Начинаем работу с сотовым модулем MC60 от Quectel

11 мая 2017

Новый сотовый модуль MC60 производства компании Quectel с приемником GPS-GNSS поддерживает технологию открытого ПО OpenCPU, то есть на базе него, источника питания и GPS- и GNSS-антенн можно построить полноценный трекер для отслеживания координат транспортного средства. Как это сделать, описано в предлагаемой статье.

Компания Quectel Wireless Solutions в 2016 году выпустила новый сотовый модуль MC60, внешний вид которого приведен на рисунке 1, а основные особенности перечислены ниже:

• 4-диапазонный GSM-GPRS-модуль 850/900/1800/1900 МГц;
• подключение двух SIM-карт в режиме Dual SIM Single Standby;
• встроенный интерфейс Bluetooth версии 3.0;
• встроенный приемник GPS-GNSS (GPS/GLONASS/QZSS);
• поддержка технологии OpenCPU;
• размеры 18,7х16,0х2,1 мм.

Рис. 1. Внешний вид сотового модуля MC60 производства Quectel Wireless Solutions

Наличие в составе модуля приемника GPS-GNSS и поддержка технологии OpenCPU позволяют создавать простые устройства определения географических координат точки, в которой находится модуль MC60. То есть, можно создать, например, трекер, в котором будут только источник питания, модуль и две антенны, GSM и GNSS. Программа такого трекера пишется на языке Си и использует API OpenCPU модуля. Рассмотрим простой пример такой программы – «GPS-to-SMS». Эта программа была написана в учебных целях и может быть отнесена к примерам типа «Hello, World!». Она работает следующим образом: после подачи питания на модуль и его регистрации в сотовой сети программа включает приемник GPS-GNSS и далее ожидает поступления SMS на номер SIM-карты в модуле. После получения SMS программа сравнивает номер ее отправителя с номером, заданным в программе, и, при их совпадении, считывает с приемника GPS-GNSS строку с NMEA RMC-сообщением и отправляет ее в ответной SMS. Если номер не совпадает, то ответная SMS не отправляется, а просто продолжается цикл ожидания.

Текст программы:

//07.10.2016 BVV
//GPS to SMS primer
//Программа ожидает SMS с заданного номера и отсылает ответ со строкой NMEA RMC.

#include "ril.h"
#include "ril_util.h"
#include "ril_sms.h"
#include "ril_system.h"
#include "ril_gps.h"
#include "ql_stdlib.h"
#include "ql_error.h"
#include "ql_trace.h"
#include "ql_system.h"
#include "ql_memory.h"
#include "ql_type.h"

//Номер телефона, с которого должна прийти SMS

char strPhoneNumber[] = "+7xxxxxxxxxx";

//Функция, вызываемая при получении новой SMS

static void Hdlr_RecvNewSMS(u32 nIndex)
{
    u32 uMsgRef = 0;
    ST_RIL_SMS_TextInfo *pTextInfo = NULL;
    ST_RIL_SMS_DeliverParam *pDeliverTextInfo = NULL;
    char aPhNum[RIL_SMS_PHONE_NUMBER_MAX_LEN] = {0,};
    pTextInfo = Ql_MEM_Alloc(sizeof(ST_RIL_SMS_TextInfo));
    Ql_memset(pTextInfo, 0x00, sizeof(ST_RIL_SMS_TextInfo));
    RIL_SMS_ReadSMS_Text(nIndex, LIB_SMS_CHARSET_GSM, pTextInfo);
    pDeliverTextInfo = &
    ((pTextInfo-> param).deliverParam);
    Ql_strcpy(aPhNum, pDeliverTextInfo-> oa);
    Ql_MEM_Free(pTextInfo);

//Отправка SMS, если номер отправителя из пришедшей SMS совпадает с номером в программе

    if (Ql_strstr(aPhNum, strPhoneNumber))

    {
        u8 rdBuff[160]; // буфер для GPS
        u8 sendBuff[160]; // буфер для текста отправляемой SMS
        char item[]= "RMC"; // из GPS будет прочитана строка: +QGNSSRD: $GNRMC...
        Ql_memset(rdBuff, 0, sizeof(rdBuff)); // заполнение буфера GPS нулями
        Ql_memset(sendBuff, 0, sizeof(sendBuff)); // заполнение буфера SMS нулями
        RIL_GPS_Read(item, rdBuff); // чтение из GPS

// Копирование GPS NMEA RMC строки в текст SMS, кроме символов "\r\n+QGNSSRD: $"
        Ql_strncpy(sendBuff, rdBuff+13, sizeof(sendBuff));

// Отправка SMS
        Ql_Debug_Trace("Sending SMS with the text:\r\n");
        Ql_Debug_Trace("%s\r\n", sendBuff);
        RIL_SMS_SendSMS_Text(aPhNum, Ql_strlen(aPhNum), LIB_SMS_CHARSET_GSM, 
(u8*)sendBuff, Ql_strlen(sendBuff), & uMsgRef);
    }

    else // Входящая СМС пришла с неизвестного номера
    {
        Ql_Debug_Trace ("Received SMS came from unknown phone number: %s\r\n", aPhNum);
    }
    return;
}

//Главная функция программы

void proc_main_task(s32 iTaskID)
{
    ST_MSG taskMsg;
    Ql_Debug_Trace("MC60 OpenCPU GPS-to-SMS primer\r\n");
    Ql_Debug_Trace("Waiting for incoming SMS...\r\n");
    while (TRUE)
    {
        Ql_memset(& taskMsg, 0x0, sizeof(ST_MSG));
        Ql_OS_GetMessage(& taskMsg);
        switch (taskMsg.message)
        {
        case MSG_ID_RIL_READY:
        {

            Ql_RIL_Initialize();

// Включение питания GPS
            RIL_GPS_Open(1);
            break;
        }

        case MSG_ID_URC_INDICATION:
            switch (taskMsg.param1)
            {
            case URC_SYS_INIT_STATE_IND:
            {

                if (SYS_STATE_SMSOK == taskMsg.param2)
// Получено "SMS Ready" – модуль готов к работе
                {
                    RIL_SMS_DeleteSMS(0, RIL_SMS_DEL_ALL_MSG);
                }
                break;
            }

            case URC_NEW_SMS_IND: 
            
            // Получена новая SMS

            {
                Ql_Debug_Trace("New SMS received!\r\n");
                Hdlr_RecvNewSMS(taskMsg.param2);
                RIL_SMS_DeleteSMS(0, RIL_SMS_DEL_ALL_MSG);
                break;
            }
            default:
                break;
            }

            break;
        default:
            break;
        }
    }
}

Вначале, как обычно, подключаются необходимые заголовочные файлы. Файлы ril.h и ril_xxx.h, относятся к модулю Quectel OpenCPU RIL (Radio Interface Layer). Функции, реализованные в этом модуле – выполнение AT-команд, первичная обработка URC (Unsolicited Result Code), прием и отправка SMS, управление GPS-GNSS-приемником и другие. Особенностью модуля RIL является то, что он имеет открытый исходный код и позволяет пользователю добавлять собственные программные функции. Подключаемые файлы ql_stdlib.h и ql_trace.h необходимы для вывода отладочной информации в DEBUG UART-порт. Файл ql_error.h содержит все коды ошибок, возвращаемых API-функциями OpenCPU, а файл ql_system.h необходим для организации главного цикла программы.

В символьном массиве strPhoneNumber[] должен быть записан номер телефона, с которого будут отправляться входящие SMS.

Функция Hdlr_RecvNewSMS(u32 nIndex) вызывается при получении новой SMS, параметр nIndex передает в функцию порядковый номер принятой SMS. Содержимое принятой SMS cчитывается RIL-функцией RIL_SMS_ReadSMS_Text в переменную с указателем pTextInfo. Текст SMS никак не анализируется, из нее только извлекается номер отправителя в переменную aPhNum. Далее функция Ql_strstr(aPhNum, strPhoneNumber) производит сравнение телефонных номеров, и если они совпадают, то будет выполнена отправка SMS с NMEA RMC-строкой. Если номера не совпадают – SMS отправлена не будет, а в отладочный порт будет выведено сообщение о недопустимом номере: Ql_Debug_Trace(«Received SMS came from unknown phone number: %s\r\n», aPhNum).

Если будет осуществлена отправка SMS, то сначала производится считывание строки из приемника GPS-GNSS, для этого вызывается функция RIL_GPS_Read(item, rdBuff). Передаваемый параметр item определяет тип читаемой NMEA-строки, а rdBuff является указателем на буфер, в который будет помещена строка. Если параметру item присвоить значение «ALL», то будет считан целый кадр NMEA-сообщения. Для MC60 это:

+QGNSSRD: $GNRMC,060654.000,A,5543.5146,N,03739.1604,E,0.00,35.05,050916,,,D*40

$GNVTG,35.05,T,,M,0.00,N,0.00,K,D*15

$GNGGA,060654.000,5543.5146,N,03739.1604,E,2,17,0.66,145.6,M,14.4,M,,*7D

$GPGSA,A,3,29,02,32,19,31,25,06,24,14,12,,,0.95,0.66,0.67*0C

$GLGSA,A,3,77,78,70,88,87,86,71,,,,,,0.95,0.66,0.67*1C

$GPGSV,3,1,12,12,78,128,35,25,60,288,41,02,56,120,21,06,40,061,30*78

$GPGSV,3,2,12,29,30,242,36,49,20,217,35,24,19,182,22,14,17,300,24*7C

$GPGSV,3,3,12,31,16,322,16,19,15,065,24,32,10,273,31,03,03,001,16*70

$GLGSV,3,1,10,87,82,057,24,77,59,174,38,78,55,311,21,88,43,224,45*6F

$GLGSV,3,2,10,86,23,046,18,70,17,012,21,79,14,325,,71,10,061,17*69

$GLGSV,3,3,10,76,10,155,,69,03,321,*69

$GNGLL,5543.5146,N,03739.1604,E,060654.000,A,D*4F

Чтобы не усложнять программу, в ней не производится никакой обработки NMEA-сообщений, а просто читается одна строка, и ее содержимое передается в отправляемую SMS. Для этого параметру item присваивается значение «RMC».

Вот пример RMC-строки, которая читается из приемника, если сигнал со спутников еще не захвачен:

+QGNSSRD: $GNRMC,000100.710,V,,,,,0.00,0.00,010104,,,N*50

Если захвачен сигнал только с одного спутника или с нескольких, но координаты еще не определены:

+QGNSSRD: $GNRMC,053816.304,V,,,,,0.40,309.55,050916,,,N*58

А такая строка выдается, если сигнал захвачен и координаты определены:

+QGNSSRD: $GNRMC,065536.000,A,5543.5135,N,03739.1593,E,0.00,357.42,280916,,,A*75

RMC означает минимальный рекомендованный набор данных GPS, он содержит UTC-время определения координат (065536.000), признак их валидности (A – валидны, V – невалидны), сами координаты (5543.5135,N,03739.1593,E), скорость (0.00) и направление движения (357.42), а также дату (280916). Параметр, который стоит непосредственно перед символом «*», показывает режим определения координат:

• «A» – автономный режим;
• «D» – дифференциальный режим;
• «N» – недостоверные данные.

Символ «*» означает конец данных, а «75» – это контрольная сумма. В начале и конце строки передаются еще символы «\r\n», то есть перевод строки и новая строка.

После того как строка RMC прочитана, она копируется в буфер текста отправляемой SMS: Ql_strncpy(sendBuff,rdBuff+13,sizeof(sendBuff)). Для уменьшения размера SMS начальные символы «\r\n+QGNSSRD: $» в буфер отправки не копируются, для этого к начальному значению адреса буфера RMC прибавляется число 13. Отправка SMS производится вызовом функции RIL_SMS_SendSMS_Text. В DEBUG-порт выводится сообщение об отправке и текст отправляемой SMS. Для этого два раза вызывается функция Ql_Debug_Trace.

Главная функция программы, proc_main_task(s32 iTaskID)

В начале главной функции в DEBUG-порт выводятся строки, свидетельствующие о старте программы, и создается структура taskMsg, в которую будут передаваться системные сообщения по мере их возникновения. Далее организуется цикл выборки сообщений и их обработка. Здесь можно отметить, что Quectel OpenCPU является многозадачной системой реального времени, в которой может исполняться одна главная задача и до 10 субзадач. Для каждой задачи в программе должна быть создана своя структура типа ST_MSG и организован свой цикл выборки сообщений. Программа «GPS-to-SMS» – однозадачная, и в ней только один такой цикл. В самом начале цикла производится обнуление всех полей стандартной структуры ST_MSG, а затем вызывается функция, осуществляющая выборку (считывание) сообщения из очереди сообщений: Ql_OS_GetMessage(&taskMsg).

Первым в цикле проверяется сообщение о готовности модуля RIL, это MSG_ID_RIL_READY. Если такое сообщение появилось, то вызывается функция инициализации модуля – Ql_RIL_Initialize(). Только после инициализации RIL программа может использовать RIL API-функции, и в данном случае программа вызывает функцию RIL_GPS_Open(1), которая включает питание GPS-GNSS-приемника.

Далее в цикле проверяется системное сообщение MSG_ID_URC_INDICATION, оно появляется при получении URC. Если имеется такое системное сообщение, далее тестируется поле param1 структуры taskMsg, которое определяет тип полученного URC. В модуле MC60 может быть множество URC-сообщений. Те из них, которые обрабатываются модулем RIL, перечислены в файле ril.h. В поле param2 структуры taskMsg содержатся дополнительные параметры для пришедшего URC. В цикле нашей программы проверяется приход только двух типов URC, это URC_SYS_INIT_STATE_IND и URC_NEW_SMS_IND.

URC-сообщение URC_SYS_INIT_STATE_IND генерируется в момент инициализации MC60 при его включении или перезагрузке. Если при этом параметр param2 структуры taskMsg равен SYS_STATE_SMSOK, это означает, что модуль MC60 зарегистрировался в сети и готов к приему и отправке SMS. Для исключения ситуации с переполнением памяти SMS в программе вызывается функция удаления всех SMS, принятых ранее: RIL_SMS_DeleteSMS.

URC-сообщение URC_NEW_SMS_IND генерируется при получении новой SMS. Параметр param2 структуры taskMsg при этом содержит номер (индекс) принятой SMS, по которому производится ее чтение. Программа вызывает функцию-обработчик Hdlr_RecvNewSMS(taskMsg.param2), которая выполняет все необходимые действия – читает пришедшую SMS, читает RMC-строку из приемника GPS-GNSS и отправляет ответ. После возврата из функции-обработчика опять же вызывается функция удаления SMS.

Примечания

Впрограмме никак не обрабатываются коды ошибок, которые возвращают почти все API-функции OpenCPU. Это сделано для упрощения программы и уменьшения ее текста. В программе не используются режимы энергосбережения приемника GPS-GNSS и трансивера GSM, и средний ток потребления достигает 95 мА при проверке с использованием фирменного отладочного комплекта Quectel GSMEVB-KIT и активной антенны GPS-GLONASS из Quectel MC60-TE-A Kit.