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1 系統簡介 UB680模塊集成了四頻GSM／GPRS無線通信模塊和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協議，支持AT命令擴展，可以實現各種用戶個性化定制方案。 
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數據發送、GPS控制和GPRS網絡自恢復機制4個部分，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AT指令設置指定的傳送方式進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數據進行二次處理。 GSM／GPRS單元可以通過GSM_UART2發送AT指令對GPS單元進行控制，例如控制GPS輸出的波特率和匯報時間等。當選擇以GPRS方式傳送GPS數據時，可能由于GPRS網絡異常、TCP／UDP斷開導致GPS數據傳送被迫中斷，GPRS自恢復機制能夠重新連接上GPRS網絡、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，為用戶提供優質的服務。 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個體，兩者可以脫離對方依賴單獨運行。它是GSM／GPRS單元和GPS模塊在硬件上的簡單組合。兩者之間在邏輯上無任何關系，GSM／GPRS通過其AT指令串口接受用戶的控制。GPS通過其串口向用戶匯報相應的定位信息以及接受用戶的各種配置控制。 GPS單元可作為一個獨立的實體，且提供一個端口GPS_UART0供用戶使用。GPS_UARTO口既可輸出標準的NMEA—0183協議的定位信息又可接受用戶的控制，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，啟動模式——Cold、Warm、Hot，停止模式——Stop、Sleep，時分區——Hour zone(一11，一10，一9，…，12)，Minute zone(0、15、30、45)，Debug時間間隔配置——O、5000，位置栓——終端顯示位置可鎖定不變，滿足一定越界條件才改變。 GSM／GPRS單元也可視為一個獨立的實體，且提供2個串口GSM_UARTO、GSM_UARTl供用戶使用。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，對指令功能進行設置、執行、測試、查詢等。 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的配置進行相應的處理，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;開頭和*cc 結尾，cc為2位十六進制校驗和)，依照客戶的不同需求，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，以滿足客戶不同的需求。模塊提供了一系列的AT指令并且具有可擴展性，方便用戶通過GSM_UARTO串口對GPS單元進行控制和設置，以獲取相應的GPS定位信息，并且通過GSM／GPRS單元進行本地回顯或者遠程匯報。 3．2．1 GPS信息由GSM／GPRS串口輸出 通過在超級終端中輸入圖4中的AT指令實現。
3．2．2 GPS信息由GPRS方式傳輸 ①打開Server服務器模擬程序。 ②設置本地端口號。 ③選擇監聽按鈕。 在超級終端對話框內依次輸入圖5所示命令：
3．2．3 GPS數據通過SMS傳輸 GPS數據通過GSM的短消息形式傳輸，在超級終端對話框內依次輸入圖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矢量信號發生器和409GPS專用模塊產生的。可以生成多達8個實時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調試環境：用E4438C矢量信號發生器(E4438C配上選件409 GPS)產生模擬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。經過仔細調試，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，C／N為49 dB，當輸出功率為一136 dBm時，C／N為35 dB。Coretek自己做的另一款GPS模塊用BGA615：一120 dBm時C／N為47 dB，一136dBm時C／N為32 dB，NF為2．8 dB。 最終LNA在1 575．42 MHz時的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Cable Loss無法補償掉，LNA的增益在19 dB左右，LNA的真實NF應該在1．4 dB左右。 表2是對NEC的評估板實測情況(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的插入損耗無法精確估計，從而帶來一些測量誤差。考慮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，導致系統運行時存在潛在的不穩定因素。筆者在hyperlynxV7．7中用LineSim仿真也預見了這種危險。 問題一：當GSM VBAT為O V時，測量GPS_TXD0的輸出(在示波器上觀察)，同時在串口上測量，發現剛復位時有輸出波形，過幾十秒后串口無輸出。
查詢GSM基帶芯片手冊可知，如表4所列，Pin M5在GSM復位時為高電平。在剛加電時其狀態不穩造成GPS串口無輸出。 問題二：剛上電時GPS串口無輸出，按GPS復位鍵后有輸出。 GSM復位信號的上升時間為800μs，幅度為4．09V；GPS復位信號的上升時間為1．44 ms，幅度為1．8 V。對剛上電GPS無輸出這種情況，初步認為是GPS電源部分的上電時序的問題，導致GPS復位不充分(即系統設計中沒有復位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) 詹恩超 (諾基亞西門子杭州研發中心) 來源：單片機與嵌入式系統應用 2008 (10) |
