基于LEA-5S 与SIM900A 的GPS 短信定位系统

吴祥晨，吴炀杰，潘宇煊

（中国矿业大学计算机学院，江苏徐州，221116）

0 引言

GPS 称为全球定位系统（Global Positioning System），最早是由美国从20 世纪70 年代开始研制，于1994 年全面建成，具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。在军事上，民用商用上均具有十分重大的意义。

GSM 则称为全球移动通信系统（Global System for Mobile communication），是当前应用最为广泛的移动电话标准。全球超过200 个国家和地区超过10 亿人正在使用GSM 电话。

发展至今，GPS 与GSM 技术都已经各自达到了一个较高的水平：GPS 能够实时感知经度纬度、高度、格林尼治精确时间等丰富信息，并广泛运用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量及日常生活等不同领域；GSM 技术则能够进行语音通信，短信发送，并在90 年代中期投入商用以来，被全球超过100 个国家采用。两种技术目前都受到了广泛的应用，而该系统正是将两种技术，进行有机融合，设计出具有能够实现实时的将地理位置信息采集并且通过GSM 短信发送至特定接收号码功能的系统，

1 系统整体设计

系统总体分为5 个部分：主控部分，温度采集部分，GPS部分，GSM 部分和显示部分。

其 中 对GPS 部 分 的LEA-5S 与GSM 部 分 的SIM900A 两个主部件进行数据处理与交互的的是STC 公司出产的最新15 系列在应用编程（In Application Programming）MCU。IAP15F2K61S2 作为的主控芯片，具有丰富的片内资源，以及更快的处理速度，能够很好的将LEA-5S 与SIM900A 结合起来。并通过串行通信口RXD 对空间信息进行采集读入，并且处理数据。然后通过TXD 端口将采集的信息进行转化为特殊字符命令串，输入到SIM900A 部件中，完成短信处理环节。

同时，在具有了获取信息和短信输出信息的功能外，该系统利用DS18B20 数字温度传感器获取了所处环境的温度信息，并通过LCD12864 液晶显示屏作为显示部件，实时的将各种信息进行直观显示。增加了系统的人机交互能力，提高了使用度。

1.1 U-blox LEA-5S 模块设计原理

GPS 主芯片使用瑞士u-blox 公司的LEA-5S 模组，第5 代GPS 接收机。搭载了高性能的50 通道ublox 5 技术，超过100万个有效相关器32 通道采集引擎的处理能力使得模组可进行大规模并行搜索。拥有SuperSense @ kickstart 技术，在信号微弱时可加速捕获GPS 卫星信号。

u-blox GPS 接收机拥有先进的噪音抑制技术和创新的RF 架构，使接收机的抗干扰能力更强。同时u-blox GPS 接收机还提供惯性导航、精确授时和A-GPS 等技术。

并且该芯片具有兼容美国GPS 卫星系统和欧盟伽利略卫星系统引擎，数据刷新频率可小于1 秒，50 毫瓦的超低功耗和高达-160 dBm 的SuperSense 跟踪灵敏度等等优异性能。且在价位上合适，接口电路简单。

因此选用U- blox5 系列芯片作为GPS 模块芯片。主要模块电路设计如下，其中将TXD1 与RXD1 引脚，VCC 与GND 引脚引出，方便模块间的交互。

LEA-5S 会输出如下蕴含位置信息的数据字符串，其中$GPRMC 为最常用信息字符串。

$GPGGA,121252.000,3937.3032,N,11611.6046,E,1,05,2.0,45.9,M,-5.7,M,,0000*77

$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,,,A*54

（此处省略若干行）......

$GPGSV,3,3,10,29,07,074,,30,07,163,28*7D

信息处理时，通过串行口接收至MCU，并运用适当的算法处理获取的信息。同时处理模块输入的代码时，参照该芯片的规定的信息格式表，即可从中参照得出相应代码表示的信息的含义。

1.2 利用U-center 软件调整芯片参数

U-center 是一款专业测试软件，可以利用串口通过TTL信号连接LEA-5S 芯片，进行如下操作：

1）利用u - center 软件来修改GPS 模块的波特率

2）通过单片机来进行模块的操作

3）休眠模块的设定及唤醒

4）u - blox 模块4Hz 刷新频率更改

5）u - blox 模块NMEA 精简字符信息输出

而在实际使用ublox 的LEA-5S 芯片时，其默认初始波特率为9600，因此需要通过软件进行更改波特率至MCU 匹配的波特率。并且初始输出频率也过高，不利于采集处理，也应该修改输出频率，以利于IAP15F2K61S2 进行数据采集与处理。

图2 波特率调整

图3 输出频率调整

2 SIM900A 模块设计原理

SIM900A 是一款尺寸紧凑的GSM/GPRS 模块，属于双频GSM/GPRS 模块，采用SMT 封装，基于STE 的单芯片案，采用ARM926EJ-S 架构,性能强大。

因此选用SIM900A 作为GSM/GPRS 模块的芯片。

并且只需简单的利用2 个串行通信管脚和2 个电源管脚即可实现短信通信。对本系统的构建起了简化作用。

发送SIM900A 的命令字来发出短信时，可以在编程软件中设置三个数组，每个数组包含一条AT 指令。

char mode2=0x1a；

其中AT+CMGF=1 代表选择text 方式发送英文短信，当AT+CMGF=0 时，则采用PDU 编码也可以发送中文短信（此处不述）。而“AT+CMGS=”命令可以设置系统想要发送短信所至的号码。当发送完这两个命令之后，即可发送GPS 采集的经过处理的内容信息，再最后输入0x1a 即可完成发送。需要注意的是，在每条AT 指令写完都必须输入回车，即换行符 ，否则不能完成本模块功能。

3 主控,温度，显示模块设计原理

主控模块采用STC 公司最新出产的15 系列MCU IAP15F2K61S2。该芯片不需要外部晶振，内部时钟从5MHZ～35MHZ 可选，片内集成高可靠复位电路，2048 字节超大的片内RAM 以及高速运行速度等优点。

温度模块采用DS18B20 数字温度传感器，采用单总线控制，使用时，只要按照DS18B20 技术手册规定的时序，进行读写操作即可。

显示模块采用LCD12864 液晶显示屏，可以显示4 行，每行最多8 个汉字，16 个字符。丰富的显示量，以及可显示汉字，使系统的人机交互性大大增加。能够方便的从液晶显示屏上直接的目前系统所处的位置的经纬度，时间，速度，还有温度等信息。

4 结束语

本系统采用的LEA-5S 芯片和SIM900A 芯片，以及主控芯片IAP15F2K61S2，温度传感DS18B20 均是小尺寸，轻重量的芯片，因此整个短信定位系统整体体积可以压缩到很小，使的系统小巧精致，携带方便，具有很高的实用价值。

[1] 李洪涛.GPS 应用程序设计［M］.北京:科学出版社，1999

[2] 张威.GSM 网络优化:原理与工程［M］.人民邮电出版社，2010.

[3] 丁向荣.单片微机原理与接口技术［M］.电子工业出版社，2012.

[4] 朝青.单片机原理及接口电路 [M].北京航空航天大学出版社，2007.