崔漢楚　張曦月　陳斯

摘要：鑒于OFO共享單車定位方式的局限性，設(shè)計了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的共享單車的定位系統(tǒng)。設(shè)計以MC9S08AW60微控制器為主控單元，利用GPS進行實時定位，通過GPRS進行無線數(shù)據(jù)傳輸，在手機等移動端準(zhǔn)確定位OFO的位置。

關(guān)鍵詞：AW60單片機;定位;GPRS/GPS模塊

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0170-02

0 引言

共享單車以其輕快便捷的優(yōu)勢成為越來越多都市人群短途出行的首選，但其帶來的資源浪費與亂停亂放導(dǎo)致的空間占用卻日益嚴(yán)重，通過研究GPS和GPRS網(wǎng)絡(luò)的無線數(shù)據(jù)傳輸對OFO（OFO Sharing Bicycles，小黃車）進行實時定位，可有效防止由OFO的丟失造成的資源浪費及社會問題。

1 總體設(shè)計

本系主控芯片采用飛思卡爾MC9S08AW60處理器，GPS/GPRS 模塊采用A9G芯片，由GPS接收器接收衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，通過串行通訊的方式，輸入并緩存至微控制器的可讀寫存儲器RAM或外置TF卡中[1]，再通過GPRS傳送位置信息到手機終端，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。

2 OFO終端電路設(shè)計

OFO終端硬件電路主要由微控制器模塊、GPS/GPRS定位模塊和通訊模塊、電源等模塊組成。其硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。其中電源模塊可采用3.7/4.2V大容量鋰電池為微處理器及GPS/GPRS模塊來供電。

2.1 微控制器模塊

系統(tǒng)以飛思卡爾 MC9S08AW60微控制器作為主控模塊，其內(nèi)部集成的時鐘生成器電路可將系統(tǒng)總線拉高至20MHz，并含有60K Flash空間。AW60用于處理GPS接收到的地理位置信息和時間信息，并通過GPRS發(fā)送到移動終端，方便用戶即使獲取位置。

圖3為MC9S08AW60微控制器的最小系統(tǒng)電路，主要包括電源電路、晶振電路、BDM下載電路及復(fù)位電路等。

2.2 GPS/GPRS模塊

GPS/GPRS模塊采用安信可的A9G芯片，其芯片圖如圖4所示。A9G是一個完整的四頻GSM/GPRS模塊，它支持GPRS和GPS/AGPS技術(shù)，并集成在一個緊湊設(shè)計的SMD封裝中，大大節(jié)省了客戶開發(fā)GNSS（Global Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）應(yīng)用的時間和成本。A9G可廣泛應(yīng)用于各種物聯(lián)網(wǎng)場合，適用于家庭自動化、工業(yè)無線控制、可穿戴電子產(chǎn)品、無線位置感知設(shè)備、無線定位系統(tǒng)信號以及其它物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的理想解決方案[2]。

GPS是基于24顆人造定位衛(wèi)星的全球無線定位導(dǎo)航系統(tǒng)，起著隨時隨地提供導(dǎo)航、測量、授時的作用[3]。GPS由三部分構(gòu)成，一是地面控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控站、主控制站、地面天線。主要功能是收集衛(wèi)星傳輸?shù)男畔⒁约皵?shù)據(jù)的測量與校正。二是空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面，使得在全球任何地點與時間都能觀測到衛(wèi)星。三是用戶設(shè)備部分，由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成。主要功能是根據(jù)接收機解調(diào)出的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行定位計算[4]。

GPS定位的基本原理是測量學(xué)上的測距交會定點[5]。利用GPS模塊測量出已知位置的衛(wèi)星到目標(biāo)的相對位置，然后綜合多個衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，就可以計算出目標(biāo)的具體位置，其計算方程如圖5所示。

GPS衛(wèi)星不間斷地傳送位置數(shù)據(jù)信息，通過內(nèi)置在OFO的GPS子系統(tǒng)接收機對位置數(shù)據(jù)進行管理，生成OFO位置數(shù)據(jù)，此位置數(shù)據(jù)可存儲在微控制器內(nèi)部RAM空間或外圍的TFT卡中。

圖6為TF卡電路，主要用來存儲從衛(wèi)星接收到的位置數(shù)據(jù)。圖7為SIM卡電路，用來識別不同OFO的身份信息。

系統(tǒng)將接收到的OFO位置信息通過GPRS與服務(wù)器建立網(wǎng)絡(luò)連接，按每30秒發(fā)送一次數(shù)據(jù)包，移動終端如手機可通過調(diào)用百度地圖或高德地圖接收OFO的位置信息，并在地圖上實時顯示位置信息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計及調(diào)試

GPS的調(diào)試借助串口調(diào)試工具，通過TXD/RXD串口與A9G實現(xiàn)通信。其調(diào)試界面如圖8所示。

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要由AW60微控制器相關(guān)代碼、GPS定位程序、GPRS通信程序組成，其流程圖如圖9所示。系統(tǒng)首先對AW60進行初始化，包括時鐘、定時器、串口通信等初始化，然后對A9G進行初始化，使用AT相關(guān)指令對A9G進行配置。當(dāng)OFO接收到GPS數(shù)據(jù)信息，包括GPS的日期、時間、經(jīng)緯度、衛(wèi)星數(shù)、定位精度等將這些信息轉(zhuǎn)換成十進制形式存入微控制器內(nèi)部RAM或TFT卡中。通過初始化A9G內(nèi)置GPRS模塊，建立GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊，使用百度或高德地圖的API實時的在地圖上顯示位置最終在移動終端顯示具體的位置等信息。

4 結(jié)語

本設(shè)計通過對OFO共享單車位置、狀態(tài)進行數(shù)據(jù)儲存，實現(xiàn)實時監(jiān)控功能，通過微處理器及GPS/GPRS實現(xiàn)OFO共享單車位置（經(jīng)度、緯度）等數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，并調(diào)用地圖API實現(xiàn)經(jīng)緯度轉(zhuǎn)化為實際地點。本設(shè)計可以減少共享單車帶來的資源浪費，無論是在用戶體驗上或是企業(yè)對OFO后期的維修或回收上都有著重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳瑞坤，賴儒華.基于單片機的全球定位系統(tǒng)設(shè)計[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2013，15（3）：143-146.

[2] GPRS系列模組用戶手冊[M].2017，V1.7 Ai-Thinker Inc.

[3] 雷友建.共享單車定位導(dǎo)航系統(tǒng)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2019，37（2）：102-103.

[4] 王凱，李婉卿.基于GPRS、GPS的電動汽車遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計[J].電子制作，2019（8）：34-35.

[5] 盧燕，王華云.高精度GPS定位研究概述[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2012（35）：118-119.