基于STM 32的北斗短报文转发器设计

史永祥，叶宇煌

(福州大学物理与信息工程学院,福建福州350116)

基于STM 32的北斗短报文转发器设计

史永祥，叶宇煌

(福州大学物理与信息工程学院,福建福州350116)

采用STM 32F103RBT6微处理器和北斗模块，GPRS模块，RS-232接口模块，电源模块，完成了北斗短报文转发器的设计并做出了样机，实现了基本的北斗通信，定位，授时，而且实现了北斗短报文与手机短信的互发等功能。该产品安全可靠，操作简单明了，实用性强，并已在试用阶段。

北斗短报文；SIM 900A；STM 32

“北斗”是我国自主研制的卫星导航定位系统，是服务经济建设、社会发展和公共安全的重要空间基础设施。大力推动“北斗”规模化应用，对于推动科学技术创新、促进产业结构调整、提高社会生产效率、改善人民生活质量、提升国家核心竞争力、维护国家安全等具有重要的作用。“北斗”开启了我国导航与位置服务产业的新纪元，将进一步推动我国地理信息产业的发展[1]。随着北斗产业的不断发展，越来越多的领域引进了北斗设备。与GPS设备相比，北斗的优势之一就是具备短报文通信。基于北斗卫星网络的短报文通讯方式，与手机短信的网络是完全分开的，因此北斗设备和手机端无法实现短信互发。本设备就是为了实现两者的短信互发而研发的一款产品。

1　系统结构

整个设计由ARM微处理器STM32F103RBT6，北斗模块，GPRS模块，RS-232接口模块，电源模块组成。其中，STM32F103RBT6作为主处理器负责处理数据的接收处理和转发，北斗模块包含北斗一代和北斗二代模块和北斗天线，能够实现北斗短报文，定位和授时，GPRS模块负责接收和发送短信，RS-232接口模块负责电平转换使本产品能与电脑端进行通信，电源模块能提供稳定的电压输入，使外接电源设备可以有一个宽松的电压范围选择，保护电路能够保证产品的安全可靠性，同时也起到保护产品的作用。整个系统结构图如图1所示。

图1北斗转发器结构框图

2　系统的硬件设计

2.1微控制器电路设计

STM32F103RBT6其具有杰出的功耗控制以及众多的外设，更重要的是其性价比高。配置有128K FLSSH、20K SRAM、2个SPI、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位的ADC，RTC、51个可用IO脚[2]，足够胜任本设计中的主控芯片。

系统的外部时钟源从两个地方来提供，分别是PCI4、PCI5端口接32.768kHz的晶振和10pF陶瓷电容构成RC振荡器提供低速外部时钟(LSE)，这个主要为RTC提供时钟源。OSC_IN和OSC_OUT端口接8MHZ的晶振和22pF陶瓷电容构成RC振荡器提供高速外部时钟(HSE)，这个主要是为IO口提供时钟源。

在STM32F10系列中，3种不同的启动模式可以选择通过BOOT[1:0]引脚，如表1所示。

表1 BOOT的引脚配置

如果想让STM32一按复位键就开始跑代码，则需要配置BOOT0为0，BOOT1随便设置都可以。而且因为板上使用SWD模式烧写程序，所以可以不用更改BOOT配置就能达到下载程序的目的，BOOT1和BOOT0各接100K电阻到地。SWD只需要最少2根线（SWCLK和SWDIO）就可以下载并调试代码了，这同使用串口下载代码差不多，而且速度更快，能调试，这为PCB板节约了不少空间。

2.2北斗模块电路设计

北斗模块负责北斗信号的发送和接收，其中包括了北斗一代模块，北斗二代模块和北斗三频点天线。FB3511模块是福大北斗自主研发的北斗核心模块，该模块集成了RDSS射频收发芯片、功放芯片、基带电路等。模块可选内置RNSS&GPS模块，可以实现RDSS&GPS&RNSS同时工作。该模块集成度高、功耗低、兼容接收RDSS、RNSS/GPS卫星导航信号，实现机动载体的实时高精度定位、测速等，非常适应于系统大规模应用的需求。FB0504天线是福大北斗自主研发的北斗天线，体积小，性能好，性价比高。使用FB3511模块+FB0504天线的组合能够实现北斗一代模块的收发和北斗二代模块的定位，而且整体性能优良，通信成功率高。系统设计使用北斗RDSS系统3类非加密用户卡，该类卡最快每分钟传送一次短报文，报文长度为78.5B[3]。

图2 STM32F103RBT6电路设计

DF9-25P-1V插座用于板上与福大北斗FB3511模块相连，共有25脚，这个啮合区设计成梯形结构，尽管微型尺寸，但能完美地防止误插。简单的锁定结构，保证插入和拔取的质量以及插入/拔出的手感。接头的部分避免了材料表面的直接接触，并提供了一个平滑的插入和使用感觉[4]。下面是模块引脚的定义：

（1）串口：RXD0，TXD0，RXD1，TXD1。串口分为两组，一组为北斗一代通信串口，一组为北斗二代通信串口，因为北斗一代和二代的数据格式不一样，所以分开两路便于识别和数据处理。3.3VTTL电平，默认波特率为115200。

（2）SIM卡接口：IC_SRST，IC_SD，IC_SCLK。FB3511模块自带卡槽，因此板上可以不用放置SIM卡槽。

（3）电源地接口：12V直流电压的5个引脚，5V直流电压的4个引脚，地线的7个引脚。

本设计北斗射频模块的PA供电要求在11V～13.6V之间，发射瞬间电流达到2.5 A，考虑到DF9每个引脚的额定电流为0.5A，故使用5个引脚作并联以提供足够大的电流。

（4）2个1PPS引脚。1PPS是秒脉冲引脚，外接LED灯可以检查芯片是否工作正常。

2.3 GPRS模块设计电路

GPRS模块采用SIM900A模块[5]，该模块可以实现打电话，收发短信，GPRS数据，数据透传等功能，在本设计中只使用收发短信功能，但是手机SIM卡还是要配备的。本模块供电范围3.7～4.2V，采用5V串联1N4007二极管组合供电，串口为LVTTL电平。引脚定义如图4，只用到VCC、GND、TXD、RXD 4个引脚，其余放空。

2.4电源电路设计

本产品所需的电源有：北斗射频模块的PA供电要求在11～13.6V之间，发射瞬间电流达到2.5A，约300ms；北斗模块接收电路，SIM900A模块需要5V供电，所需电流几百毫安；STM32微控制器，MAX3232模块，LED灯需要3.3V供电，所需电流很小。

TPS5450是一款DC-DC降压高输出电流PWM变换器，它集成了低阻抗的N沟道MOS管，是高性能电压误差放大器,在瞬态条件下提供了紧密的电压调节精度。它有很宽的输入电压范围，从5.5～36V都没问题，在输出12 V的时候有5 A的待载能力。因此应用到降压12 V没有问题，当然应用在降压5V上是措措有余。考虑到PA发射时12 V电路的不稳定性，本设计采用并联的方式将12和5 V DCDC电路分开来，避免影响到5 V电路的不稳定性。

TPS79333芯片是LDO3.3 V稳压芯片，比起其他DCDC-3.3 V，纹波抑制更好，外围电路更简单，更适合给芯片供电。

图3 FDBD3511模块引脚图

图4 GPRS模块引脚图

图5电源电路设计

3　系统的软件设计

本次设计用到了STM32F103RBT6全部的串口，共3个，其设计架构如图所示。外设，例如电脑，通过DB9串口与本设备硬件连接，经RS-232电平转换，与串口3相连。串口3收到数据后转呈给CPU，CPU会对报头进行判断，是否为正确的一代指令或二代指令。对不符合报头的指令进行舍弃，对于正确的指令，CPU会根据报头，如果是一代指令，会把数据传给串口1进而发给北斗一代模块进行相应的操作；如果是二代指令，会把数据传给串口2进而发给北斗二代模块进行相应操作。反之就是整个数据流向的逆过程。如果是北斗一代和北斗二代数据同时到达，CPU会对其进行管理，只有传递完一条完整的报文后才会允许有数据的穿插，如图6。

图6系统软件设计框图

北斗一代短报文转发器的PC端软件主界面如图7，页面左侧区域为系统操作北斗设备，页面右上侧为短信模块相关功能，页面下侧为显示区域，中间区域为自定义的指挥机菜单。

图7北斗一代短报文转发器的PC端软件主界面

使用集采测试软件或者其他相应的软件给转发器系统发送短报文，发送方式为混发，接收卡号为本系统搭载北斗设备安装的北斗SIM卡卡号。报文内容格式为：@手机号@短信内容。本软件系统在接收到正确的报文数据后会将该信息转发到对应的手机上。手机给本转发器系统短信模块所带的手机SIM卡发送短信，短信格式为：@北斗卡号@短信内容，本转发器系统接收到手机信息后，自动将短信转发给对应卡号的北斗终端。转发给北斗终端的速度取决于转发器套件中使用的北斗SIM卡的通信频度，如果同时收到多条转发北斗的短信，那么这些短信需通过排队的方式，根据用户卡的频度要求，逐一发送出去。

4　结论

本设计采用STM32F103RBT6微处理器和北斗模块，GPRS模块，RS-232接口模块，电源模块组成，完成了北斗一代北斗转发器的设计并做出了样品，实现了基本的北斗通信，定位，授时，而且实现了北斗短报文与手机短信的互发等功能，达到了预计的目的。该产品可靠性高，使用简单方便，具有一定的创造性和实用性，值得深入研究与推广。

［1］中国的“天眼”——北斗卫星导航系统［J］.军民两用技术与产品，2012（5）：12－16．

［2］ST Company．AN 2586 Application note［DB／OL］．http://www.st.com/st-web-ui/static/active/cn/resource/technical/ document/application_note/CD00164185.pdf[2015-1-7]

［3］姚作新．基于北斗卫星短信通信方式的无人值守自动气象站网［J］．气象科技，2012，40（3）：340－344．

［4］HRSCompany．1mm Pitch SMT b oard to b oard c onnector（Standard i nterface c onnector c ompliant with VESA FPDI－1）［DB／OL］．http://www.icpdf.com/HRS_datasheet/DF9C-9P-1V_pdf_575310/[2015-03-06]

［5］潘朝，黄佳，李平，等．基于GSM短信的智能家居控制系统的设计［J］．电子测量技术，2013，36（6）：121-124．

（责任编辑：朱联九）

Design of Transponder of BeidouSatellite SMS Based on STM 32

SHIYong-xiang,YE Yu-huang
(College of Physics and Information Engineering,FuzhouUniversity,Fuzhou 350116,China)

The STM 32F103RBT6m icroprocessor and compassmodule,GPRSmodule,RS-232 interfacemodule,powermodule are used to complete the design of transponder of Beidou Satellite SMS,and a prototype ismade.It implements Beidou communication,positioning,timing,what’smore,the Beidou shortmessage and mobile phone textmessages succeed to send each other.The product is safe,reliableand practical,operatessimply,and is currently in the trial stage.

Beidou Satellite SMS；SIM 900A；STM 32

TN 927.22

A

1673-4343（2015）06-0065-05

10．14098／j．cn35－1288／z．2015．06．014

2015-09-08

史永祥，男，福建泉州人，硕士研究生。主要研究方向：通信信息与系统。通讯作者：叶宇煌，男，福建福安人，副教授。主要研究方向：微波通信研究。