基于BDS和GPRS的智能汽车定位器设计

摘 要：企事业单位及高校外来车辆进出频繁，单位及校园内部道路外来车辆随意停放现象日趋严重。为了规范停车，本文提出了一种基于STM32F103C8T6/MC20的BDS和GPRS的智能汽车定位器。在入口处派发定位器置于车内，出口处回收定位器。如车辆停于禁停区，系统以SMS方式将汽车定位信息发送至巡逻保安手机，同时利用GPRS模块通过TCP/IP协议将车辆定位信息发送至保安控制中心的电脑主机，并报警提示。实验结果符合预期，可以很好地对外来车辆进行管控。

关键词：汽车定位；BDS；GPRS；STM32；MC20

中图分类号：TP391 文献标志码：A

0 引言

目前我国已进入汽车时代，汽车已成为大众出行的必备交通工具，随着经济的发展，企事业单位之间的交流，企事业与高校的交流，高校与高校之间的交流日渐频繁，加之日趋紧张的停车位问题，外来车辆的停放管理已成为目前各企事业单位和高校亟待解决的突出问题之一。本文使用ST公司的STM32F103C8T6作为主控制芯片，配合上海移远通信科技有限公司的MC20模块，可以实现BDS定位信息的抓取，再通过GPRS网络发送至远端主机或以SMS方式将定位信息发送至手机，并提供相应的报警信息。控制中心的主机根据上传的定位信息配合百度地图即可查看车辆位置，进而作出相应处理。

1 总体设计与整体结构

本系统由MC20模块、STM32F103C8T6主控芯片、GSM天线、BDS天线、SIM卡槽、3.7V锂离子电池组成。MC20是上海移远通信科技有限公司开发的一款超小尺寸GSM/GPRS/BDS/GPS一体化模块。体积只有18.7×15.7×2.1，性能稳定。模块采用邮票孔接口方式，装配可靠方便。支持基站定位，支持BDS/GPS单双模定位。采用该模块可将BDS定位信息通过GPRS网络传输至远端主机，BDS/GPS天线可以根据需要采用无源或有源连接。MC20还内嵌TCP/UDP/HTTP/FTP/PPP协议，支持数据非透明传输，使定位器与远端主机之间的数据传输变得极其简单，同时还可实现接打电话、收发短信。主控芯片STM32F103C8T6通过串口PA2、PA3分别和MC20的TXD、RXD连接，串口工作频率115200bps，数据长度8位，一个停止位，无奇偶校验。MC20接收到卫星数据后经由串口传至STM32F103C8T6，主控芯片处理后得到经纬度信息、时间，再由串口回传至MC20并由GPRS模块将经纬度、时间等信息发送至远端主机，或将信息以SMS方式发送至手机。系统框图如图1所示。

2 硬件设计

本系统的硬件框图如图2所示。

主控制器采用意法半导体的STM32F103C8T6，使用高性能的ARM Cortex-M3 32位RISC内核，工作频率72MHz，64K字节的高速存储器，两个12位模数转换器，37个快速I/O口，所有I/O口均可映射到16个外部中断且几乎所有端口均支持5V信号，支持SWD和JTAG接口调试，7个定时器，供电电压2.0V～3.6V，工作温度-40℃～85℃，具备电源管理单元，可实现低功耗运行，有效减少系统功耗。

MC20是上海移动公司的多功能通信定位芯片，工作电压3.3V～4.6V，温度为-40℃～85℃，其最大特点是将定位（BDS、GPS、QZSS）功能和通信功能（GPRS、SMS、语音呼叫）整合在一起，使得硬件最小化，功能最大化。

STM32通过串口PA2、PA3分别和MC20的TXD、RXD连接，串口工作频率115200bps，数据长度8位，一个停止位，无奇偶校验。

鉴于STM32和MC20的工作电压，选用与手机通用的3.7V（3000mAh）可充電锂离子电池，采购方便，成本较低。充电管理芯片采用TPA4056，该芯片是恒流/恒压线性充电器，内部有防倒充电路，无须外部隔离二极管，热反馈可自动调节充电电流，最大充电电流1A，充电截止电压为4.2V。锂离子电池经SX1308升压模块升压增流后连接MC20电源输入端，以提供MC20在GSM组网时所需的2A瞬间电流及3.95V工作电压。同时SX1308的输出经由XC6206P332MR电压调整后输出STM32所需的3.3V工作电压。

MC20的41脚经0欧姆电阻连接GSM微带天线，特性阻抗为50Ω，极化方式为垂直极化。15脚接BDS天线，本系统采用无源天线，故15脚经0Ω电阻后直接与BDS无源天线相连，特性阻抗为50Ω左右。SIM卡槽靠近MC20摆放，信号线长度小于200mm且远离射频线和电源线。

3 软件设计

本系统软件主要分为各功能模块初始化、BDS定位信息解析与提取、SMS发送、GPRS数据发送。总体流程如图3所示。

STM32主控芯片主要初始化中断，设置NVIC中断分组2∶2位抢占优先级，2位响应优先级。初始化串口PA2、PA3，PA2为复用推挽输出，PA3为浮空输入。串口工作频率115200bps，数据宽度8位，一个停止位，无奇偶校验，无硬件数据流控制。

MC20初始化操作MC20开机，对PWRKEY引脚进行控制，对模块进行开机操作。这里配合看门狗方式进行，先发送AT指令，如返回“OK”，则表示模块已正常开机，如果无返回值，必须通过操作PWRKEY引脚进行开机。给PWRKEY引脚一个大于3.3V的上升沿信号，之后发送AT指令，如返回“OK”，则开机成功，如无返回值，则看门狗复位，重复上述操作直至成功开机。

开机成功后开始BDS/GPRS初始化，使用AT指令AT+QGNSSC=1，使GNSS（全球导航卫星系统）上电并工作在Full on模式；AT+QGNSSCMD=0，”

$PMTK353，0，0，0，0，1*2A”，使GNSS工作在仅BDS搜索模式；AT+CPIN？检查SIM卡是否在位，返回“READY”表示卡已在位；AT+CREG？检查GSM网络是否注册成功；AT+CGREG？检查GPRS网络是否注册成功；AT+QICSGP=1，”CMNET”，接入移动APN；AT+QIDNSIP=0，使用IP连接；AT+QIOPEN=”TCP”，”180.103.187.79”，”20002”，采用TCP方式连接，目标IP地址为180.103.187.79，端口号20002，如返回“CONNECT OK”，则说明已连接成功，可以向主机发送数据。

SMS初始化需进行如下设置：①AT+CMGF=1//选择文本格式；②AT+CSMP=17，167，0，25//设置文本格式参数；③AT+CSCS=”UCS2”//选择16位通用多字节编码字符集。

采集BDS定位数据，使用AT+QGNSSRD=”NMEA/RMC”指令可以得到BDS定位数据，如：+QGNSSRD：$GNRMC，131124.000，A，3130.1379，N，12018.8905，E，2.38，187.29，050217，，，A*7A。其中3130.1379，N，12018.8905，E只是原始数据，并不是真正的定位数据，还需进行处理才是经纬度信息。原始数据为经度DDDMM.MMMM，纬度DDMM.MMMM。则处理算法为：真实经度=DDD+（MM.MMMM）/60，真实纬度=DD+（MM.MMMM）/60。这样解析出的才是真正的经纬度信息，可以发送至远端主机配合地图进行定位，也可以通过SMS发送至手机。

根据车辆所处的不同位置，向远端主机发送不同的经纬度信息，在GPRS初始化完成并与远端主机建立连接的基础上，使用AT+QISEND命令触发中断发送数据，延迟100ms后，检测是否返回“SEND OK”确定是否正确发送。为了确保数据的完整性，使用AT+QISACK查询是否接收到全部数据，返回“+QISACK：100，90，10”，表示计划接收100个数据，已接收90个，还有10个未接收。故当第三字段为0表示全部接收完毕。

SMS用于发送信息到巡邏保安手机，以便可以迅速做出反应及时处理违停及定位器未归还问题。SMS初始化完成后，发送中文短信，故先获取手机号的Unicode编码，使用AT+CMGS=”手机号的Unicode编码”，之后将短信内容转换成Unicode编码输入，按发送即可。

4 系统测试

在入口处向每辆进入厂/校区的车辆派发智能汽车定位器，定位器实时采集定位数据并由GPRS向远端主机发送，同时根据车辆所处位置选择性发送短信给巡逻保安所需处理的问题。短信发送间隔较长，无需进行稳定性测试。针对定位数据需实时采集并由GPRS通道发送，故需对本系统的GPRS发送与接收进行稳定性测试，表1列出采集发送次数与接收延迟时间及所占比例关系。采集发送200次，延迟时间在3s内的占96.5%，测试结果表明本系统通信延时较低且成功率高，能满足对定位信息实时采集并发送的实际需求。

结语

根据企事业单位及高校对外来社会车辆的实际管理需要，本文设计了基于STM32/MC20的BDS和GPRS的智能汽车定位器，并进行了实际测试，结果表明本系统安全稳定，且实时定位数据的采集与发送能够满足实际需要。另外本系统还可加入基站辅助定位、AGPS辅助定位，以提高定位速度与精度，加入语音提示功能，使该智能汽车定位器更加成熟更加完善。

参考文献

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