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[導讀]摘要:為克服傳統(tǒng)GPS定位系統(tǒng)在室內(nèi)或建筑物密集區(qū)存在盲點的缺陷,更好地滿足個人定位的需求,基于GPS0ne技術,提出了一種便攜式個人定位終端的設計與實現(xiàn)方案。該終端由定位單元、主控單元MCU、UIM單元、LED顯示等

摘要:為克服傳統(tǒng)GPS定位系統(tǒng)在室內(nèi)或建筑物密集區(qū)存在盲點的缺陷,更好地滿足個人定位的需求,基于GPS0ne技術,提出了一種便攜式個人定位終端的設計與實現(xiàn)方案。該終端由定位單元、主控單元MCU、UIM單元、LED顯示等模塊組成,其中定位單元使用AnyData公司的DTGS-800 GPSOne模塊,主控單元選用超低功耗的16位單片機MSP430F147,借助于AT指令與CDMA網(wǎng)絡實現(xiàn)了對個人的位置監(jiān)控、定位和報警等功能。測試結果表明,該終端的定位誤差室外小于20 m,室內(nèi)小于500 m,初始定位時間小于20s,報警信息能在1s內(nèi)傳送到CDMA網(wǎng)絡控制中心。
關鍵詞:全球定位系統(tǒng)(GPS);GPSOne;個人定位;位置監(jiān)控;CDMA

    目前集定位、監(jiān)控、報警功能于一體的個人定位系統(tǒng)多采用基于GPS/GSM(GPRS)技術。雖然全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning Sys-tem)可以提供高精度、覆蓋全球的定位,但必須保證GPS接收機和衛(wèi)星之間有直射路徑,這就使得GPS定位系統(tǒng)在建筑物密集的城區(qū)和建筑物內(nèi)部存在盲區(qū)。
    GPSOne綜合了GPS、CDMAlX(碼分多址分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡)、GIS(地理信息系統(tǒng))和互聯(lián)網(wǎng)技術,是美國高通公司為基于位置業(yè)務而開發(fā)的定位技術,采用Client/Server方式。它將無線輔助A-GPS和高級前向鏈路AFLT三角定位技術有機結合,實現(xiàn)高精度、高可用性和較高速度的定位。在A-GPS定位技術無法使用的環(huán)境中,會自動切換到AFLT三角定位技術,確保定位的成功率和精確度。這里基于GPSOne模塊DTGS-800和低功耗單片機MSP430設計并實現(xiàn)了具有定位、監(jiān)控和報警功能的個人定位終端。

1 系統(tǒng)硬件設計


    個人定位終端的硬件組成如圖1所示。為了解決GPS在室內(nèi)和高層建筑密集區(qū)難以定位的問題,選用AnyData公司的DTGS-800 GPSOne模塊;為了縮小體積、降低功耗和成本,主控單元MCU選用超低功耗的16位單片機MSP430F147,顯示器選用LED。單片機負責控制GPSOne模塊發(fā)起定位請求,接收并解析CDMA網(wǎng)絡控制中心發(fā)送的信息,獲取當前的經(jīng)、緯度及其他信息,并以短信的方式送至控制中心或操作者的手機。主控單元MCU如圖2所示。它包括MSP430F147,外接高速晶振和低速晶振,在不需要高速處理時,可將高速晶振關閉,只使用低速晶振,以降低功耗;MSP430F147有2個串行異步通信接口(USART),其中一個(DCD、CTS、DTR、RI、RFR/RTS、TXD、RXD引腳)接口連接DTGS-800的UAR-T1,另一個(URXD0、UTXDO)接口與PC機的串口相連,供系統(tǒng)調(diào)試使用。nRst、MS、TCK、TDI、TD0引腳連接JTAG插座,用于程序下載和在線調(diào)試;keyl和key2引腳分別接"Help"和預留按鍵。外接的LED DS3和LED DS4分別用指示電池電量不足和DTGS-800與MSP430之間的通信;BatTest用于檢測電池電量。


    DTGS-800模塊是定位終端的主體,其內(nèi)部集成有GPSOne器件,采用GPSOne解決方案定位;支持機卡分離RUIM,提供標準RS-232數(shù)據(jù)接口和標準的AT命令接口,為數(shù)據(jù)、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。該模塊可采用外接電源或電池供電,電池供電電壓為+4.0 V±10%,外接電源供電電壓+4.5 V±10%,外接電源還能通過模塊內(nèi)部的電源管理器件為電池充電。


    DTGS-800模塊的電路如圖3所示。其中DCD、CTS、DTR、RI、RFR/RTS、TXD、RXD引腳連接MSP430F147的UART1,是DTGS-800與MSP430F147的通信通道;UIM_DATA、UIM_CLK、UIM_PWR_EN、UIM_RESET接UIM卡(圖4);Sgl_SMS、Sgl_IDEL、Sgl_GPS、Sgl_busy、Sgl_power、Sgl_ch-arge是系統(tǒng)狀態(tài)指示信號,分別連接6個LED,用于指示新短信信號、CDMA網(wǎng)絡信號、GPS信號、CDMA網(wǎng)絡忙、系統(tǒng)上電和電池充電等狀態(tài);BatGauge接電池測試端,用于檢測電池溫度(圖5)。


    UIM卡是CDMA手機的一種智能卡,其功能類似于GSM手機中的SIM卡。它支持專用的鑒權加密算法和0TA技術(0ver The Air),可以通過無線空中接口方式對卡上的數(shù)據(jù)進行更新和管理。UIM卡固定在卡座上,通過卡座的6個引腳與外部連接,如圖4所示,其中UIM_RESET和UIM_CLK需通過100 kΩ電阻下拉,UIM_DATA需通過10 kΩ電阻上拉。
    電源Battery和Charger模塊如圖5所示。DTGS-800模塊的第88、90引腳是專用于電池供電的電源輸入引腳。若需模塊既可用外接電源又可用電池供電,可將外接電源接到第87和89引腳,電池接到第88、90引腳。此時,外接電源還能通過模塊內(nèi)部電源管理器件為電池充電。在模塊只采用電池供電的情況下,需要給該模塊一個power on信號;對該引腳進行第2次觸發(fā)時,模塊power off。

2 系統(tǒng)軟件設計
    該終端的軟件設計有主程序、按鍵檢測、電池檢測、存儲和串口通信5個模塊。圖6為主程序流程。
    主程序模塊負責其他4個模塊的初始化和數(shù)據(jù)處理與存儲。該模塊判斷接收數(shù)據(jù)的正確性,從中提取位置和其他有用信息,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分離和有效數(shù)據(jù)在片上RAM的臨時存儲,并將有用信息通過串口發(fā)送給DTGS8-800,DTGS-800再以短信的形式傳給第三方。系統(tǒng)啟動時,首先進行初始化,包括看門狗、定時器、電壓檢測模塊(含MD轉換器)、UART、按鍵檢測模塊和DTGS-800的初始化;系統(tǒng)初始化完成后,如果沒有中斷請求則進入低功耗模式,以節(jié)約電量。
    按鍵檢測模塊和電池檢測模塊都是以中斷方式執(zhí)行的。當有按鍵按下時,就會產(chǎn)生中斷,通知控制器進行掃描,判斷是哪個鍵按下,然后進行相應的處理;電池檢測模塊以一定時間間隔檢測電池電量,如果電池電量不足則通知控制器開始計數(shù),如果連續(xù)檢測到電壓過低狀態(tài)超過一定次數(shù)后,則使相應的LED閃爍,提醒用戶充電。
    如果用戶發(fā)送報警信息,即按下Help鍵,則產(chǎn)生中斷請求,執(zhí)行中斷服務子程序,系統(tǒng)退出低功耗模式,進入“HELP”狀態(tài),發(fā)起定位請求,接收并解析定位信息,將有用信息和報警信息打包后,以短信的形式發(fā)送給HelpNum指定的服務器,發(fā)送成功后,系統(tǒng)進入低功耗模式。
    如果是第三方發(fā)起定位請求,系統(tǒng)則退出低功耗模式,進入“MPC定位”狀態(tài),發(fā)起定位請求,接收并解析定位信息,將有用信息以短信的形式發(fā)送給指定手機或服務器,成功后系統(tǒng)返回低功耗模式。服務密碼及MPC的地址可通過短信以特定的格式遠程設置。

3 系統(tǒng)測試
    通過在不同環(huán)境下的綜合測試,結果表明:該系統(tǒng)具有以下功能:1)進行MPC第三方定位(即網(wǎng)絡側發(fā)起定位);2)直接控制終端進行主動定位(即終端側發(fā)起定位);3)支持單次定位和連續(xù)定位;4)支持MS-Based和MS-Assist定位模式;5)能遠程設置各種參數(shù);6)具有緊急報警、越區(qū)報警和超速報警等功能。
    系統(tǒng)初始定位時間在20 S內(nèi),室內(nèi)定位誤差在500 m內(nèi),室外定位誤差在20 m內(nèi);報警信息能在1 s內(nèi)傳到控制中心,出界、超速、電池電量過低等報警靈敏度高,系統(tǒng)可連續(xù)工作24 h,待機72 h,運行穩(wěn)定可靠,可以滿足個人定位系統(tǒng)基本的功能需求。

4 結束語
    本文基于GPSOne模塊DTGS-800和低功耗單片機MSP430F147,設計并實現(xiàn)了一個集個人定位、監(jiān)控和報警于一體的個人定位終端,解決了在室內(nèi)、隧道等場合GPS無法定位的問題。由于采用低功耗處理器,使整個系統(tǒng)功耗降到最低。能夠長期待機工作,為用戶帶來了極大方便,具有較高的實用價值。但由于系統(tǒng)使用CDMA網(wǎng)絡的短消息信道傳輸信息,實時性還不夠理想。為了提高系統(tǒng)的實時性,可考慮改用GPSOne模塊內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議來進行信息傳輸。

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