基于射频通信的GPS定位系统设计

王行娟，杨 奎

（武汉华夏理工学院 信息工程学院，湖北 武汉 430223）

基于射频通信的GPS定位系统设计

王行娟，杨 奎

（武汉华夏理工学院 信息工程学院，湖北 武汉 430223）

射频技术和GPS定位技术在现如今人们的生活中应用广泛。文章对基于射频通信的GPS定位系统设计进行研究，研究对象包括基于STC12C5A60S2单片机的小车、GPS数据采集及解析、射频通信。小车可以将自己的位置信息通过射频模块传给附近的小车，然后将信息反馈到控制中心，从而提高控制中心的管理水平。

GPS；定位；射频通信；STC12C5A60S2

全球定位系统（Golobal Positioning System，GPS）是一种广泛使用的卫星定位系统，随着社会信息化的日益发展，GPS的应用已经深入到国民经济的各个领域，其发展方向是监控跟踪及导航相结合，其长远发展则是导航、测量、线路勘测、智能交通、通信等[1]。

射频识别（Radio Frequency Identi fi cation，RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。RFID技术有广泛的应用，包括身份识别、防伪应用、ETC高速收费等[2]。

本文提出的射频通信定位系统的设计方案，是基于单片机STC12C5A60S2的简易定位系统，能实时将小车的位置信息通过射频模块传输至终端设备上。

1 系统总体结构设计

根据系统的功能，将整个系统划分为小车主控模块，GPS数据采集模块，无线收发模块。小车核心处理器采用的是STC12C5A60S2单片机，GPS数据采集模块选用的是Gstar GS-87模块，无线收发模块采用NRF24L01无线收发芯片组。系统总体结构框如图1所示。STC单片机对GPS模块采集的数据进行解析，通过串口发送至射频模块进行发射，射频接收模块接收到数据给小车B，再将数据通过串口传给电脑终端进行显示。

图1 系统总体结构框

2 系统硬件设计

2.1 小车主控电路设计

小车主控电路主要包括单片机、时钟电路、复位电路、电源电路这几部分。时钟电路是单片机工作时所必须的时钟控制信号，常采用 1.2～12 MHz 的振荡频率。复位是单片机的初始化操作，想要复位时只需要在单片机的复位引脚加上大于2个机器周期的高电平，除了在系统的正常初始化情况之外，在程序运行过程中出错或由操作错误导致的系统处于死机状态，为摆脱这种不良状态，这时也可以使用复位功能[3]。

2.2 射频通信模块电路设计

射频通信模块电路设计选用NRF24L01射频芯片，其引脚功能及描述如下[4]。

VCC：电源输入端，电压范围为：1.9～3.6 V。CE：芯片模式控制线。

SCK：SPI输出的时序信号线。

IRQ：中断标志位，当接收到数据时，IRQ引脚会输出低电平。

MOSI：SPI串行输入。MISO：SPI串行输出。

CSN：SPI片选使能，低电平使能。

射频通信模块电路设计原理如图2所示。

图2 射频通信电路原理

GPS数据采集模块采用的是GS-87模块，模块上的外接端口有4个：RXD，TXD，GND，VCC，4个接口中RXD和TXD是直接连接主控电路中的串行端口。

3 系统软件设计

3.1 系统软件总体设计

对于用作发射的小车A来说，首先是IO口初始化和波特率的设置，再调用GPS数据解析的函数，通过射频模块进行发射，发送流程总体设计如图3（a）所示。对于用作接收的小车B来说，进行IO口和波特率初始化之后需要把射频模式改成接收模式，然后调用发送字节到终端这个函数，就可以把数据传送给终端了，接收流程总体设计如图3（b）所示。

3.2 GPS数据采集解析软件设计

首先判断帧头“$”以及开始的5个英文字符，只有当接收到这些后才能进入数据解析过程，接收到含有日期、经纬度、卫星个数的字符串开始进入解析，解析的过程中采用的算法是简单的按位进行计算。此次解析的过程依次是纬度、经度、日期，解析完之后把数据存在相应的数组中，通过串口把数据发送出去。

3.3 射频通信无线发射、接收模块软件设计

发射模块，先进行串口和NRF24L01的初始化和IO口的初始化，在接收之前设置了一个射频模块是否跟小车连接成功的子程序，当连接成功，复位小车时会显示startY，否则显示startN，只有连接成功才能正确发送数据。再把数据给NRF24L01_TxPacket这个函数进行数据的发送。

接收模块，先进行串口和NRF24L01的初始化，测试程序跟发送端一样，只需要把数据通过NRF24L01_RxPacket这个函数进行存储，最后用SEND_BUF这个发送函数把数据发送给终端就行了。

4 结语

本文设计基于射频通信的GPS定位系统，该系统具有涉及知识广泛，实际应用方便，人机交互简单有趣，采集数据精准，实用性强等诸多优点。在这个物联网+的时代，智能是我们一直追求的目标，射频模块就是智能家居的一个最基本的技术要求，低功耗、高数据传输、方便等众多优点，都给它带来了无限的发展空间，能够满足现代社会实际的应用需求，具有很大的市场潜在价值。本文对GPS数据采集与解析、NRF24L01射频通信等做了深入的研究，完成了系统总体设计并顺利通过了系统测试。

图3 流程总体设计

[1] 梁久帧.无线定位系统[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2] 朱岩，张雪英.基于NRF24L01的车载GPS数据传输系统[J].仪器仪表用户，2011（6）：34-37.

[3] 甘泉，李阳，许代代.基于nRF24L01的智能公交报站系统[J].微处理机，2015（4）：69-72.

[4] 张光南.基于嵌入式技术的货车车载终端设计[J].计算机光盘软件与应用，2014（15）：21-22.

Design of GPS positioning system based on radio frequency communication

Wang Xingjuan, Yang Kui
（Information Engineering School of Wuhan Huaxia University of Technology, Wuhan 430223, China）

The radio frequency technology and GPS positioning technology are widely used in people’s daily lives. This paper studies the design of GPS positioning system based on radio frequency communication. The research object includes the car based on STC12C5A60S2 microcontroller, GPS data acquisition and analysis, radio frequency communication. The car can pass on its own position information to the nearby car through the radio frequency module, and then feedback the information to the control center, so as to improve the management level of the control center.

GPS; positioning; radio frequency communication; STC12C5A60S2

2016年度湖北省教育厅科学研究计划指导性项目；项目名称：基于物联网+的物体状态跟踪系统设计与实现；项目编号：B2016407。

王行娟（1981— ），女，湖北武汉人，讲师，硕士；研究方向：通信与信息系统。