（机械工程专业论文）基于gprs和gps的物流定位系统.pdf

濒江工叠丈大学纛程矮士学位论文 基于g p r s 和g p s 的物流定位系统 摘要 本文基于g p r s 网络通信的远程数据采集系统为背景，采用m s p 4 3 0 1 4 7 单片 机控制g p r s 模块( ( 玎m 9 0 0 ) ，利用短消息传输来实现远程数据采集系统的方案， 对基于g p r s 和g p s 的物流定位系统进行研究，解决了物流跟踪、定位的问题。主 要研究工作如下： 1 。硬件设计：硬件设计主要由m s p 4 3 0 1 4 7 单片机和g p s 模块以及g p r s 模块构成。 g p s 模块通过接收卫星定位信息，确定当前的经度和纬度，g p r s 则受责和中心服务站 的通信，保证实时能够查询货物当前的位置，m s p 4 3 0 1 4 7 单片机是模块控制和数据采 集的核心。 2 软件设计：用c 语言编程。根据远程数据采集系统的功能，对单片机系统进行了 电路原理图的设计，通过数据线连接单片机系统和g p r s 模块( g t m 9 0 0 ) 串口，对其 进行a t 指令控制，并设计软件的流程框图，包括g p r s 主程序、g p s 模块数据采集系 统程序、r f i d 模块数据采集系统的程序和单片机数据通信程序。 3 对系统的功能进行了扩展，添加了r f i d ( 射频身份识别) 技术，能够对货物标签 进行识剐登记，并且通过r s - 4 8 5 把接收的数据发到主杌进行处理。 4 经过调试，g p s 模块系统能够正常接收定位数据，并在一定时间内通过4 8 5 通信 传输给g p r s 模块系统，每次接收都能够完整发送出去。 关键词：数据采集，g p r s ( 分组无线业务) ，单片机，g p s ( 全球定位系统) ， 灯i d ( 射频身份识别 浙江工业大大学工程硕士学位论文 t h es y s t e mo fl o g i s t i c sp o s i t i o n i n g b a s e do ng p r sa n dg p s a bs t r a c t 1 1 1 ea r t i c l em a i n l yi n t r o d u c e sa n dd e s i g n sar e m o t ep o s i t i o n i n gd a t aa c q u i s i t i o n s y s t e mb a s e do ng p r sn e t w o r kc o m m u n i c a t i o n ，i tm a i n l yd i s c u s s e sas c h e m e ，w h i c hu s e s m s p 4 3 0 1 4 7m i c r o c o n t r o l l e rt oc o n t r o lg 田m 9 0 0a n dr e a l i z e sr e m o t ep o s i t i o n i n gd a t a c o l l e c t i o nb ys h o r tm e s s a g es y s t e m ，r e s e a r c h e st h es y s t e mo fl o g i s t i c sp o s i t i o n i n gb a s e do n g p r sa n dg p s ，s o l v e st h ep r o b l e mo fl o g i s t i c sp o s i t i o n i n ga n dt r a c k i n g 1 1 1 em a i n r e s e a r c hw o r ka r ea sf o l l o w s ： 1 h a r d w a r ed e s i g n ：1 1 1 eh a r d w a r ed e s i g nm a i n l yc o n s i s t so ft h em s p 4 3 014 7 m i c r o c o n t r o l l e r 、t h e 。g p sm o d u l ea n dt h eg p r sm o d u l e ，t h eg p sm o d u l er e c e i v e i n f o r m a t i o nt h r o u g ht h es a t e l l i t ep o s i t i o n i n gt od e t e r m i n et h ec u r r e n tl a t i t u d ea n dl o n g i t u d e ， t h eg p r sm o d u l ei sr e s p o n s i b l ef o rc o m m u n i c a t i o n sw i t ht h es e r v i c es t a t i o n s ，t oe n s u r et h e t i m e l yf o rt h ec u r r e n t1 0 c a t i o no ft h eg o o d s 。t h em s p 4 3 0 14 7m i c r o c o n t r o l l e ri st h ec o n t r o l m o d u l ea n dt h ec o r eo fd a t aa c q u i s i t i o n 2 s o r w a r ed e s i g n ：n 坨s o f t w a r ei sd e s i g n e db ycl a n g u a g e ，a c c o r d i n gt ot h er e m o t e d a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mf u n c t i o n s ，ad e s i g na b o u tc i r c u i ts c h e m a t i co fm i c r o c o n t r o l l e r s y s t e mi sc o m p l e t e d ，t h eg p r sm o d u l ei sc o n t r o l l e db yt h ea tc o m m a n dt h r o u g hd a t al i n e b e t w e e nm i c r o c o n t r o l l e rs y s t e ma n dg t m 9 0 0m o d u l e ，i td e s c r i b e st h ed e s i g no fs o f t w a r e f l o wc h a r t i n g ，i n c l u d i n gt h eg p r sm a i np r o g r a m ，t h eg p sm o d u l a rd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e m p r o c e d u r e s t h ei 江i dm o d u l a rd a t aa c q u i s i t i o ns y s t e ma n dt h em i c r o c o n t r o l l e rd a t a c o m m u n i c a t i o np r o g r a m 3 w ee x p a n dt h ef u n c t i o no ft h e s y s t e m a d dt h er f i d ( r a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n ) t e c h n o l b g yo n i t i tc a ni d e n t i f ya n dr e g i s t e rt h et a go nt h ec a r g o ，a n ds e n dt h e r e c e i v i n gd a t at oh o s tm i c r o c o n t r o l l e rt h r o u g hr s - 4 8 5t op r o c e s s 4 a f t e rd e b u g g i n g ，t h eg p sm o d u l a rs y s t e mc a nr e c e i v ep o s i t i o n i n gd a t a , a n di na c e r t a i np e r i o do ft i m et h r o u g ht h et r a n s m i s s i o nt ot h e4 8 5c o m m u n i c a t i o n ss y s t e mg p r s m o d u l e ，e a c ht i m et h er e c e i v e rc a l lt r a n s m i tc o m p l e t e l y k e yw o r d s ：d a t aa c q u i s i t i o n , g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ) ， m i c r o c o n t r o l l e r ，g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ) ，r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名：蜜德滢 日期：j 噼 钥l e t 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 鼷并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电予版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或搦描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内抒“挣) 作者签名：雪姥滢 k 副磁轻弘 e t 期：翔劳年月f e t 强期：年兵曰 浙江工业大大学工程硕士学位论文 第一章绪论弟一早殖v 匕 1 1g p r s 简介 随着数字蜂窝网络g s m 在全球的广泛应用和人们对无线数据应用的迫切需 求，g s m 系统的分组交换无线数据业务g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v e r ) 也 逐渐推广普及【1 1 。g p r s 是采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定 的信道资源，它对数据流量的处理是进行分组传送，所需的网络接入时间短，费 率计算又是以传送的数据量为依据，固此它有着传统的电路交换所不可比拟的优 势。目前市场上，爱立信、诺基亚、阿尔卡特、华为等g p r s 厂商都已经陆续开 发出了相应的产品，二旦投入商用，g p r s 可提供的理论峰值接入速率为1 7 1 2 k b i t s ， 从而可以实现以较快的速率在g s m 网络上传送综合的数据、语音和视频图像业 务。 1 2g p s 简介 g p s 即全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国从本世纪7 0 年代 开始研制，历时2 0 年，耗资2 0 0 亿美元，于1 9 9 4 年全面建成，具有在海、陆、 空进行全方位实时兰维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统【2 1 。经近l o 年我国测绘等部门的使用表明，g p s 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著 特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空 摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地 球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ) 是美国第二代卫星导航系统。是 在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。 和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大 部分组成。 浙江工业大大学工程硕士学位论文 图1 - 1g p s 卫星星座1 3 j 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用2 4 颗高度约2 0 2 万千米的卫 星组成卫星星座。2 1 + 3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为l l 小时5 8 分，分 布在六个轨道面上( 每轨道面四颗) ，轨道倾角为5 5 度。卫星的分布使得在全球 的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度 的几何图形( d o p ) 。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有 g p s 用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计 j 算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控 站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集 各监控站对g p s 卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗g p s 卫星的轨道 和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫 星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗 g p s 卫星每天进行二次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入【3 】。 2 浙江工业大大学工程硕士学位论文 1 3 物流定位系统的概念和研究现状 g p s 移动定位应用是交通行业的基本的业务需求，与行业业务及行业管理密 切相关。即使在微观业务处理上，相同的标准规范规定也是运输业务发起方和接 收方必不可少的准则。大规模行业应用和行业管理的前提是执行相同的标准规范。 物流g p s 监控管理系统是一个基于g p s 车载设备监控中心互联网的移动目 标跟踪服务平台，以地理信息系统为基础，借助互联网进行信息汇总，集监控、 定位、报警及调度于一体。这其中包括： 车载子系统：t r 2 0 0 0 g f d 车载系统，包括抢劫报警、定位功能、遥控熄火 功能、电子围栏功能、紧急求助、行车记录、短信等十几项功能。 监控调度管理中心：监控调度管理中心是整个系统的核心，直接影响系统的 稳定、有效运行。它将g p s 移动终端通过g p r s g s m 传输系统传来的数据与电 子地图匹配，即可实现车辆的位置显示、跟踪，同时，监控中心的调度、控制指 令等通过g p r s 传输系统下达给g p s 移动终端。 通信机软件：具有定位、跟踪、报警、救援、调度、优先报警、智能处警等。 g i s 功能：使用高精度的电子地图实时显示用户( 移动或固定目标) 的位置 及动态信息电子地图包含多层信息；根据实际需求指定g i s 比例：指定查询，中 心控制台可随时点名查询车目前的位置、速度和运动方向；还有多窗口显示、轨 迹回放、图形输出、自动导航等多种功能。 业务功能：移动目标管理、i c 卡读写、查询、报警处理等功能。 日志功能：对于系统在运行过程中出现的各种事件进行记录、存贮备档，需 要时可重新回放显示f 4 1 。 本项目则是基于g p r s 和g p s 的简单物流定位系统，能够满足一般物流管理 客户的基本需求。有着投入成本低、装载方便快捷、反映快速等优点( 本例g p r s 模块将以短消息方式将定位数据发送到控制中心) 。本项目也可以应用g p r s 数 浙江工业大大学工程硕士学位论文 据链接模式进行数据传输处理，根据项目要求，只需进行短信形式交流便可，而 且能够更大的节约开发应用成本达到应用的目的。 g p s 定位监控系统在物流行业解决方案 图1 - 2 物流g p s + g p r s 监控管理系统1 4 i 1 4 本论文的主要研究内容 本系统主要由三部分组成：即车载货物终端、移动通信系统、和物流中心总 服务器。整个系统的总体结构如图卜3 所示。 图1 - 3 系统的总体结构 4 浙江工业大大学工程硕士学位论文 系统的工作原理：安装在车辆货物上的g p s 接收机根据收到的卫星信息计 算出货物的当前位置，通信控制器从g p s 接收机输出的信号中提取所需要的经 度、纬度、速度和时间信息，结合r f i d 识别的货物身份等信息形成数据包，然 后通过g s m 网络发往至g s m 服务商的短消息中心，短消息中心再通过d d n 专 线将信息传送至物流中心总服务器的短信接收机上。服务器接在收到车载货物终 端的数据以后，对数据进行解析，首先保存在中心数据库中，然后通过网络协议 把数据分发给各个客户。各客户端根据上传的其货物g p s 定位信号中的经纬度 坐标，经过电子地图匹配技术，在地图上实时显示货物的位置。 整个物流中心采用了b s ，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) 结构。这 种结构有利于数据的更新、维护和管理，同时也降低了整个系统的开发成本。简 单的说各客户只需要配备几台电脑，并向当地电信部门申请一个宽带i n t e r n e t 用户，在电脑上安装了浏览软件就可对其货物进行实时监控。 。 本研究的主要目的是设计基于g p r s 和g p s 的物流定位系统，并添加了 r f i d ( 射频身份识别) 技术，能够对货物标签进行识别登记。本系统以m s p 4 3 01 4 7 单片机为模块控制和数据采集核心，采用华为的g p r s 手机模块、及天宝的 c o p e r n i c u sg p sr e c e i v e r 模块以及s k y e t e k 的m s ( r f i d ) 模块。各个独立工作的 模块最后通过4 8 5 总线与上位机进行数据通信。 m s p 4 3 0 是一款超低功耗的混合信号控制器，具有1 6 位r i s c 结构，有着丰富 的片内外设，主要包括有看门狗、定时器、比较器、硬件乘法器、液晶驱动器、 a d c 、i o 端i ：1 、串口( u s a r t ) 等等，还集成有6 4k b 的f l a s hr o m 和2k b 的 r a m 。其功能强大，应用场合广泛。但是在大型复杂的场合或者实时性要求较高 的场合，使用一个处理器处理所有的业务，总是显得有些不足。引入多个m s p 4 3 0 处理器协作工作的模式，可以提高系统的实时性、可靠性和适用性。 应用g p s 模块和g p r s 模块收发数据，通过r s 4 8 5 通信协议，各个独立工 浙江工业大大学工程硕士学位论文 作单元模块相互交互数据，最后由g p r s 模块以短信方式发送用户询问的定位数 据。采用单独工作模块，不仅减少了模块相互之间的干扰，而且更容易以后移植， 实现单独模块也能处理数据，功能强大，结构相对简单方便设计。但是成本相对 较高，单独每个模块需要单独的单片机控制。 本文各章的主要内容如下： 第一章绪论，对国内外的g p r s 和g p s 作了初步的分析，根据物流定位系统 的总体结构及其工作原理，提出了本研究工作的主要目的，并阐述了主要内容。 第二章阐述了系统的硬件地总体原理和模块的选择，各个模块的构建，包括 g p r s 模块数据接收及短消息的发送、g p s 模块的定位数据的采集和传送，通信 模块电路原理和具体的实现，以及各个模块与单片机之间的接口电路，系统总体 的硬件设计。 第三章根据系统硬件系统设计系统地软件部分，包括：1 ) g p r s 模块收发短 消息与其他模块的通信。2 ) g p s 模块的初始化设定和定位数据的接收和传送。 以及各个单独的模块的通信协议的制定，以及到上位机的数据收发。 第四章系统的整体调试和性能测试。 第五章对本设计进行总结展望。 6 浙江工业大大学工程硕士学位论文 ，第二章物流定位系统的硬件 2 1 系统的总体原理 m s p 4 3 0 1 4 7 单片机和g p s 模块和g p r s 模块是车载物流系统的核心部分， g p s 模块通过接收卫星定位信息，确定当前的经度和纬度，g p r s 则负责和中心 服务站的通信，保证实时能够查询货物当前的位置。通过短信方式，查询数据和 接收回数据。再加上r f i d 模块整体构成一个物流信息定位查询系统，不仅能够 确定位置，还能查询当前车内的货物及货物的编号，能够及时为物流中心提供更 多服务。 图2 - 1 物流定位的硬件总体结构 7 浙江工业大大学工程硕士学位论文 综上所述，整个系统分成五个部分，依次为：电源模块、g p s 定位模块、g p r s 模块、r f i d 模块、通信模块。系统通过各个模块独立工作，通过4 8 5 通信协议 确定数据的传输接收。通过单片祝采集这些数据，从囊确定当前车载的位置和车 内的相关信息。相关模型建立如图2 1 。 2 2g p r s 技术及其发展 2 。2 1g p r s 的体系结构 g p r s 网络是在基于现有的g s m 网络中增加g p r s 支持节点g s n ( g p r s s u p p o r t i n gn o d e ) 来实现的。g s n 具有移动路由管理功能，它可以连接各种类 型的数据网终，并且完成移动终端和各零申数据网络之间的数据传送和格式转换。 对移动用户来说，g p r s 网络可看作是一个具有无线接入能力的数据网( 如因特 掰) 的予网，除电话号码以纠，g p r s 系统还将弓l 入l p 地址。g s n 有两种：一 种是s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e ，服务g p r s 支持节点) ，另一种是 g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n gn o d e ，网关g p r s 支持节点) 。s g s n 的主要 律用是跟踪翻。记录支持分组交换数据业务的移动终端的罴前位置，同时执行安 全保障职能和接入控制功能，完成移动终端和g g s n 之间移动分组数据的发送和 接收。g g s n 主要是起网关作用，它是g p r s 和外部分组交换数据网络的接口节 点，负责提供路由寻址的地址，这样才能使传送的数据单元到达移动终端或使移 动终端发出的数据到达网的地。g g s n 可以和多种不同的数据网络连接，如i s d n ， p sp d n 和l a n 等。它可以把g s m 网终中的g p r s 分组数据钮进行协议转换， 从而可以把这些分组数据包传送到远端的t c p i p 或x 2 5 网络。s g s n 和g g s n 之间使用i p 通过g p r s 骨干网络相连接。除此之外，g p r s 系统中还有用于计费 的计费网关( c h a r g eg a t e w a y ) 用于跟其它p l m n 网相连的边缘网关b g ( b o r d e r g a t e w a y ) 以及防火墙( f i r e w a l l ) 等等。 窖 浙江工业大大学工程硕士学位论文 g p r s 网络结构中还引入了一些新的网络接口：( 1 ) g b ，s g s n 与基站于 系统b s s 之间的接口，传送g s m 无线网络部分与g p r s 部分之间的数据与信令， 其重要性类似于g s m 网络中的a 接口；( 2 ) g c ，g g s n 与归属位置寄存器h l r 之间的接口，是一个可选用的接口；( 3 ) g r ，s g s n 与归属位置寄存器h l r 之间的接口，s g s n 通过此接口获取h l r 中的用户信息；( 4 ) g f ，s g s n 与设 备识别寄存器e i r 之间的接口，s g s n 通过此接口获取e i r 中的设备信息多；( 5 ) g s ，s g s n 与移动交换机m s c 之间的接口，通过这个可选接口，s g s n 向m s c 发送移动用户的位置信息，同时接收m s c 的寻呼请求，采用此接口可以大大提 高g s m g p r s 混合网络的无线与网络资源的利用率；( 6 ) g n ，同一移动网内 两个g s n 之间的数据与信令接口，在此接口中采用了g p r s 隧道协议g t p ( g p r s t u n n e l i n gp r o t o c 0 1 ) ( 7 ) g p ，不同移动网中两个g s n 之间的接口，功能类似 于g n 接口。但它还通过防火墙( f i r e w a l l ) 和边缘网关( b g ) 同时提供了不同 移动网之间网络互连所需具备的功能；如安全性和路由功能；( 8 ) u m ，移动终 端与g p r s 网络部分之间的空中接口，与现有g s m 网络的空中接口基本一样， 仅引入一些g p r s 所特有的变化；( 9 ) g i 和r 是两个参考点，而不是唯一的标 准接口。g p r s 系统可通过g i 与外部各种数据网相连；各种数字终端设备( t e ) 可经由r 与移动终端( m t ) 相连；其物理接口可以是i t u tv 2 4 v 2 8 或 p c m c a p c 卡等标准。 2 2 2g p r s 的技术标准 一 欧洲电信标准协会特别移动小组( e t s i s m g ) 负责制订g p r s 标准。g p r s 采用分阶段实施的方法。g p r s 第一阶段的标准化工作已于1 9 9 8 年完成，第二阶 段的标准规范目前还在进一步完善；我国国内相应的g p r s 标准亦在制订之中。 对于大量具有突发性的分组数据通信。基于分组交换的g p r s 技术则有明显 9 浙江工业大大学工程硕士学位论文 的技术优势，表现在：( 1 ) 始终按流量计费一移动数据用户可以始终保持与i p 网或其他数据网的连接，快速实现数据通信。并且按实际数据通信的流量未付费 而不像基于电路交换的h s c s d 那样不仅建立数据通信信道需要时间，而且要按 通信时长未付费：( 2 ) 共享信道、频率利用率高一一g p r s 采用四种信道编码 方案以支持不同的数据传输速率，若干个g p r s 用户还可共享一个无线信道。而 一个移动数据用户也可同时利用多个信道，因此g pr s 用户的实际数据通信速率 十分灵活；可以低于i o o b p s ，也可以高于1 0 0 k b p s 。如果以后采用g s m 上的增 强数据速率e d g e 或宽带码分多址w c d m a 技术，改变g s m 现有的无线调制方 式为s p s k o a m 或d s c d m a ，则可以实现3 0 0 k b p s 至2 m b p s 的数据通信速率， 达到第三代移动通信系统的通信速率要求；g p r s 移动用户甚至还具备上、下行 不对称的数据通信能力，系统完全可以动态地分配无线信道资源给分组数据用户 和话音用户，而不象基于电路交换的h s c s d 那样数据用户独占信道资源。因此， g p r s 技术可以大大提高无线信道的利用率，尤其是可以充分利用那些可能仅在 忙时才用得上的无线信道资源，可由此提供更多的增值业务，取得更大的经济效 益。 2 2 3g p r s 的协议模型 u m 接口是g s m 的空中接口，通信协议有5 层，自下而上依次为物理层、物 理链路层r l c m a c ( r a d i ol i n kc o n t r o l m e d i u ma c c e s sc o n t r 0 1 ) 层、l l c ( l o g i c a ll i n kc o n t r 0 1 ) 层、s n d c ( s u b n e t w o r kd e p e n d a n tc o n v e r g e n c e ) 层 和网络层。物理层为射频接口部分( r f ) ，物理链路层负责提供空中接口的各种 逻辑信道。g s m 空中接口的载频带宽为2 0 0 k h z ，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g p r s 数据，除去前向纠错码的开销。则最终的 数据速率可达1 6 4 k b i t s 左右r l c m a c 为无线链路控制媒质接入控制层。 1 0 浙江工业大大学工程硕士学位论文 r l c 将上层l l c 层的数据包进行分段和重组以便能在已有的g s m 信道中传输， 同时管理无线资源，完成选择性重传。m a c 的主要作用是定义和分配空中接口 的g p r s 逻辑信道，使得这些信道能被不同的移动台共享。g p r s 的逻辑信道共 有3 类，分别是公共控制信道。分组业务信道和g p r s 广播信道。公共控制信道 用来传送数据通信的控制信令，具体又分为寻呼和应答等信道。分组业务信道用 来传送分组数据。广播信道则是用来给移动台发送网络信息。l l c 层为逻辑链路 控制层。它是一种基于高速数据链路规程h d l c 的无线链路协议。l l c 层负责在 高层s n d c 的s n d c 数据单元上形成l l c 地址、帧字段，从而生成完整的l l c 帧。另外，l l c 可以实现一点对多点的寻址和数据帧的重发控制。b s s 中的l l c 层为逻辑链路传递层。这一层负责转送m s 和s o s n 之间的l l c 帧。l l r 层对 于s n d c 数据单元来说是透明的，即不负责处理s n d c 数据。s n d c 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t c p i p 地址和加 密方式。在s n d c 层，移动台和s g s n 之间传送的数据被分割为一个或多个s n d c 数据包单元。s n d c 数据包单元生成后被放置到l l c 帧内。网络层的协议目前 主要是p h a s ei 阶段提供的t c p i p 和x 2 5 协议。t c p i p 和x 2 5 协、议对于 传统的g s m 网络设备( 如b s s 和n s s 等设备) 是透明的。 2 2 4g p r s 的市场应用前景 g p r s 的核心网络是采用i p 技术，通过隧道协议g t p 承载i p 和x 2 5 包移 动数据业务是为了满足较高层次的移动用户需求而发展起来的。目前在整个世界 范围内移动数据业务的发展呈逐年上升的趋势。据有关专家预测：今后几年内全 球g s m 网上传送的移动数据量将会呈现快速发展阶段。在国内，随着我国移动 通信。数据通信的发展。人民文化素质的提高。生活与工作方式的改变。市场竞 争的加剧和电信市场的进一步开放，无线数据通信市场将一个具有战略意义的大 浙江工业大大学工程硕士学位论文 市场。是一个移动通信市场竞争的制高点。再加上g p r s 是基于新型移动分组数 据承载业务，始终在线且传送速率高，而费率计算又是以传送的数据量为依据， 也就是说移动数据用户可以始终保持与i p 网或其他数据网的连接，快速实现数据 通信，但又按实际数据通信的流量来付费，因此应用前景十分广泛。g p r s 的应 用主要有以下几个方面：目前的s m s 业务和w a p 业务可以通过g p r s 系统 更有效地提供给移动用户；移动因特网：电子商务。电子邮件，信息查询，无线 监控与报警；无线销售；数据库访问；财经信息；远程测量；车辆跟踪、监控； 调度系统：交通管理；警务、急救钉。 2 3g t m 9 0 0 模块的介绍 采用华为技术有限公司高性能高稳定工业级g s m g p r s 无线模块g t m 9 0 0 ， g t m 9 0 0 开发板对应的硬件型号为g t 3 0 11 - g f 6 1 。 2 3 1 产品特点 g t m 9 0 0 开发板具有以下特点： 1 ) 支持9 0 0 m h z 1 8 0 0 m h z ，双频自动选择 2 ) 内置t c p i p 协议栈，无需后台计算机支持 3 ) 支持标准的a t 命令及增强a t 命令交互数据模式 4 ) 接口波特率9 6 0 0 、1 4 4 0 0 、1 9 2 0 0 、2 8 8 0 0 、3 8 4 0 0 、5 7 6 0 0 、l1 5 2 0 0 b p s 可选，根据设计要求，波特率选择为9 6 0 0 5 ) 抗e m c 设计，适合长期连续工作，抗干扰能力强 6 ) 电源技术先进，供电电源适应范围宽，室外工作稳定性好 2 3 2 组网方案 本设计中的组网方案是g p r s 以图2 2 或2 3 的方式组成网络，实现信息的 互通。 1 2 浙江工业大大学工程硕士学位论文 短信结构： 网络结构： 图2 2g p r s 模块以短信方式构成的网络方案1 7 i 圈2 - 3g p r s 模块以网络方式构成的网络方案7 i 浙江麓业大大学誓程硕士学位论文 表2 - 1d b 9 数据接口描述： 引脚信号名称描述特性方向 ld c d数据载波检测数据链路已连接d c e d t e 2r x d 接收数据d t e 接收串行数据 d c e d t e 3t x d 发送数据d t e 发送数据 d t e d c e 4d t r数据终端就绪d t e 准备就绪 d t e d c e 5g n d工作地 6d s r数据设备就绪d c e 准备就绪，可以接收d c e d t e 7薹h s请求发送d t e 通知d c e 请求发送d t e 。d c e 8c t s清除发送d c e 已切换到接收模式d c e d t e 9r 王振铃指示通知d t e 有远程呼霾| d t e d c e 在应用中g t m 9 0 0 模块是作为d c e 设备来使用，但是为了方便客户进行 d c e d t e 的连接，如图2 4 所示，u a r t t x d 0 和u a r t _ r x d 0 信号在命名上 以d t e 信号定义的方式进行连接j 以后对模块需进行基本测试，以检验模块的工作 状态。 筠单m o d 霸m g t 3 0 i1 一g f 密户设备 ( d c e )( d t e ) 3t x dt x d 2 ，取o 量o d 7 、r t sr t s i6q o 王3 a，、，1 c 乙1 i ；哇1 、个i )1 、个i ) ： f王ku 王 6 ，d s rd s r l ，4d c d 1 7 、，1 1 、 王j o 量歹 ； ： y 姒州l j 1 、t ，1r i n gi ii t o 图2 4d c e - d t e 之间u a r t 接口 1 4 浙江工业大大学工程硕士学位论文 表2 - 2 信号连接器接口功能表1 6 i 序号信号名称 i o接口电平 功能备注 lb a t t i 4 0 v供电 2b a t ti4 o v 供电 3b a t ti4 0 v 供电 4b a t ti 4 0 v供电 5 b a t t：i4 0 v供电 6g n do i 工作地 7g n do i 工作地 8g n d o i 工作地 9g n do i工作地 log n d ： o i工作地 计算机的串口接收信号， 11红外串口的r x d lo3 o v用于g t m 9 0 0 模块的跟 踪调试 计算机的串口发送信号， 1 2红外串口的t x d l i 3 0 v用于g t m 9 0 0 模块的跟 踪调试 输出模块正常启动指示 高电平有效 l3v d do 3 0 v注：严禁外 信号 部拉低 1 0 位o 3 v 1 4a d c i输入模拟数学采样目前软件尚 不支持 输入开机控制信号，低电 l5p w o n 信号i 3 o v 平有效 标识输出模块串口是否 1 6u a r l - d s r 0o 3 0 v 准备好的信号 1 5 浙江工业大大学工程硕士学位论文 输出串口的振铃指示信 目前软件尚 1 7 u a r l - r i o o3 0 v 号，可以用作来电指示和 不支持 挂机指示 1 8u ar ，r - r x d oo 3 o v计算机的串口接收信号 1 9u ar ，r t x d 0 i3 o v计算机的串口发送信号 计算机的串口的接收请 2 0 u a i u c t s 0 ：o3 0 v 求信号，用作流量控制 计算机的串口的发送请 2 1u a i m r t s 0i3 o v 求信号，用作流量控制 ， 计算机串口是否准备好 2 2u a i u - d t r oi3 o v 的信号 2 3 u a i 之t - d c d 0o 3 0 v输出载波检测信号 输入s i m 是否在位的信目前软件尚 2 4s i m c di3 o v 号不支持 2 5s i m r s to 3 o v输出s i m 卡复位信号 s i m 卡数据输入输出接 2 6s i m d a r ai o3 0 v 口 2 7s i m c l ko3 o v输出s i m 卡时钟信号 输出给s i m 卡供电的信 2 8s i m v c co3 0 v 号 2 9s i m g n d 。 o is i m 卡的接地信号 3 0 v b a c k u p o i3 o v 模块的备份电池 3 l r s ti 复位信号 输出指示灯状态控制信 3 2l p go 号 3 3a u x o +o第二路音频输出信号 3 4a u x o o第二路音频输出信号 3 5 e a r +o 第一路音频输出信号 1 6 浙江工业大大学工程硕士学位论文 3 6 e a r o 第一路音频输出信号 3 7m i c + ， l 第一路音频输入信号 3 8m i c i 第一路音频输入信号 3 9a u x i +i 第二路音频输入信号 4 0a u x i i 第二路音频输入信号 2 3 3g t m9 0 0 模夹注意事项 在使用包含g s m g p r s 的模块时，可能会对一些屏蔽性能不好的医用设备 造成干扰，如助听器和心脏起搏器，所以使用之前应向医用设备生产厂家或您的 医生咨询。请您只使用原配的或经厂商认可的配件，使用任何未经认可的配件， 都有可能会影响数据m o d e m 的使用性能，损坏您的数据m o d e m ，甚至导致 人身危险或违反国家关于通信终端产品的相关规定。请避免各种液体进入终端设 备内部，以免造成损坏。在飞机起飞前请关闭数据m o d e m ，为防止对飞机通讯 系统的干扰，在飞行中决不允许使用数据m o d e m ，若在飞机未起飞时使用应按 照安全规定征得机组人员允许方可。在使用数据m o d e m 之前，您应密切注意当 地关于无线终端设备使用的法律制度，并在使用中加以注意。 2 4g p s 技术及其发展 2 4 1g p s 的体系结构 按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用2 4 颗高度约2 0 2 万千米的卫 星组成卫星星座。2 1 + 3 颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为1 1 小时5 8 分，分 布在六个轨道面上( 每轨道面四颗) ，轨道倾角为5 5 度。卫星的分布使得在全球 的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度 的几何图形( d o p ) 。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。 地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有 g p s 用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计 1 7 浙江工业大大学工程硕士学位论文 算机。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控 站设在范登堡空军基地。它对地面监控部实行全面控制。主控站主要任务是收集 各监控站对g p s 卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗g p s 卫星的轨道 和卫星钟改正值。上行注入站也设在范登堡空军基地。它的任务主要是在每颗卫 星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。这种注入对每颗 g p s 卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入【3 1 。 2 4 2g p s 的技术标准 1 卫星发送信息 卫星信息包括三种信号分量：载波、测距码和数据码，其中载波采用两个频 率发送：f l l = 1 5 7 5 4 2 m h z ，f l 2 = 1 2 2 7 6 m h z ；测距码分为粗码c a 码和精码p 码，分别提供给民间用户和军方用户，都采用伪随机码；数据码的内容包括遥测 码、转换码和三个数据块，数据块中含标志码、卫星时钟改正系数、卫星星历以 及其他卫星的概略情况等。 2 g p s 接收机解算自身位置 伪随机码的接收利用相关技术得到，相关接收时本机产生的伪随机码信号和 卫星的伪随机码信号码位对齐，即完成跟踪和延时锁定，此时刻相对于初始时刻 的时延量表征了地面点到卫星距离的函数；接收机对卫星信号跟踪锁定后，同时 可以得到导航电文，根据卫星星历参数可以得到卫星的坐标，如下式： p p i = 【( x s i x p ) 2 + ( y s i y p ) 2 + ( z s i z p ) 2 i 2 + c x a + c ( a t p r - a t s v ) 其中： p 为当前点，( x p ，y p ，z p ) 为其坐标；s i 为卫星，( x s i ，y s i ，z s i ) 为其坐 标；c 为光速；f a 为传输中的附加