Air530W+EC801E 双模组驱动开发

  最近刚完成GPS+GPRS组合模块的驱动开发，主要是完成GPS定位数据的采集、解析，以及GPRS网络通信、数据远程上报的功能，属于物联网终端设备里很经典的定位+无线传输组合。

硬件选型

主控芯片：stm32f103c8t6
GPS模组：Air530W——国产高性能定位模组，支持GPS、北斗多卫星系统，体积小、功耗低、搜星快，自带NMEA-0183协议输出。
通信模组：EC801E——移远Cat.1通信模组，兼容GPRS网络，相比传统2G模组网速更快、稳定性更强，支持AT指令控制。

Air530W GPS模组驱动开发

Air530W的驱动开发核心是串口通信和NMEA协议解析，模组出厂配置友好，基础调试难度不高，重点在于数据滤波和有效定位判断。
Air530W上电后，会自动输出NMEA-0183标准报文，不需要额外发送指令触发，日常开发中重点解析两条核心报文即可：

• $GNGGA：定位信息报文，包含经纬度、卫星数量、定位状态、海拔高度等核心数据；
• $GNRMC：推荐定位信息，包含定位有效性、时间、速度、方向等参数，判断定位是否有效更便捷。

我这边由于只需要经纬度信息，所以只需要RMC信息即可。格式和说明如下：


  一开始我是根据位置有效标志是‘A’还是‘V’来判断当前定位是否有效，但是后面有一次查看服务器上传的数据一直提示数据无效，后面查看完整报文才发现虽然该位是‘V’但是经纬度还是正确，于是后面改变逻辑，通过判断该位的下一个字段是否有数据来断定定位是否成功，一般只要该位有数据就差不多是正确的。

while (1)
{
    AIR530W_ReadData(gps_data, &gps_data_len);
    // 先判断有没有数据
    if (gps_data_len > 0)
    {
       gnrmc = (char *)gps_data;
       // // 判断是否是GNRMC数据
       gnrmc = strstr((char *)gps_data, "$GNRMC");
       float lat = 0.0f;
       // 判断是否成功读取 1 个浮点数
       int res = sscanf((char *)gnrmc, "$GNRMC,%*[^,],%*[^,],%f", &lat);
       // 判断规则：必须成功读到纬度，且纬度数值合法（GPS纬度不会为0）
       if (res == 1 && lat > 0.0f)
       {
           // 有效数据
           printf("GPS data is valid!\r\n");
           break;
       }
       else
       {
           printf("GPS data is invalid!\r\n");
           // 无效数据 上报错误
           char error_msg[64];
           sprintf(error_msg, "Invalid GPS data: %s", "ERROR");
            EC801E_SendJSONData(CLIENT_IDX, 0, 0, 0, gprsParameter.subscribeTopic, strlen(error_msg), (uint8_t *)error_msg);
            }
        }
        Delay_s(1);
}

    // 已经获取到数据 开始解析 只需要从$GNRMC开头到*结尾的数据
    char gnrmc_data[128] = {0};
    sscanf((char *)gnrmc, "%[^*]*", gnrmc_data);

    // $GNRMC,064805.000,A,3043.24334,N,11119.93843,E,0.000,120.813,250326,,,A,S*03
    // 提取经纬度 转为十进制度格式
    uint8_t time[7];
    uint8_t date[7];
    sscanf(
        (char *)gnrmc,
        "$GNRMC,%6c%*7c%f,%c,%f,%c,%f,%*f,%6c",
        time,
        &uploadData.lat,
        uploadData.latDir,
        &uploadData.lon,
        uploadData.lonDir,
        &uploadData.speed,
        date);

    time[6] = '\0';
    date[6] = '\0';

    //  转为十进制度
    uploadData.lat =
        (int)(uploadData.lat / 100) +
        (uploadData.lat - (int)(uploadData.lat / 100) * 100) / 60;

    uploadData.lon =
        (int)(uploadData.lon / 100) +
        (uploadData.lon - (int)(uploadData.lon / 100) * 100) / 60;

    // 将转换后的经纬度信息赋值回去gnrmc_data
    sprintf(gnrmc_data, "$GNRMC,%s,A,%.5f,%c,%.5f,%c,%.3f,%s",
            time,
            uploadData.lat,
            uploadData.latDir[0],
            uploadData.lon,
            uploadData.lonDir[0],
            uploadData.speed,
            date);
    
    // 已经获取到数据 通过gprs发送数据
    EC801E_SendJSONData(CLIENT_IDX, 0, 0, 0, gprsParameter.subscribeTopic, strlen((char *)gnrmc_data),(uint8_t *)gnrmc_data);

定位调试技巧

  因为卫星信号很微弱，调试时一定要在室外开阔地带无树木高楼遮挡，天线这边我选择的是有源陶瓷天线，调试的时候一定要把陶瓷面向上，并且人手不要触摸，最好站在离设备半米外的地方，等待5-10分钟设备自动搜星。由于我一开始不知道这些小细节，导致我测试的时候耽误了很长时间，甚至一度怀疑设备出问题了...最后通过查阅资料手册才得知这些。

EC801E通信模组驱动开发

  EC801E属于AT指令类模组，驱动核心是AT指令收发、网络注册和协议通信，相比GPS模组，需要配置的参数更多，容错机制也更重要。
我采用的是MQTT协议来进行通信，根据官网的示例手册，通信协议如下：

这里需要注意的是，发送数据的时候，需要等待模块返回‘>’，然后在发送要发的数据即可。
另外还有数据长度一定要和数据匹配，多出的数据就自动丢弃，但是如果数据不够会一直阻塞，等待继续发送数据。

// 发送发布命令
    sprintf((char *)cmd, "AT+QMTPUBEX=%d,%d,%d,%d,\"%s\",%d\r\n", client_idx, msgID, qos, retain, topic, dataLen);
    Serial2_SendData((uint8_t *)cmd, strlen((char *)cmd));
    printf("Send CMD: %s", cmd);

    // 等待 ">" 提示符
    uint32_t wait_cnt = 0;
    while (strstr((char *)EC801E_Buffer, ">") == NULL)
    {
        uint16_t len = Serial2_GetRxData(EC801E_Buffer + EC801E_RxLen, EC801E_BUFFER_SIZE - EC801E_RxLen);
        EC801E_RxLen += len;
        wait_cnt++;
        if (wait_cnt >= 20) // 等待最多10秒
        {
            printf("Wait > TIMEOUT\r\n");
            printf("Buffer: %.*s\r\n", EC801E_RxLen, EC801E_Buffer);
            return GPRS_TIMEOUT;
        }
        Delay_ms(500);
    }

扩展功能

  由于不想每次上电都自动配置GPRS的参数，但是板上又没有设计别的存储芯片，于是考虑存储到单片机的flash里面，上电读取标志位判断是否已经存在配置，否则就提示用户配置，完成之后就存储到flash里面了。

// Flash存储结构体
typedef struct {
    uint32_t magic;              // 魔术数字标志
    GPRS_Parameter params;       // GPRS参数
    uint16_t checksum;           // 数据校验和
} FlashStorageType;
/**
 * @brief 检查Flash中是否已保存有效的参数
 * @return 1-有有效参数，0-无有效参数
 */
uint8_t FlashStorage_HasSavedParams(void);

/**
 * @brief 从Flash读取参数
 * @param params 指向存储参数的结构体指针
 * @return 0-成功，-1-失败
 */
int8_t FlashStorage_ReadParams(GPRS_Parameter *params);

/**
 * @brief 将参数写入Flash
 * @param params 指向要保存的参数结构体指针
 * @return 0-成功，-1-失败
 */
int8_t FlashStorage_WriteParams(const GPRS_Parameter *params);

/**
 * @brief 清除Flash中存储的参数
 * @return 0-成功，-1-失败
 */
int8_t FlashStorage_ClearParams(void);

在主函数里面

// 检查Flash中是否已保存有效的参数
    if (FlashStorage_HasSavedParams())
    {
        if (FlashStorage_ReadParams(&gprsParameter) == 0)
        {
            printf("Auto initializing GPRS with saved params...\r\n");
            if (EC801E_Init(CLIENT_IDX) == GPRS_OK)
            {
                printf("GPRS initialized successfully!\r\n");
            }
            else
            {
                printf("GPRS initialization failed!\r\n");
            }
        }
        else
        {
            printf("Failed to load params from Flash, waiting for manual configuration...\r\n");
        }
    }
    else
    {
        printf("No saved params found, waiting for configuration...\r\n");
    }

总结

  做完这次双模组驱动开发，最深的感触就是：嵌入式驱动开发，硬件永远比软件更重要，八成以上的问题都出在硬件接线、供电、干扰上，软件逻辑反而不难，只要耐心调试，都能解决。
首先，模块化编程、分层设计很重要。把GPS驱动、通信驱动分开封装，底层串口操作、协议解析、业务逻辑分离，后期维护、修改、移植都很方便，哪怕更换模组，只需要修改底层接口，不用改动上层业务代码。
其次，调试要循序渐进。先单独调通GPS模组，确认定位数据无误；再单独调试EC801E，保证联网、上传正常；最后再进行双模组联调，一步步排查问题，不要一开始就全量运行，出问题很难定位根源。
另外，稳定性永远比功能更重要。物联网设备大多是长时间离线运行，容错机制、重连机制、异常复位逻辑一定要做足，不能只实现基础功能就不管稳定性，不然设备投用后会频繁出故障。