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1 系統簡(jiǎn)介 UB680模塊集成了四頻GSM／GPRS無(wú)線(xiàn)通信模塊和GPS接收機模塊，系統框圖如圖1所示。GSM和GPS兩者高度結合，提供了多種靈活的工作模式。GSM／GPRS和GPS接收機既可分別獨立工作又可由 GSM／GPRS控制GPS。GPS信息可由本地控制和傳送，也可空中控制和傳送。60腳板對板連接器將各個(gè)功能接口留出，主要包括：GSM電源接口 (Power Supply)、GPS電源接口(Power Supply)、ADC接口、GSM串行通信接口(2Channel UART)、GPS串行通信接口(1 Channel UART)、雙通道模擬音頻接El(2 Channel Audio)、5×5矩陣式鍵盤(pán)接口(5×5 Keypad Array)、標準SIM卡接口、后備電池(RTC Backup)等。本身內嵌了TCP／IP協(xié)議，支持AT命令擴展，可以實(shí)現各種用戶(hù)個(gè)性化定制方案。 
2 軟件架構 除了GSM／GPRS通信軟件功能和GPS receiver軟件外，還有融合二者的GPS數據接收、GPS數據發(fā)送、GPS控制和GPRS網(wǎng)絡(luò )自恢復機制4個(gè)部分，如圖2所示。
GSM／GPRS單元使用GSM_UART2接收標準NMEA一0183格式的GPS數據，并且把接收的GPS數據按照用戶(hù)AT指令設置指定的傳送方式進(jìn)行本地顯示或者傳送到第三方接收單元，第三方接收單元按照NMEA一0183標準對接收到的GPS數據進(jìn)行二次處理。 GSM／GPRS單元可以通過(guò)GSM_UART2發(fā)送AT指令對GPS單元進(jìn)行控制，例如控制GPS輸出的波特率和匯報時(shí)間等。當選擇以GPRS方式傳送GPS數據時(shí)，可能由于GPRS網(wǎng)絡(luò )異常、TCP／UDP斷開(kāi)導致GPS數據傳送被迫中斷，GPRS自恢復機制能夠重新連接上GPRS網(wǎng)絡(luò )、激活 PDP和建立TCP／UDP連接，從而最大程度地保證GPS數據傳輸的連續性和穩定性，為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。 3 工作模式 3．1 GPS單元與GSM／GPRS單元獨立工作模式 GPS單元與GSM／GPRS單元的獨立工作模式如圖3所示。
GPS單元與GSM／GPRS單元可以看作是完全獨立的兩個(gè)個(gè)體，兩者可以脫離對方依賴(lài)單獨運行。它是GSM／GPRS單元和GPS模塊在硬件上的簡(jiǎn)單組合。兩者之間在邏輯上無(wú)任何關(guān)系，GSM／GPRS通過(guò)其AT指令串口接受用戶(hù)的控制。GPS通過(guò)其串口向用戶(hù)匯報相應的定位信息以及接受用戶(hù)的各種配置控制。 GPS單元可作為一個(gè)獨立的實(shí)體，且提供一個(gè)端口GPS_UART0供用戶(hù)使用。GPS_UARTO口既可輸出標準的NMEA—0183協(xié)議的定位信息又可接受用戶(hù)的控制，輸出的定位信息可供GSM／GPRS單元或其他第三方單元使用處理。 通過(guò)GPS_UARTO口可控制GPS的數據包括以下內容：GlPS波特率——2 400、4 800、9 600、14 400、19 200、28 800、38 400、57 600、115 200 bps，啟動(dòng)模式——Cold、Warm、Hot，停止模式——Stop、Sleep，時(shí)分區——Hour zone(一11，一10，一9，…，12)，Minute zone(0、15、30、45)，Debug時(shí)間間隔配置——O、5000，位置栓——終端顯示位置可鎖定不變，滿(mǎn)足一定越界條件才改變。 GSM／GPRS單元也可視為一個(gè)獨立的實(shí)體，且提供2個(gè)串口GSM_UARTO、GSM_UARTl供用戶(hù)使用。GSM_UART1作為 Debug口使用，打印調試信息、log信息等；GSM_UARTO作為AT指令口使用，回顯數據，對指令功能進(jìn)行設置、執行、測試、查詢(xún)等。 3．2 GPS單元與GSM／GPRS單元融合工作模式 在融合工作模式下，GPS的定位數據傳輸至GSM／GPRS單元并在該單元中根據用戶(hù)的配置進(jìn)行相應的處理，可將GPS數據分別在串口輸出(工作模式2)、SMS傳輸和GPRS傳輸(工作模式3)。傳送的數據為標準的NMEA—0183數據格式(以“rdquo;開(kāi)頭和*cc 結尾，cc為2位十六進(jìn)制校驗和)，依照客戶(hù)的不同需求，可以把GPS截獲的數據解析成易于理解的信息。在該工作模式下傳送、控制、串口輸出數據等，以滿(mǎn)足客戶(hù)不同的需求。模塊提供了一系列的AT指令并且具有可擴展性，方便用戶(hù)通過(guò)GSM_UARTO串口對GPS單元進(jìn)行控制和設置，以獲取相應的GPS定位信息，并且通過(guò)GSM／GPRS單元進(jìn)行本地回顯或者遠程匯報。 3．2．1 GPS信息由GSM／GPRS串口輸出 通過(guò)在超級終端中輸入圖4中的AT指令實(shí)現。
3．2．2 GPS信息由GPRS方式傳輸 ①打開(kāi)Server服務(wù)器模擬程序。 ②設置本地端口號。 ③選擇監聽(tīng)按鈕。 在超級終端對話(huà)框內依次輸入圖5所示命令：
3．2．3 GPS數據通過(guò)SMS傳輸 GPS數據通過(guò)GSM的短消息形式傳輸，在超級終端對話(huà)框內依次輸入圖6所示命令：
AT+GPSDATAMOD ；設置GPS數據傳輸模式為2，即GPS數據 ；以GSM的短消息形式傳輸 AT+GPSSMSNUM ；設置GPS數據以短信方式傳輸目的號碼
3．3 GPS數據輸出頻率控制 GPS數據輸出，包括通過(guò)GSM／GPRS單元的串口輸出、SMS輸出和GPRS輸出。使用AT命令 “AT+GPSOUTFREQ=[NUM]”可改變輸出頻率。注：NUM的取值范圍為1～65 535，單位為s。 4 GPS射頻性能調試 LNA UPG8231調試中所使用的GPS信號是由Agilent E4438CESG矢量信號發(fā)生器和409GPS專(zhuān)用模塊產(chǎn)生的�？梢陨啥噙_8個(gè)實(shí)時(shí)GPS衛星信號，并可使用預配置的情景文件(包括多普勒頻移)對它們進(jìn)行配置；或將之配置成與真正的衛星軌道保持同步，從而與衛星信號中包含的導航信息相一致。 GPS調試環(huán)境：用E4438C矢量信號發(fā)生器(E4438C配上選件409 GPS)產(chǎn)生模擬GPS信號送到GPS模塊射頻輸入端，在PC端運行軟件SiRFDemo 3．86，用頻譜儀Agilent N8973A／N400A(Noise Source)測試噪聲系數。 4．1 測試GPS射頻指標 (1)系統噪聲系數 SirfstarIII的整個(gè)接收回路(參考接收機設計)大約有3．O dB的系統噪聲系數，如表1所列。
式中F表示噪聲系數，G表示增益。 (2)LNA的S參數 按原V1．0板的匹配情況，LNA在1 575．42 MHz的S參數(S11=一2．8，S21=13．4，S22=一5．6，S12=一30)性能比較差。經(jīng)過(guò)仔細調試，得到了LNA的最終匹配電路，如圖 7所示。
GSC3f／LP定位所需要GPS信號的C／N為28 dB以上。本模塊在SiRFDem03．86軟件上測試的性能為：當等效輸入功率為一120 dBm時(shí)，C／N為49 dB，當輸出功率為一136 dBm時(shí)，C／N為35 dB。Coretek自己做的另一款GPS模塊用BGA615：一120 dBm時(shí)C／N為47 dB，一136dBm時(shí)C／N為32 dB，NF為2．8 dB。 最終LNA在1 575．42 MHz時(shí)的S參數為：Sll=一14．6 dB，S21=16．7 dB，S22=一6．O dB，S12=一37．2dB NF=2．2 dB o如果考慮焊接到PCB上LNA的輸入和輸出端的那兩條射頻小線(xiàn)Cable Loss無(wú)法補償掉，LNA的增益在19 dB左右，LNA的真實(shí)NF應該在1．4 dB左右。 表2是對NEC的評估板實(shí)測情況(儀器為AgilentN8973A／N400A)：
由于焊接到電路板上LNA的輸入和輸出端的射頻線(xiàn)的插入損耗無(wú)法精確估計，從而帶來(lái)一些測量誤差�？紤]到這些測量誤差的影響，我們認為設計取得了理想的效果，是比較成功的。 (3)首次定位時(shí)間TTFF TTFF如表3所列。
5 系統設計中的缺陷 原因：設計中由于把GPS_TXDl直接連接到GSM_RXD2。沒(méi)有考慮到不同的基帶芯片之間存在的I／O電平的差異，導致系統運行時(shí)存在潛在的不穩定因素。筆者在hyperlynxV7．7中用LineSim仿真也預見(jiàn)了這種危險。 問(wèn)題一：當GSM VBAT為O V時(shí)，測量GPS_TXD0的輸出(在示波器上觀(guān)察)，同時(shí)在串口上測量，發(fā)現剛復位時(shí)有輸出波形，過(guò)幾十秒后串口無(wú)輸出。
查詢(xún)GSM基帶芯片手冊可知，如表4所列，Pin M5在GSM復位時(shí)為高電平。在剛加電時(shí)其狀態(tài)不穩造成GPS串口無(wú)輸出。 問(wèn)題二：剛上電時(shí)GPS串口無(wú)輸出，按GPS復位鍵后有輸出。 GSM復位信號的上升時(shí)間為800μs，幅度為4．09V；GPS復位信號的上升時(shí)間為1．44 ms，幅度為1．8 V。對剛上電GPS無(wú)輸出這種情況，初步認為是GPS電源部分的上電時(shí)序的問(wèn)題，導致GPS復位不充分(即系統設計中沒(méi)有復位GPS用的Flash)。 參考文獻 1. NMEA 0183.the National Marine Electronics Association 2. Agilent E4438C應用手冊 作者：張國軍,何加銘 (寧波大學(xué)) 詹恩超 (諾基亞西門(mén)子杭州研發(fā)中心) 來(lái)源：單片機與嵌入式系統應用 2008 (10) |
