GPRS无线监控系统毕业论文.doc

清 华 大 学综 合 论 文 训 练题目：gprs无线监控系统系 别：电子系专 业：电子信息工程姓 名：蔡斌指导教师：潘长勇辅导教师：阳辉2010年 6 月 14 概述中文摘要本论文主要探讨gprs无线监控系统原理与搭建方式。无线监控系统在社会生活的各个方面都有重要的应用。无线监控系统因其具体功能的差别，系统结构会有些不同，然而关键的部位是不变的。在保留关键部位的情况下，无线监控系统有很强的扩展性。这个关键部位就是单片机控制gprs模块收发短信息。于是本论文主要研究与实现的就是单片机控制gprs模块收发短信息，并且在此基础上做出了两方面的应用扩展。这两方面的应用扩展是：一，移动终端位置监控。即，单片机控制gprs收发gps空间坐标信息，同时根据终端的gps定位信息给出相应的位置控制命令，通过gprs发送控制信息，在接收到控制信息进行参数调整。二，固定终端电平监控。即，单片机控制gprs向远方固定终端发送引脚电平信息，远端接收到电平信息后也通过gprs回复控制命令，单片机在接收到控制命令以后相应地改变引脚电平。在上面论文内容及价值统观的基础上，论文结构如下：第一章 介绍gprs无线监控系统研究的意义，研究的现状。论文工作重点难点及预期的研究成果。并且对gprs技术进行了全部而简洁地介绍。第二章 详细介绍系统硬件构成。包括各模块的属性，内部和外部特征及其关键技术。第三章 详细介绍硬件系统搭建。包括单片机外围电路设计，max3232外围电路设计，电源设计。最后进行了硬件综合设计。第四章 详细介绍系统软件构成并分模块进行测试。包括at指令应用介绍，pdu编解码，gps空间信息提取，单片机串口初始化，单片机中断处理等。第五章 详细介绍软件系统搭建及系统测试。包括系统软件流程，系统编程，系统测试。最后总结了毕设期间遇到的问题及解决方法。关键词：gprs 模块，c8051f022 单片机，at指令，gps，pdu编解码，rs232串口概述 abstractthe topic of the thesis is to research into the principles and configuration of gprs wirless control system, which is of great importance to our daily life, and which can be slitly different according to their application. the core technology of all kinds of gprs wirless control system is figured out in the thesis to be the answer of such a question, how to control gprs sending and receiving short massage with microchip. luckly, i have succeeded in finding the answer to the question above and have made two applications of the core technology, all of which have been written in my thesis in detail. those two applications are as follows: first, how to control mobile terminal using gps reciever, microchip and gprs modem.secondly, how to control fixed terminal with microchip and gprs modem. based on the major content and value of my design introduced above, my thesis can be devided into five chapters as follows: the first chaper is to introduce the values and conditions of my research, to foresee the difficulty and final outcome, and to introduce gprs technology.the second chapter is to study the system harware constitution, including the attributions, makeup inwards and outwards and principles of each part.the third chapter is to build the hardware system with the parts in chapter 2.the fourth chapter is to study the system software constitution and introduce their test results, including at commands, gps data process, pdu encode and deconde, microchip initialization, and microchip interrupt process.the fifth chapter is to build the software system with the parts in chapter 4, and to introduce the test results of the whole system, including two applications.keywords：gprs modem， c8051f022 microchip， at commands， gps receiver， pdu encode and decode， rs232 series interface.概述主要符号对照表gprs 通用无线分组业务（general packet radio system）cdpd 窝式数字分组数据（cellular digital packet data）gps 全球定位系统（global position system）pdu 协议数据单元(protocol data unit)sms 短消息业务（short messaging service）uart 通用异步收发器(univernal asynchronous receiver/transmitter)概述目 录第1章概述11.1 gprs无线监控系统研究的意义11.1.1 无线监控系统的分类11.1.2 gprs无线监控系统研究的意义21.2 gprs无线监控系统研究的现状21.2.1 gprs无线网络和internet相结合的监控技术在环境治理方面的应用31.2.2 gprs无线监控技术在交通方面的应用31.2.3 gprs无线监控技术在城市路灯控制方面的应用41.3 gprs无线监控系统的构成51.3.1 系统结构框图及工作原理51.4 工作重点，难点及预期的研究成果71.4.1 系统设计得重点和难点71.4.2 预期研究成果81.5 gprs简介281.5.1 gprs网络81.5.2 gprs的工作方式91.5.3 gprs的主要特点91.5.4 gprs的协议模型101.5.5 gprs的应用范围11第2章硬件构成选型132.1 gprs modem132.1.1 m1206b的属性132.1.2 m1206b的内部构成142.1.3 m1206b的外部接口142.1.4 m1206b的使用方法162.2 单片机模块172.2.1 单片机串行接口172.2.2 c8051f022的特征182.2.3 c8051f022内部构成的优越性182.2.4 c8051f022的外部管脚结构202.2.5 c8051f022与pc机，gprs modem以及gps接收机的连接方式212.3 gps模块232.3.1 gps的种类介绍8232.3.2 nmea-0813通讯协议242.3.3 gprmc封包的数据格式252.3.4 校验处理262.3.5 gps15l26第3章硬件电路设计293.1 元器件及其封装293.1.1 元器件及其封装293.2 单片机外围电路设计303.2.1 c8051f022的引脚使用303.2.2 单片机的电源连接313.2.3 复位连接323.2.4 jtag口连接333.2.5 单片机整体外围电路343.3 max3232外围设计353.3.1 半串口通信353.3.2 max3232与单片机，gprs，gps，pc的电路连接363.4 电源设计373.4.1 c8051f022电源要求373.4.2 max3232电源要求383.4.3 gps15l的电源要求383.4.4 gprs modem 的电源要求383.4.5 整体电源设计393.5 整合设计403.5.1 整体电路原理图413.5.2 整体pcb板图41第4章系统软件构成434.1 at指令及其测试434.1.1 at指令的使用方法434.1.2 流控制at指令434.1.3 发送和读取短信息常用的at指令464.1.4 常用at指令“串口调试助手”测试494.1.5 收发短信at指令“超级终端”测试504.2 gprs模块短信息编解码及其测试544.2.1 解读pdu串554.2.2 pdu编解码564.2.3 短信息生成和分解的c+编码及测试584.3 单片机c8051f022串口初始化及其测试634.3.1 单片机c8051f022的i/o配置634.3.2 单片机c8051f022参数配置644.3.3 单片机c8151f022初始化代码654.4 gps接收机测试及空间坐标信息提取674.4.1 gps空间坐标信息提取的方法与步骤674.4.2 gps空间坐标信息提取c+测试714.4.3 gps接收机“超级终端”测试724.5 单片机中断处理及其测试734.5.1 异步串口0中断处理734.5.2 异步串口1中断处理滤除gprs握手信号764.5.3 异步串口1中断处理四种处理分析784.5.4 异步串口1中断处理代码824.5.5 异步串口中断处理测试85第5章系统软件设计895.1 系统软件流程895.1.1 系统整体功能895.1.2 系统整体软件流程905.2 系统编程915.2.1 text模式系统主要函数及其作用915.2.2 pdu模式系统主要函数及其作用92第6章系统测试及问题回顾946.1 系统测试946.1.1 pdu模式发送gps空间坐标信息测试946.1.2 text模式发送gps空间坐标信息测试956.1.3 text模式发送单片机引脚电平并且根据接收到的信息改变引脚电平测试976.2 遇到的问题及解决方法986.2.1 ctrl+z无法输入问题986.2.2 db9p公头和母头问题996.2.3 uart1初始化问题996.2.4 不可打印字符验证问题996.2.5 单片机测试的问题100第7章结语101插图索引i表格索引iv参考文献v致 谢vii声 明ix附录a gprmc空间坐标信息提取的校验处理c+源程序xi附录b 综合论文训练记录表xivix第1章 概述第1章 概述1.1 gprs无线监控系统研究的意义本节主要回答两个问题：无线监控系统分为几类？gprs无线监控系统研究有何意义？1.1.1 无线监控系统的分类监控系统的本质区别在于它们有不同的通信方式。而监控系统中的通信方式可以分为如下几类：有线通信方式，无线集群通信方式，gsm短消息通信方式，cdpd通信方式和gprs通信方式。有线通讯方式只适应于小范围小区域的监控系统，而对于大城市，或者监控点多而且分散的系统并不适用，因为大面积布有线网络费用高，维护困难。于是，目前国内多采用无线集群通讯方式、gsm短消息通讯方式或cdpd通讯方式，当gprs通信技术出现以后，gprs无线监控网络因其无可比拟的优越性而被广泛研究与推广应用。无线集群通信属于专用移动通信网，主要的服务业务是无线用户与无线用户之间的通信。因此建设专用网络的周期长，费用高，维护困难，且专用网络的覆盖范围有限。同时，因为主要业务是无线用户与无线用户之间的通信，因此无线用户与有线用户之间的通信受到很大限制。gsm短消息通信架设在移动公用网络之上，因此与集群通讯方式相比节约了建设费用与维护费用。但是它仍然有几个致命的缺点：平均传输时延较大，不能实现全双工的通信，在使用高峰期容易发生信道堵塞。cdpd（cellular digital packet data，蜂窝式数字分组数据），是由美国移动通信公司（amci）等8大公司联合推出的一种无线数据通信技术规范。它是以数字分组数据技术为基础，以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。gprs与cdpd都可以提供数据业务服务，与gprs相比较，cdpd有以下几个缺点： 用户成本高；通信的传输速度要比gprs低；工作的频段窄，信道数比gprs少。gprs通信方式充分利用中国移动公网资源，节约建设成本，缩短建设周期；覆盖范围广阔，系统规模扩展容易，维护费用低，容易升级； 数据传输速率比其他四种通信方式都高，最高可达171.2kb/s，通信传输时延较小，最长不超过3 秒；系统建成以后用户费用低；通信服务质量安全可靠。1.1.2 gprs无线监控系统研究的意义在理论上，gprs无线监控系统是一种创新。虽然该系统只是在传统的无线收发装置上添加gprs和mcu监控模块。然而它是追求完美的典范。添加gprs和mcu模块以后，既有了收发端的控制通信，通过收发端的“对话”调整任务，使得系统灵活实用效率高。同时，gprs无线监控系统中的mcu模块通过单片机编程来实现全自动地监控，无需人工控制辅助。因此，理论上的创新看似简单，其实不简单，值得进一步研究。在实践中，gprs无线监控系统的研究具有广阔的社会应用和推广前景，能够产生极好的经济效益。它可以应用于工业控制、数据采集系统；电信基站自动测量监控系统；高速公路收费系统、铁路系统；降雨量远程监测系统、地下水远程监测系统；电力系统数据采集与控制系统、变电站数据远程测控系统；各类量度表远程自动抄表系统；河道水位自动监测系统；油井在线生产数据采集与控制系统；家庭所有设备的控制等，应用领域极其广泛。具体说来，目前的无线监控系统还没有实现全自动控制，迫切需要改善和改进。除了部分安装了定时器的监控系统之外，目前的监控系统需要人工控制的辅助。于是电话，传真等等通信方式在许多监控系统中仍然必不可少。 这种模式的监控系统不易管理，效率低下，不易实时地灵活地对远程多点进行监控。采用gprs技术的无线监控系统，集计算机，通信，机电以及自动控制等多种先进技术于一体。与传统的监控方式因没有通信功能而无法集中监控不同，gprs无线监控系统能够对分散的多点进行实时的，灵活的，可靠的监控。从而精简了机构，提高了效率和质量。1.2 gprs无线监控系统研究的现状gprs无线监控技术在社会生活当中有多种应用。基于中国移动的gprs无线网络和internet相结合的监控技术应用于社会生活的各个方面，给通信时代画上了光辉的一笔。1.2.1 gprs无线网络和internet相结合的监控技术在环境治理方面的应用当代社会经济的快速发展带来了严重的环境问题，治理环境，改善生存空间成为当务之急。国家各级部门，从县，市，至省，需要对环境进行监控。而环境监控范围广，监控点分散：市级部门需要对多个县进行监控，省级部门需要对多个市进行监控。在这种情况下可以通过gprs无线网络结internet的树状多层监控技术实现范围广，监控点分散的环境监控。江苏省多个城市应用了这种基于gprs无线网络和internet的环境监控系统，收到了良好的经济效益和社会效益。1.2.2 gprs无线监控技术在交通方面的应用经济的发展与融合，带来了交通系统的发展，驾驶员对信息通信需求增加。从而路-车之间，车-车之间的无线通信技术成为交通系统发展的重要筹码。通过gprs无线监控技术，把车载汽车计算平台，信息显示系统以及驾驶控制系统有机地结合起来。gprs无线监控技术除了在行驶安全方面发挥重大作用之外，还在车辆防盗方面做出新的贡献。目前的车辆防盗监控系统最多做到发送文字短信至车辆使用者的手机作为提醒，而无法做到把实时监控影像连续不断地发送给车辆使用者，这样误报就很容易发生。例如，当一辆大卡车经过某一车辆时，该车辆的监控系统向其使用者发送了文字短信，该车辆的使用者必须回到车辆上才能弄清楚情况。通过3g/gprs无线通信网络，可以将实时拍摄到的影像信息传送到使用者的行动通信装置，使用者即能了解目前的状况，从而做出正确判断。除了主动通信之外，还可以进行被动通信。当使用者不在车上时，可以发送命令至车上的系统，车辆收到命令后启动实时监控装置，将拍摄到的影像信息以及gps定位信息传送给使用者。使用者即使不在车上也能够了解车辆的使用情况。因此，gprs无线监控技术在行车导航以及车辆防盗方面都将有重要贡献。图1.1 gprs无线监控技术在交通方面的应用实施图11.2.3 gprs无线监控技术在城市路灯控制方面的应用道路照明灯是城市公共事业的一个重要组成部份。随着我国城市路网建设的不断发展，人们对路灯系统远程监控，控制及管理的要求越来越高，采用先进技术提高路灯自动化控制以及管理水平，已成为城市道路照明系统建设的当务之急。针对城市路灯终端多，户外，分散和地域广等特点，采用什么通信方式是解决城市路灯远程监控的关键问题。通常可以采用无线电台，电力线载波和电话线路作为通信手段，但这种通信方式需要自行投资建设专用计算机网络，致使一次性投资，运营费用高，并要求专业技术人员维护，是实现路灯远程监控系统建设的主要困难。采用gprs-internet可以很好地解决以上问题。将gprs无线网络和internet网络联合起来作为数据传输网络，充分利用已有的公共网络资源，节省了网络建设及维护成本，而且gprs-internet按流量计费，正适合于城市路灯远程监控系统的数据传输，减低了系统的运营成本，使系统具有一定的实时性的前提下，保证系统经济，可靠地运行。1.3 gprs无线监控系统的构成1.3.1 系统结构框图及工作原理图1.2 系统整体结构示意图gprs无线监控系统的工作原理如下：gprs无线监控系统主要包括无线数据收/发，gprs数据收/发和mcu监控三部分。其中无线数据收/发部分即传统的无线电收发装置。图1.3,图1.4和图1.5，图1.6分别为发射端和接收端的结构示意图。图1.3 发射端结构简图图1.4 发射端功能图图1.3和图1.4所示，pc控制mcu，使其产生控制信息对发射机的频率和功率进行初始设置。mcu接收gps信号，并将gps信号中的空间坐标信息提取出来，通过rs232串口向gprs模块发送，gprs模块接着将gps空间坐标信息向接收端的gprs模块发送。同时发射端的gprs模块接收来自接收端的控制信息，传输到mcu，触发mcu产生控制信号控制发射机的频率和功率。图1.5 接收端结构简图图1.5和图1.6所示，当接收端的gprs模块接收到gps空间信息时，便将空间坐标信息传输给mcu。mcu根据发射机所处的空间位置给出控制信息，通过gprs模块向发射端发射（由于发射机和接收机的移动性，它们可能处于不同的蜂窝中，而不同的蜂窝有不同的频率和功率，所以需要根据gps导航定位信息调整发射的频率和功率）。接收端的mcu还处理接收机采集而来的信息，例如信号场强。图1.6 接收端功能图1.4 工作重点，难点及预期的研究成果1.4.1 系统设计得重点和难点我的工作在于：利用已有的无线数据收/发装置，添加gprs数据收/发模块，并将这两部分有机地结合起来，组建gprs无线监控系统。细说来就是：分别设计发射端和接收端的微处理器mcu，使其各自执行不同的任务，完成不同的工作。对gprs modem进行软控制，使其具有话音通信功能，以及数据包传输功能，传输控制信号和gps导航定位信息。学习gps信号的格式，只提取出空间坐标信息。我的工作重点难点在于：首先，如何设计微控制器（mcu），使其具有以下功能：（1）提取gps的空间坐标信息，并以gprs modem能够识别的数据格式向gprs发送空间坐标信息。（2）通过pc来控制发送端中调制器的参数（频率和功率）（3）接收来自gprs的控制信息，并相应地控制发送端中调制器的参数（频率和功率）（4）如何根据gps的空间坐标信息给出对发射机的控制信息，用以调整发送端中调制器的参数（频率和功率）；其次，如何实现两块gprs modem之间点对点的，实时的，可靠的语音通信；再次，如何提取gps数据中的空间位置信息。1.4.2 预期研究成果完成系统设计及测试，然后做理论推广和应用推广。理论推广：希望进一步有创新点，将系统性能进一步提高。如果能够成功创新，必然对社会产生很大的影响，给人们带来便利。应用推广：将gprs无线监控系统推广至社会生活的各个方面。调查社会需求，完善系统性能。并且可以给其他应用结合起来，加强其适用性，实用性，给社会生活带来最真实，最深刻的现代高科技体验。1.5 gprs简介2gprs的英文全称是：“general packet radio service”（译作“通用分组无线服务”），它是利用“包交换”（packetswitched）的概念发展起来的一套无线传输方式。所谓“包交换”就是将data封装成许多独立的封包，再将这些封包一一传送出去，形式上有点类似邮局中的寄包裹。其作用在于只有当有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对广大用户来说是较合理的计费方式，因为像internet这类的数据传输大多数的时间频宽是闲置的。1.5.1 gprs网络gprs的英文全称是：“general packet radio service”（译作“通用分组无线服务”），它是利用“包交换”（packetswitched）的概念发展起来的一套无线传输方式。所谓“包交换”就是将data封装成许多独立的封包，再将这些封包一一传送出去，形式上有点类似邮局中的寄包裹。其作用在于只有当有资料需要传送时才会占用频宽，而且可以以传输的资料量计价，这对广大用户来说是较合理的计费方式，因为像internet这类的数据传输大多数的时间频宽是闲置的。1.5.2 gprs的工作方式gprs工作时，通过路由管理来进行寻址和建立数据连接，而gprs的路由管理表现在以下三方面：移动终端发送数据的路由建立；移动终端接收数据的路由建立；以及移动终端处于漫游时数据路由的建立。 对于第一种情况，当移动终端产生了一个pdu分组数据单元)，这个pdu经过sndc层处理，称为sndc数据单元。然后经过llc层处理为llc帧通过空中接口送到gsm网络中移动终端所处的sgsn。sgsn把数据送到ggsn。ggsn把收到的消息进行解包装处理，转换为可在公用数据网中传送的格式（如pspdn的pdu），最终送给公用数据网的用户。为了提高传输效率，并保证数据传输的安全，可以对空中接口上的数据做压缩和加密处理。 在第二种情况中，一个公用数据网用户传送数据到移动终端时，首先通过数据网的标准协议建立数据网和ggsn之间的路由。数据网用户发出的数据单元（如 pspdn中的pdu），通过建立好的路由把数据单元pdu送给ggsn。 而ggsn再把pdu送给移动终端所在的sgsn上,gsn把pdu封装成sndc数据单元，再经过llc层处理为llc帧单元，最终通过空中接口送给移动终端。 第三种情况是一个数据网用户传送数据给一个正在漫游的移动用户。这种情况下的数据传送必须要经过归属地的ggsn，然后送到用户a端。1.5.3 gprs的主要特点相对原来gsm的电路交换数据传送方式，gprs采用分组交换技术。由于使用“分组”技术，用户上网可以免除掉线的麻烦。此外，使用gprs上网的方法与wap不同， 用wap上网就如在家中上网，先“拨号连接”，而上网后便不能同时使用该电话线，但gprs则较优越，下载资料和通话可以同时进行。 从技术上来说，声音的传送（即通话）继续使用gsm，而数据的传送则使用gprs，就把移动电话的应用提升到一个更高层次，而且不需重新组网，十分经济。gprs的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件、在internet上浏览等。使用gprs，数据可实现分组发送和接受，这意味着用户总是在线且按流量计费，降低了服务成本。 gprs的最大优势在于数据传输速度不是wap所能比拟的。目前的gsm移动通信网的传输速度为每秒9.6k字节，gprs手机在今年初推出时已达到56kbps的传输速度，到现在更是达到了115kbps（此速度是常用56k modem理想速率的两倍）。除了速度上的优势，gprs还有“永远在线”的特点，即用户随时与网络保持联系。举个例子，用户访问internet时，点击一个超级链接，手机就在无线信道上发送和接受数据，主页下载到本地后，没有数据传送，手机就进入一种“准休眠”状态，手机释放所用的无线频道给其它用户使用，这时网络与用户之间还保持一种逻辑上的连接，当用户再次点击，手机立即向网络请求无线频道用来传送数据，而不像普通拨号上网那样断线后还得重新拨号才能上网。1.5.4 gprs的协议模型um接口是gsm的空中接口。um接口上的通信协议有5层，自下而上依次为物理层、mac（media access control)层、llg（logical link control）层、sndc层和网络层。um接口的物理层为射频接口部分，而物理链路层则负责提供空中接口的各种逻辑信道。gsm空中接口的载频带宽为200khz，一个载频分为8个物理信道。如果8个物理信道都分配为传送gprs数据，则原始数据速率可达200kbps。考虑前向纠错码的开销，则最终的数据速率可达164kbps左右；mac为媒质访问控制层。mac的主要作用是定义和分配空中接口的gprs逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动终端共享；llg层为逻辑链路控制层。它是一种基于高速数据链路规程hdlg的无线链路协议；sndc被称为子网依赖结合层。它的主要作用是完成传送数据的分组、打包，确定tcpip地址和加密方式；网络层的协议目前主要是phasel阶段提供的 tcpip和l25协议。tcpip和x.25协议对于传统的gsm网络设备（如：bss、nss等设备）是透明的。1.5.5 gprs的应用范围gprs是在现有gsm网络上开通的一种新型的分组数据传输业务，在有gprs承载业务支持的标准化网络协议的基础上，gprs可以提供系列交互式业务服务： 1、点对点面向连接的数据业务。为两个用户或者多个用户之间发送多分组的业务，该业务要求有建立连接、数据传送以及连接释放等工作程序。 2、单点对多点业务。根据某个业务请求者的要求，把单一信息传送给多个用户。该业务又可以分为点对多点多信道广播业务、点对多点群呼业务和ip多点传播业务。 3、点对点无连接型网络业务。各个数据分组彼此互相独立，用户之间的信息传输不需要端到端的呼叫建立程序，分组的传送没有逻辑连接，分组的交付没有确认保护，是由ip协议支持的业务。 gprs除了提供点对点、点对多点的数据业务外，还能支持用户终端业务、补充业务、 gsm短消息业务和各种gprs电信业务。xvii第2章 硬件构成选型第2章 硬件构成选型2.1 gprs modemgprs模块是该无线监控系统的重要组成部分，在本节中主要讨论gprs模块的属性，内部构成，外部接口和使用方法 。2.1.1 m1206b的属性m1206b为法国wavecom原装的modem,可广泛用于直放站，gps车辆管理定位系统、短信息软件、无线远程监控、无线 pos 、移动办公以及医疗监护等领域.1、支持标准的at指令集，符合wavecom q2403a/q2406a/q2406b的模块2。双频集成gsm调制解调器(egsm900/1800mhz或egsm900/1900mhz),适用于数据,传真,短消息及话音应用。3、其设计及开发符合etsi gsm phase 2+标准(一般话机)4、体积：955425mm +2mm 5、输入电压：6v-32v，输入电流：5ma待机状态, 140ma 在gsm900mhz12v通话状态。5ma待机状态, 100ma在gsm1800/1900mhz12v通话状态。6、环境极限条件： 工作温度：-20c至55c 存储温度：-25c至70c湿度：0至95% 振动（非工作状态）：18g 气压：86106kpa7、对sim卡的支持：可以同时支持3v/5v的sim卡8、接收频率范围：(egsm 900): 925 to 960 mhz (gsm 1800): 1805 to 1880 mhz。发送频率范围：(egsm 900): 880 to 915 mhz (gsm 1800): 1710 to 1785 mhz。载波频率间隔为 200khz。2.1.2 m1206b的内部构成gprs modem的内部硬件连接图见下图所示：图2.1 gprs modem的内部硬件连接图gprs 主要由sim卡，主控制器，电源和gprs模块构成。2.1.3 m1206b的外部接口gprs modem的实物图及外部接口如以两图所示：图2.2 gprs modem的实物图及外部接口（1）图2.3 gprs modem的实物图及外部接口（2）图2.4 rs232的连接关系调制解调器（m1206b）被看做是数据通信设备（dce），计算机被看做是数据终端设备（dte）。dte到dce信令：（输出管脚描述如下）：表2.1 dte和dce管脚对应表电线功能tx传送从dte到dce的数据，tx位于第2针上rx接收从dce到dte的数据，位于第3针上rts请求发送，此信号用于dte将要发送数据时cts清除发送，用于指示dte，dce已经准备发送从dte接收到的数据dsr数据设备就绪;此引脚高电平时,通知dte已经准备好,可以进行数据通讯了dtr数据终端就绪电线，表示dte可以接受来自于dce的呼叫。是一个控制线dcd载波检测，表示本地的dce具有一个到远程dce的连接。是一个控制线ri用来通知dte设备转入的呼叫正在响铃。在9针接口上位于第9针gnd接地线，位于第7针。它提供了tx和rx电线上电压变化的标准其中tx，rx，rts，cts必须使用，而dsr，dtr，dcd，ri不一定使用。2.1.4 m1206b的使用方法a.按下sim卡开关黄色钮，将sim卡置于弹出的sim卡壳里，并且调整其位置，使其很好地插入gprs modem内；插上天线；b.使用如图2.4.所示的rs232进行gprs modem(dce) 和dte(com端口)的串口连接。rs232的dte端口参数设置如下：-数据率115.200kbps-数据位数：8- 校验位: 无-结束位：1-流控制：硬件流控制（即rts/cts流控制）c.连接上电源（如果要工作于自动模式，最好将v+batt与电源正极相连）.使用通信软件，如hyperterminal program（超级终端）进行编辑，通过以下at指令启动gprs modem.输入at，回车，如果回复ok则说明正常启动。其他的at指令如下所示：-at+cgmi 如果连接正确系统将回复wavecom modem。-at+cpin= 输入pin码用以激活-at+cso 改变接收信号的强度-at+creg？修改网络上的注册号-atd 开始一个呼叫-ath 结束呼叫。2.2 单片机模块鉴于c8151f022极高的性价比，本毕业设计单片机模块采用silab公司的c8151f022。mcs-51单片机3有功能很强的全双工串行通信口，有4种工作方式可以选择（其中两种方式的波特率是可变的），通信波特率可用软件设置，设有两个相互独立的接收，发送缓冲器，可以同时发送和接收数据，串行接收，发送均可触发中断系统，可实现机与机之间的数据通讯以及扩展串行外部设备，应用日渐广泛和重要。对8051单片机而言，silab c8051f系列单片机已经可以称为片上系统，它包括了存储器、i/o、模拟电路、功耗管理等，最重要的是有jtag这样高级的调试手段，可以方便地完成下载、硬件仿真、c51源水平调试等功能。同时，由于c8051片上系统具有低功耗和内部时钟的特征，也特别适合用来与无线收发芯片配合，用于无线数据通信系统。2.2.1 单片机串行接口在串行通信时，计算机内部的并行数据传送到内部移位寄存器中，然后数据被逐位移处形成串行数据，通过通信线传送到接收端，再将串行数据逐位送入移位寄存器后转化成并行数据存放在计算机中。进行串行通信的接收端和发送端的计算机，必须有一些约定，必须有相同的传送速率并采用统一的编码方法，接收端的计算机必须知道发送端的计算机发送了哪些信息，发送的信息是否正确，如果有错如何通知对方重新发送。发送端的计算机必须知道接收端的计算机是否正确接收到信息，是否需要重新发送，这些约定称为串行通信协议或规程。通信的双发遵守了这些协议才能正确进行数据通信4。串行接口有异步和同步两种基本通信方式5。异步通信采用异步传送格式。如下图所示。图2.5 单片机异步通信模式图数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束标志。在异步通信中，起始位占用一位（低电平），用来表示字符开始。其后为7或8位的数据编码，第8位通常作为奇偶校验位。最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束。上述字符格式通常作为一个串行帧，如无奇偶校验位，即为常见的n.8.1帧格式。在使用串口通信时，一个很重要的参数是波特率，只有上下位机的波特率一样时才可以进行正常通信。例如：数据传送的波特率为9600b/s，则字节中每一位传送时间为t=1/9600=0.104ms。根据数据传送的波特率即字节中每一位的传送时间，我们便可用通用i/o口来模拟实现串行通信的时序。2.2.2 c8051f022的特征c8051f022特征如下 ：25mips 8051 cpu 64k字节flash 4352 字节ram 2个uart, spi, smbus/i2c 5 个16位定时器 可编程计数器阵列（pca） 32 个i/o口 8位adc; 500ksps 比较器;基准电压; 温度传感器 jtag 非侵入式在系统调试 -40 到+85; tqfp-100封装2.2.3 c8051f022内部构成的优越性a. 运行速率高。c8051f指令运行实行流水作业。在这种模式中，废除了机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单位。平均每个时钟可以执行完1条单周期指令，从而大大提高了指令运行速率。即与8051相比，在相同时钟下单周期指令运行速度为原来的12倍；整个指令集平均运行速度为原来8051的9.5倍7。b. i/o端口由交叉开关灵活配置。固定形式的i/o端口将i/o端口邦定到固定的输入/输出口。占用引脚多，配置不够灵活。在c8051f中，则采用开关网络以硬件方式实现i/o端口的灵活配置。在这种通过交叉开关配置的i/o端口系统中，单片机外部为通用i/o口，如p0口、p1口和p2口。内有输入/输出的电路单元通过相应的配置寄存器控制的交叉开关配置到所选择的端口上7。c. 可实现内外时钟的动态切换。c8051f提供了一个完整而先进的时钟系统。在这个系统中，片内设置有一个可编程的时钟振荡器（无需外部器件），可提供2、4、8和16 mhz时钟的编程设定。外部振荡器可选择4种方式。当程序运行时，可实现内外时钟的动态切换。编程选择的时钟输出cysclk除供片内使用外，还可从随意选择的i/o端口输出7。图2.6 c8051f022 原理框图6d. jtag在线调试。c8051f在8位单片机中率先配置了标准的jtag接口（ieee1149.1）。在上位机软件支持下，通过串行的jtag接口直接对产品系统进行仿真调试。c8051f的jtag接口不仅支持flash rom的读/写操作及非侵入式在系统调试，它的jtag逻辑还为在系统测试提供边界扫描功能。通过边界寄存器的编程控制，可对所有器件引脚、sfr总线和i/o口弱上拉功能实现观察和控制7。e. 多源复位。c8051f把80c51单一的外部复位发展成多源复位。c8051的多复位源提供了上电复位、掉电复位、外部引脚复位、软件复位、时钟检测复位、比较器0复位、wdt复位和引脚配置复位。众多的复位源为保障系统的安全、操作的灵活性以及零功耗系统设计带来极大的好处7。f. 低功耗。c8051f采用片内模拟与数字电路的3.3 v供电，大大降低了系统功耗；完善的时钟系统可以保证系统在满足响应速度要求下，使系统的平均时钟频率最低；众多的复位源使系统在掉电方式下，可随意唤醒，从而可灵活地实现零功耗系统设计。因此，c8051f具有极佳的最小功耗系统设计环境7。2.2.4 c8051f022的外部管脚结构图2.7 c8051f023外部接口图如上图所示c8051f023的外部接口图，c8051f022与其相比，外部接口只是多了p4.07，p5.07，p6.07和p7.07。其他管脚与上面的图示一样。2.2.5 c8051f022与pc机，gprs modem以及gps接收机的连接方式pc机，gprs modem以及gps接收机的串行接口是符合eia rs232c规范的外部总线标准接口。表2.2 rs232,cmos与ttl的逻辑电平对照表rs232cmos电平ttl电平逻辑“1”-5-15v4.99v2.4 v逻辑“0”+5+15v0.01v0.4v如表2.2所示，rs232采用的是负逻辑，即逻辑“1”：-5-15v；逻辑“0”：+5+15v。而cmos电平为：逻辑“1”：4.99v，逻辑“0”：0.01v。ttl电平的逻辑“1”和“0”则分别为2.4 v和0.4v。因此在用rs232进行串行通信时需要外接电路实现电平转换。在发送端用驱动器将ttl或cmos电平转换为rs232电平。图2.9 max3232的原理框图ttl电平到rs232接口电平的转换采用maxim公司的max3232标准rs232接口芯片。该芯片可以用单电压（+3.3v）实现rs232接口逻辑“1”（-3-15v）和逻辑“0”（+3+15v）的电平转换。采用三线制连接串口，即和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的gnd、第2脚的rxd、第3脚的txd。和pc机连机的串口座用db9的母头，和gprs modem连接的串口座用db9的公头，和gps接收机连接的串口座用db9的母头。这样就可以用rs232数据线进行单片机和电脑，gprs modem以及gps接收机的连接。图2.10 max3232,单片机与db9的连接图2.3 gps模块本毕业设计gps模块使用garmin公司的gps15l接收机。下面就gps的种类，数据协议，gprmc封包格式，以及模块gps15l 进行介绍。2.3.1 gps的种类介绍81.非独立式gps笔记本电脑使用的gps接收机有蓝牙、cf(compact flash)、usb等3种接口，配合pda使用的还有sdio接口的。这些gps没有显示屏，不能独立使用，通过nmea协议标准将定位信息提供给计算设备。2.gps mouseusb接口的gps接收机也被称为gps mouse。gps mouse把gps模块、天线和串口/usb口转换芯片集成在一起，通过一段11.5m的线缆连接到笔记本电脑的usb口。usb接口既可以传递gps定位信息，也可以向gps模块供电。gps mouse非常适合笔记本电脑车辆导航，但是不适合步行时使用。在车辆导航时，gps mouse可以放到车外并吸附到车顶上，最大限度地接收gps信号(优质的汽车玻璃含有金属成分以抵挡紫外线，会降低gps信号强度)。gps数据接口协议nmea-0183把gps的数据接口定义为