速度限于36MHz，APB2操作于全速(最高72MHz)。當(dāng)對(duì)APB寄存器進(jìn)行8位或者16位訪問時(shí)，該訪問會(huì)被自動(dòng)轉(zhuǎn)換成32位的訪問：橋會(huì)自動(dòng)將8位或者32位的數(shù)據(jù)擴(kuò)展以配合32位的向量[18]。 2.4.2 存儲(chǔ)器組織 STM32系列處理器的程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、寄存器和輸入輸出端口被組織在同一個(gè)4GB的線性地址空間內(nèi)。數(shù)據(jù)字節(jié)以小端格式存放在存儲(chǔ)器中。一個(gè)字里的最低地址字節(jié)被認(rèn)為是該字的最低有效字節(jié)，而最高地址字節(jié)是最高有效字節(jié)。外設(shè)

54、寄存器的映像請(qǐng)參考相關(guān)章節(jié)。可訪問的存儲(chǔ)器空間被分成8個(gè)主要塊，每個(gè)塊為512MB。其他所有沒有分配給片上存儲(chǔ)器和外設(shè)的存儲(chǔ)器空間都是保留的地址空間。 在 STM32F10xxx里，可以通過 BOOT[1:0]引腳選擇三種不同啟動(dòng)模式，如表2-1所示。 表2-1 啟動(dòng)模式 啟動(dòng)模式選擇管腳 啟動(dòng)模式 說明 BOOT1 BOOT0 X 0 用戶閃存存儲(chǔ)器 用戶閃存存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域 0 1 系統(tǒng)存儲(chǔ)器 系統(tǒng)存儲(chǔ)器被選為啟動(dòng)區(qū)域 1 1 內(nèi)嵌SRAM 內(nèi)嵌SRAM被選為啟動(dòng)區(qū)域 在系統(tǒng)復(fù)位后，SYSCLK的第4個(gè)上升沿，BOOT管腳的值將被鎖存。用戶可

55、以通過設(shè)置BOOT1和BOOT0引腳的狀態(tài)，來選擇在復(fù)位后的啟動(dòng)模式。 根據(jù)選定的啟動(dòng)模式，主閃存存儲(chǔ)器、系統(tǒng)存儲(chǔ)器或SRAM可以按照以下方式訪問： (1)從主閃存存儲(chǔ)器啟動(dòng), (2)從系統(tǒng)存儲(chǔ)器啟動(dòng), (3)從內(nèi)置SRAM啟動(dòng)。 通過設(shè)置選擇管腳，對(duì)應(yīng)到各種啟動(dòng)模式的不同物理地址將被映像到第 0塊(啟動(dòng)存儲(chǔ)區(qū))。在系統(tǒng)復(fù)位后，SYSCLK的第 4個(gè)上升沿，BOOT管腳的值將被鎖存。用戶可以通過設(shè)置 BOOT1和 BOOT0引腳的狀態(tài)，來選擇在復(fù)位后的啟動(dòng)模式。 即使被映像到啟動(dòng)存儲(chǔ)區(qū)，仍然可以在它原先的存儲(chǔ)器空間內(nèi)訪問相關(guān)的存儲(chǔ)器。在經(jīng)過啟動(dòng)延遲后，CPU從位于 0x0000 000

56、0開始的啟動(dòng)存儲(chǔ)區(qū)執(zhí)行代碼。內(nèi)嵌的自舉程序用于通過 USART1串行接口對(duì)閃存存儲(chǔ)器進(jìn)行重新編程。這個(gè)程序位于系統(tǒng)存儲(chǔ)器中，由 ST在生產(chǎn)線上寫入。 2.4.3 電源 STM32的工作電壓(VDD)為2.0～3.6V。通過內(nèi)置的電壓調(diào)節(jié)器提供所需的1.8V電源。當(dāng)主電源VDD掉電后，通過VBAT腳為實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和備份寄存器提供電源。復(fù)位后調(diào)節(jié)器總是使能的。根據(jù)應(yīng)用方式它以3種不同的模式工作：(1) 運(yùn)轉(zhuǎn)模式：調(diào)節(jié)器以正常功耗模式提供1.8V電源（內(nèi)核，內(nèi)存和外設(shè)）。(2) 停止模式：調(diào)節(jié)器以低功耗模式提供1.8V電源，以保存寄存器和SRAM的內(nèi)容。(3) 待機(jī)模式：調(diào)節(jié)器停止供電

57、。除了備用電路和備份域外，寄存器和SRAM的內(nèi)容全部丟失。 用戶可以利用PVD對(duì)VDD電壓與電源控制寄存器(PWR_CR)中的PLS[2:0]位進(jìn)行比較來監(jiān)控電源，這幾位選擇監(jiān)控電壓的閥值。通過設(shè)置PVDE位來使能PVD。電源控制/狀態(tài)寄存器(PWR_CSR)中的PVDO標(biāo)志用來表明VDD是高于還是低于PVD的電壓閥值。該事件在內(nèi)部連接到外部中斷的第16線，如果該中斷在外部中斷寄存器中是使能的，該事件就會(huì)產(chǎn)生中斷。當(dāng)VDD下降到PVD閥值以下和(或)當(dāng)VDD上升到PVD閥值之上時(shí)，根據(jù)外部中斷第16線的上升/下降邊沿觸發(fā)設(shè)置，就會(huì)產(chǎn)生PVD中斷。 電源模塊的系統(tǒng)框圖如圖2-5所示。

58、圖2-5 電源框圖 2.5 本章小結(jié) 本章主要介紹了系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思想和框架結(jié)構(gòu)，然后在介紹總體的基礎(chǔ)上分別介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的關(guān)鍵技術(shù)，如GPRS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、通信原理，GPS的定位原理和所工作做得環(huán)境與要求，最后介紹了所用到的STM32處理器的的主要功能外設(shè)和工作模式等知識(shí)，為下面的軟件和硬件設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與開發(fā) 第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與開發(fā) 3.1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)需要，采用性價(jià)比高的STM32處理器為控制核心，采用UART接口讀取車輛的GPS定位信息，經(jīng)過信息處理把信息顯示在屏幕上，利用AT指令通過串口和GPRS模塊進(jìn)行通訊

59、，通過GPRS模塊把采集到的信息通過TCP/IP協(xié)議送到Internet網(wǎng)絡(luò)或通過短信發(fā)送到指定的手機(jī)上，在遠(yuǎn)程收到定位信息后通過已有的數(shù)據(jù)庫確定路況，路線等信息。根據(jù)此設(shè)計(jì)功能要求嵌入式硬件平臺(tái)需要下面幾個(gè)模塊電路：GPRS模塊、GPS模塊、STM32處理器模塊、LCD顯示模塊、串口模塊、電源模塊、輔助電路等模塊； (1)GPRS模塊：針對(duì)所選用的GPRS模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，GPRS模塊通過串口與STM32處理器的USART 2相連，通過SPI接口與SIM卡相連，并把GPRS模塊的語音接口連出來，組成一個(gè)功能齊全的電路； (2)GPS模塊：針對(duì)所選用的GPS模塊設(shè)計(jì)相應(yīng)的電路，GPS模塊

60、通過串口與STM32的USART 3相連，完成定位信息的傳輸； (3) STM32模塊：完成STM32處理器必備的復(fù)位電路、電源濾波電路、晶振電路、電池供電電路等。為系統(tǒng)的正常工作提供必備的條件。 (4) LCD顯示模塊：主要涉及LCD液晶顯示器和觸摸屏接口的設(shè)計(jì)，采用分辨率為320x240的2.8寸的彩色液晶屏，并具有電阻式觸摸屏，為系統(tǒng)的軟件升級(jí)提供支持，提供了一個(gè)友好的人際接口，更加人性化， (5) 串口模塊：本系統(tǒng)把USART 1通過max3232引到DB9接口上，提供了一個(gè)調(diào)試程序、檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況的手段，還可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信，進(jìn)而完成更加復(fù)雜的功能，也為以后的軟件升級(jí)提供

61、接口。 (6) 電源模塊：各個(gè)模塊的核心器件都有自己的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓，而這些電壓卻不盡相同，所以要針對(duì)各種電壓設(shè)計(jì)相應(yīng)的電壓轉(zhuǎn)換電路；采用LM2596開關(guān)電源芯片，為整個(gè)系統(tǒng)供電，可以提供3A穩(wěn)定的電源，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 (7) 輔助電路：包括一個(gè)LED指示燈、兩個(gè)鍵盤和一個(gè)擴(kuò)展的AT24C128存儲(chǔ)器，用于終端開發(fā)和調(diào)試用的JTAG接口，配合系統(tǒng)的正常工作。 3.2 GPRS模塊硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中采用的GPRS模塊為華為的EM310模塊，本節(jié)詳細(xì)分析了EM310模塊，完成無線傳輸模塊的電路接口設(shè)計(jì)。 EM310是一款小體積即插即用兼容型GSM/GPRS通信模塊，模塊內(nèi)嵌TCP/

62、IP協(xié)議棧，硬件兼容MC55，可工作在EGSM900和GSM1800兩個(gè)頻率，該模塊特性如下[17]： 工作頻段：EGSM900/GSM1800雙頻 最大發(fā)射功率：EGSM900/GT800 Class4(2W) GSM1800 Class1(1W) 接收靈敏度：<=106dBm 協(xié)議：兼容GSM/GPRS Phase2/2+ 標(biāo)準(zhǔn)SIM卡接口（1.8或3V）：兩路模擬音頻接口 GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：GPRS CLASS 10 編碼方式：CS1，CS2，CS3，CS4 最大下行速率：85.6Kbit/s 最大上行速率：42.8Kbit/s EM310 GSM模塊使用 50-PI

63、N B2B 連接器接口方式，為外圍設(shè)備提供以下應(yīng)用接口信號(hào)：UART接口、SIM 卡接口、音頻接口、電源接口、USB總線接口、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示接口。 3.2.1 UART接口 EM310 GSM模塊提供一路串行接口，支持 8 線串行總線接口或 4 線串行總線接口或 2 線串行接口。EM310 GSM 模塊通過 UART 接口與外界進(jìn)行串行通信，和AT指令的輸入。UART支持可編程的數(shù)據(jù)寬度、可編程的數(shù)據(jù)停止位、可編程的奇/偶校驗(yàn)或者沒有校驗(yàn)，該 UART 口最高支持 115.2kbit/s 的波特率，最低支持 300bit/s 的波特率，默認(rèn)支持 9600bit/s的速率，支持波特率掉電保存

64、。DCE與DTE的連接關(guān)系如圖3-1所示。 圖3-1 DCE-DTE連接關(guān)系示意圖 EM310 GSM模塊可以通過使用 232類芯片與標(biāo)準(zhǔn) RS-232-C的接口連接。使用 2 線制串口時(shí)推薦使用 MAX3232 芯片，模塊的/RXD 通過 MAX3232 芯片轉(zhuǎn)換后接 DTE 設(shè)備的 RXD管腳；DTE 設(shè)備的 TXD通過 MAX3232芯片轉(zhuǎn)換后接模塊的/TXD 管腳。使用8線串口時(shí)，使用 SP3238或 MAX3238等芯片。 3.2.2 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 EM310 GSM模塊在接到短信息時(shí)，RING 管腳會(huì)輸出 150ms 低電平，波形如圖3-2所示； 圖3-2

65、 收到短消息指示 EM310 GSM模塊在接到語音呼叫時(shí)，RING 管腳會(huì)輸出 1s 低電平 4s 高電平，周期變化。波形如圖3-3所示： 圖3-3 收到語音呼叫指示 RING 管腳驅(qū)動(dòng) LED燈時(shí)，需要根據(jù) LED的壓降和額定電流選擇合適的限流電阻，將 RING 管腳經(jīng)過一個(gè)反向器，電路如圖 3-4 所示。 圖3-4 RING管腳驅(qū)動(dòng)lED電路 3.2.3 SIM卡接口 EM310 GSM模塊基帶處理器集成了符合 ISO 7816-3 標(biāo)準(zhǔn)的 SIM 卡接口，通過 PCB 走線連接到模塊 B2B 連接器上，為外部 SIM 卡座提供SIM 卡接口信號(hào)。 EM310 GS

66、M模塊支持并能夠自動(dòng)檢測(cè) 3.0V和 1.8V SIM卡，SIM卡接口定義如表3-1所示。 表3-1 SIM卡接口定義表 管腳號(hào) 信號(hào)名 描述 1 SIM-CLK SIM 卡時(shí)鐘 2 SIM-VCC SIM 卡電源 3 SIM-IO SIM 卡數(shù)據(jù) 4 SIM-RST SIM 卡復(fù)位 6 SIM-GND SIM 卡地 為了滿足 3GPPTS 51.010-1協(xié)議及 EMC 認(rèn)證的要求，建議 SIM 卡座應(yīng)該距離模塊接口較近的位置避免因走線過長，使波形嚴(yán)重變形，從而影響信號(hào)的通信。SIM-CLK和 SIM-IO 信號(hào)的走線需要用地線包絡(luò)。 EM310 GSM模塊SIM卡接口ESD防護(hù)電路如下圖 3-5 所示，其中圖中的TVS(瞬態(tài)電壓抑制二極管)要盡量靠近SIM卡座放置， 圖3-5 SIM卡接口ESD防護(hù)電路 3.2.4 音頻接口 EM310模塊提供兩路模擬音頻輸入輸出接口。兩路音頻輸出均可驅(qū)動(dòng) 32 歐姆阻抗的受話器，如需驅(qū)動(dòng) 8歐姆阻抗的揚(yáng)聲器，需要另外增加音頻功放電路。管腳定義如表 3-2 所示： 表3-2 音頻接口定義