基于STM32的GPS_GPRS車載終端設計

1、基于STM32的GPS/GPRS車載終端設計Design of GPS/GPRS vehicle terminal based on STM32秦 健，魏春光QIN Jian，WEI Chun-guang（煙臺南山學院，煙臺 265713）摘 要：隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，對物流企業(yè)車輛管理的要求越來越高。設計一種以STM32為控制核心 的GPS/GPRS車載終端, 用來實現(xiàn)對物流車輛的智能管理。關鍵詞：STM32；GPS；GPRS；車載終端中圖分類號：TN929文獻標識碼：B文章編號：1009-0134(2014)08(下)-0126-03Doi：10.3969/j.issn.1009-0134

2、.2014.08(下).340引言隨著經濟的高速發(fā)展，物流在現(xiàn)代社會的作產的STM32 F101 V6芯片, 該芯片特性如下：該處理器是一個32位處理器內核，內部的數(shù) 據路徑、寄存器、存儲器接口的數(shù)據寬度均為32 位 。C M 3 采 用 了 哈 佛 結 構 ，程 序 存 儲 器 與 數(shù) 據 存儲器相互獨立，采用獨立的指令總線和數(shù)據總 線，可以讓取指與數(shù)據訪問并行不悖。這樣一來 數(shù)據訪問不再占用指令總線，從而提升了性能。 為 實 現(xiàn) 這 個 特 性 ，C M 3 內 部 含 有 好 幾 條 總 線 接 口，每條都為自己的應用場合優(yōu)化過，并且它們 可以并行工作。但是另一方面，指令總線和數(shù)據 總線

3、共享同一個存儲器空間（一個統(tǒng)一的存儲器 系統(tǒng)）。比較復雜的應用可能需要更多的存儲系 統(tǒng)功能，為此CM3提供一個可選的MPU，而且在需 要的情況下也可以使用外部的cache。另外在CM3 中，Both小端模式和大端模式都是支持的1。CM3內部還附贈了好多調試組件，用于在硬件水平上支持調試操作，如指令斷點，數(shù)據觀察 點等。另外，為支持更高級的調試，還有其他可 選組件，包括指令跟蹤和多種類型的調試接口1。1.2 無線通信模塊SIM300CZGPRS模塊采用SIMCOM公司的SIM300CZ模塊，該模塊性能穩(wěn)定，體積小，是即插即用模塊 組中完善的四頻GSM/GPRS解決方案，采用短信 通信及GPRS無

4、線數(shù)據通信進行用戶-終端-服務器 的數(shù)據交互，同時，SIM300CZ內部集成TCP/IP協(xié) 議，可以大大降低CPU負荷，讓無線通信更加簡 單化。處理器與SIM300CZ連接電路設計如圖2所 示，為處理方便，電路的連接采用標號形式。用越來越重要，物流車輛的智能化管理顯得尤為迫切，開發(fā)的GPS/GPRS車載智能終端，可以實現(xiàn) 對物流車輛進行智能化管理。監(jiān)測管理人員可以通過平臺或手機對終端設備進行時時定位，了解設備運行狀態(tài)，可以啟動 電子柵欄功能，限制安裝有本終端的物流車輛在 限定范圍內行駛；通過油量傳感器檢測的信號， 可以實時的監(jiān)控物流車輛油量的不正常變化；運用 GPS、GPRS網絡隨時隨地地獲取

5、物流車輛的經緯度 以及實現(xiàn)車輛的里程統(tǒng)計、超速報警等功能。1硬件設計部分系 統(tǒng) 硬 件 主 要 由 中 央 處 理 器 、G P S 模 塊 、GPRS模塊、人機交互界面、電源部分、各種傳感器構成，通過手機發(fā)送信號，GPS模塊接收衛(wèi)星信 號，通過串行通信數(shù)據進入中央處理器，解析后 再通過GPRS模塊把信號傳回手機或平臺，實時監(jiān) 控車輛的行駛情況。系統(tǒng)結構如圖1所示。%CPS%$S¥M3CPRS%Ø$þ圖1 系統(tǒng)結構框圖1.1 中央處理器部分中央處理器采用CORTEX-3內核下ST公司生收稿日期：2014-03-31作者簡介：秦健（1977 -），男，吉林九臺人，講

6、師，碩士，研究方向為自動檢測與自動化裝置?！?26】 第36卷 第8期 2014-08(下)油 量 傳 感 器 采 用 油 浮 子 滑 動 電 阻 接 油 表 方式，原理如圖4所示。圖4 油量傳感器原理圖輸出到油表的電壓是供電電壓經過滑動電阻 的分壓即：V2 = V1×R2/(R1+R2)上式中R2 /（R1+R2）是滑動電阻的比值， 代表了油浮子在油箱中的位置，其實它就是我們 希望知道的實際油量占油箱容積的百分比（油量 比），遺憾的是為了將這一結果通過電表指示出 來就必須給電阻供電，也就不得不引入一個新的 因子供電電壓。即：油表電壓（V2） = 供電電壓（V1）× R2/

7、 (R1+R2)一般滑動電阻直接由電瓶供電，由于電瓶電 壓存在波動且范圍較大，因此油表電壓也隨著波 動，假定油量比為50%，即R2/(R1+R2) = 0.5，按12V電壓標定的油表電壓為6V，若電瓶電壓升高 到14V則油表電壓變成了7V，相應的油量檢測結 果就變成了7/12 = 58.3%，相對誤差為（7-6）/6 =16.7%，實際中電瓶電壓的波動范圍為10-15V，瞬 時達到6-17V，誤差范圍近300%，24V電瓶車輛電壓波動范圍更大，測量失去意義。本設計采用同時傳輸兩路電壓的方式較好的 解決測量誤差問題，其原理就是同時測量傳輸油表電壓和供電電壓，二者的比值R2/(R1+R2)，就是實

8、際的油量比。實際上，基準電壓、A/D變換器等變換環(huán)節(jié)一 般都是多路共用的，采用比例方式還可以將這部 分公用電路的各種動態(tài)誤差完全抵消，例如只要 不產生溢出，基準電壓無論怎么漂移對測量結果 都不會產生影響，因此可以使用較低精度的基準 電壓、變換電路等等，在高精度前提下大幅度降 低成本。圖2 處理器與無線通信模塊SIM300CZ電路設計圖1.3 GPS定位模塊GPS采用市場主流定位芯片GP3SF1513F1 ,該模塊數(shù)據可靠穩(wěn)定，使用簡單，具有高靈敏度， 低 功 耗 ，快 速 捕 捉 衛(wèi) 星 ，超 薄 的 外 形 和 超 小 尺 寸。采用SiRF Star 供電，能夠提供出色的靈敏 度和性能，微型

9、尺寸可以使該模塊輕松集成到便攜 式設備中，在惡劣環(huán)境中也可以穩(wěn)定的接收信號。1.4 電源考慮到在無線通信領域，硬件平臺對電源要 求十分嚴格，并且需要可移動性，設計采用車載 供電和電池雙供電功能。對電池供電電源，沒有 采用專門的電池電源開關，而是采用SIM卡作為電 池電源的控制開關，當插入SIM卡的時候，電池電 源開始供電。電源模塊設計如圖3所示。圖3 電源模塊設計電路圖1.5 傳感器部分傳感器部分可以為電子柵欄、超速報警、安 防、油量監(jiān)控等功能提供有效的支撐信號，這里 重點研究對油量傳感器信號的處理。2軟件設計部分軟 件 設 計 采 用 S T 公 司 出 品 的 開 發(fā) 軟 件 K E I

10、L-MDK4開發(fā)環(huán)境。第36卷 第8期 2014-08(下) 【127】系統(tǒng)上電后，首先進行初始化，分內部和外圍初始化。內部主要初始化串口，定時器。外圍 初始化GPS，GSM模塊。然后檢測來電標志并進 行處理。之后接收GPS，溫度等信息，處理后，通 過GSP模塊、GPRS無線通信，發(fā)送到服務器。程 序主要完成對GPS，SIM300CZ，基于MODBUS協(xié) 議的溫度采集設備，這些外圍設備的程序驅動， 以及與服務器的數(shù)據交互工作。系統(tǒng)主要配置：對于STM32程序設計，需要 什么內部設備，只要打開相應的時鐘。包括GPIO 時 鐘 、U S A R T S 時 鐘 、B P K 時 鐘 、P V D

11、時 鐘 、 ADC時鐘和W-DOG時鐘。限于篇幅，在此重點介紹GPRS軟件部分。2.1 SIM300驅動函數(shù)本驅動函數(shù)主要完成了：1)初始化SIM300CZ 工作方式；2)短信收發(fā)驅動；3)數(shù)據收發(fā)方式。具 體框圖如圖5所示。這樣中心能夠實時處理車輛狀態(tài)變化，系統(tǒng)提供了車輛狀態(tài)信息變化自動上傳功能，一個重要應用 是根據ACC或發(fā)動機狀態(tài)動態(tài)調整自動上傳密度， 例如ACC開時每3秒上傳一次，而中心收到ACC關 信息后則立即下發(fā)命令改為60秒上傳一次。連接類型包)發(fā)送成功Y/N發(fā)送成功Y/N圖6 GPRS流程圖2.2 GPS軟件部分GPS驅動函數(shù)比較簡單，只要讀取串口數(shù)據即 可?？驁D如圖7所示。&

12、#190;¾偅$圖5 SIM300驅動函數(shù)在SIM300驅動函數(shù)中，已編寫好GPRS的一切 底層函數(shù)。流程圖如圖6所示，在GPRS服務驅動 中，編寫了輸入如何被GPRS發(fā)送出去以及如何接 收服務器發(fā)送過來的信息，并進行處理。采用穩(wěn) 定可靠的TCP協(xié)議傳輸GPRS命令、命令返回信息 格式及短信命令，采用二進制編碼方式通過UDP 或TCP協(xié)議傳輸終端定時上傳的信息。系統(tǒng)設計認為GPRS網絡是可靠的，出現(xiàn)阻塞 只是個別且短暫的，由于阻塞時車載機無法確定 阻塞時間，而GPRS傳輸是實時的，中心可以立即 知道發(fā)生了阻塞，因此終端無自由切換功能，由 中心判斷切換開啟、關閉GPRS和短信傳輸這兩個

13、 獨立的并行通道。系統(tǒng)以實時的GPRS傳輸為主，【128】 第36卷 第8期 2014-08(下)圖7 GPS流程圖報警不報警GPS模塊GPS初始化數(shù)據進入緩沖提取經度信息提取維度信息提取時間信息綜合判斷是否報警¿AT%÷¿fifi ¿%¼$¾¾Pfi¾ÇTDPTCPQ返回調用入口返回調用入口SIM300C²%K¾¾偅½%fiDSIM300C²UDP接收發(fā)送(UDP打TCP接收發(fā)送(TCP打 包)GPRS應用層程序建立數(shù)據棧調用底層，建立連接2.3 數(shù)據的

14、處理串口接收過來的數(shù)據，有些需要放進緩沖區(qū) 內。有時，對數(shù)組的簡單操作難以滿足高速數(shù)據 的傳輸，緩沖不能申請無限大，因此，運用隊列 技術是很好的選擇。隊列，有一個隊頭，一個隊尾。當隊列進入 一個數(shù)據，隊尾就加一，讀走一個數(shù)據，隊頭就 減一。隊頭減去隊尾等于0時，隊列中沒有數(shù)據。 因 此 ，在 使 用 隊 列 之 時 ，要 首 先 判 斷 隊 列 的 長 度，以及判斷隊列中是否有數(shù)據。方案，隨著GPRS網絡的不斷進步，該系統(tǒng)將有著更為廣泛的應用前景。參考文獻：1尚付鵬.基于ARM的激光晶體爐上稱量控制系統(tǒng)研究D.西安:西安理工大學,2009.姚文詳 (Joseph Yiu)著,宋巖譯,ARM C

15、ortex-M3權威指 南第1版M.北京航空航天大學出版社,2009. 楊棟,王漢其,熊俊.基于GPRS工程機械遠程監(jiān)控終端的 設計J.自動化技術與應用,2008.張佐經, 吳旭光, 等. 基于G P S 和G P R S 模塊的車載導航 定位系統(tǒng)設計J.計算機測量與控制計算機測量與控 制.2008,16(7). 田日才,等.GPS/GPRS車載監(jiān)控終端的設計與實現(xiàn)J.現(xiàn) 代電子技術.2008(15). 王建鵬.GPS/GPRS/GIS集成技術在車輛定位與監(jiān)控中的 應用D.武漢:武漢大學.2005.5.2343結論提出了基于STM32的GPS/GPRS的車載終端5設計，介紹了關鍵電路的設計以及

16、關鍵程序的處理，在物流車輛遠程監(jiān)控方面是一種很好的解決6【上接第111頁】將式（16）代入上式，并作傅氏逆變換，可4結論通過基礎中任意點應力值解析式，推導了分得： 段 式 鋼 箍 最 大 變 形 量 ，為 分 段 式 鋼 箍 的 尺 寸 設計提供了理論基礎，基于此提出了鋼箍的設計方 案，并通過算例驗證了理論的正確性，分析證明， 通過配置鋼箍的方法可增大重型基礎的承載能力， 對重型機床的精度保持性有著重要意義。參考文獻：(18)式中：1Haldar,Sumanta. Improvement of machine foundationsusing reinforcement Proceedings

17、 of the Institution of CivilEngineersJ.2009,162(4):199-204.劉林超,楊驍. 豎向集中力作用下分數(shù)導數(shù)型半無限體粘 彈性地基變形分析J.工程力學, 2009, 26(1):13-17. 李婕,頓志林,張學民,高雪冰. 橫觀各向同性彈性地基塞 露蒂問題的解析解J.工程力學,2007,24(增刊):70-74. Atapin,V.G.Calculation of the deformed state of the foundation of a heavy multipurpose machine toolJ.Soviet engineering research, 1989,9(6):41-43.C h e n g - D e r W a n g , E r n i a n P a n , C h i S h i a n g T z e n g . Displacements and stresses due to a uniform vertical circular load in an inhomogeneous cross-anisotropic half-spaceJ. International Journal of Geomechanics,2006,6(1):1-10. 喬