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[導(dǎo)讀]本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)電子巡查系統(tǒng)(圖1)智能終端兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié):GPS信息獲取以及空間位置信息、總臺(tái)命令的無線交互傳輸?! ∠到y(tǒng)設(shè)計(jì)  以往的保安巡查沒有太多設(shè)備,人均一個(gè)對(duì)講機(jī),一條警棍。隨著GPS的出現(xiàn),基站即

本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)電子巡查系統(tǒng)(圖1)智能終端兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié):GPS信息獲取以及空間位置信息、總臺(tái)命令的無線交互傳輸。

  系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  以往的保安巡查沒有太多設(shè)備,人均一個(gè)對(duì)講機(jī),一條警棍。隨著GPS的出現(xiàn),基站即總臺(tái)對(duì)每個(gè)保安的地理位置信息的掌握成為可能。即每個(gè)保安配備一套GPS定位設(shè)備,以及一套將自身位置信息發(fā)送給總臺(tái)的無線收發(fā)設(shè)備。由于給每個(gè)保安重新配備一套設(shè)備成本高昂,而且淘汰已有的對(duì)講機(jī)不夠現(xiàn)實(shí),于是,將對(duì)講機(jī)作為已有的信道載體,便一舉兩得,只須對(duì)舊的對(duì)講機(jī)作局部電路的調(diào)整修改,就能既方便又實(shí)際地構(gòu)筑前所未有的安全體系。

  

 

  圖1 電子巡查系統(tǒng)應(yīng)用

  利用主板與各個(gè)功能模塊的結(jié)合組成移動(dòng)智能終端。它包括MCU即單片機(jī)AT89S52、GPS接收模塊、模擬調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882、液晶顯示模塊LCD1602、語音合成芯片XF1M01,見圖2。

  移動(dòng)智能終端完成正向GPS數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送,以及反向?qū)偱_(tái)命令進(jìn)行接收、識(shí)別、執(zhí)行。

  其中GPS模塊一秒鐘輸出一次GPS信息,MCU將其收錄,并在顯示模塊上顯示自身經(jīng)緯度和時(shí)間日期。然后通過調(diào)制解調(diào)芯片將數(shù)據(jù)加載到對(duì)講機(jī)然后無線傳輸給總臺(tái),完成正向任務(wù)。

  

 

  圖2 智能終端結(jié)構(gòu)

  接著會(huì)有大約半秒種時(shí)間段等待總臺(tái)命令,若收到總臺(tái)的命令,即根據(jù)數(shù)據(jù)幀判斷命令類型,提取相應(yīng)數(shù)據(jù),經(jīng)MCU處理后執(zhí)行相應(yīng)的顯示操作和語音提示操作,完成反向任務(wù)。

  當(dāng)終端接收到目標(biāo)命令信息并處理執(zhí)行后,重新發(fā)送回總臺(tái)時(shí)前導(dǎo)碼改變以表示命令接收成功,使總臺(tái)作出相應(yīng)處理。例如前導(dǎo)碼可以從“start”變成“start1”。

  和以往功能單一,界面欠缺人性化的便攜式設(shè)備相比,這個(gè)GPS數(shù)據(jù)采集處理傳輸一體化智能終端有了功能的擴(kuò)展。首先,每個(gè)保安可以在LCD顯示屏上看到自己的所在經(jīng)緯度、時(shí)間日期等信息,給保安一個(gè)直觀,清晰的地理位置感。另外,可以實(shí)時(shí)接收來自總臺(tái)的命令信息,經(jīng)MCU處理后,將總臺(tái)派遣前往的地點(diǎn)經(jīng)緯度現(xiàn)實(shí)在LCD屏幕與自身位置加以對(duì)比,實(shí)現(xiàn)信息的透明化。另一個(gè)改進(jìn)是語音提示智能化以及角度偏置的計(jì)算,通過接收總臺(tái)發(fā)出的目標(biāo)派遣地點(diǎn)經(jīng)緯度,與自身位置比較后,明確清晰地提示保安該往什么方向走多遠(yuǎn)。系統(tǒng)終端采用51系列的單片機(jī)作MCU。用調(diào)制解調(diào)芯片把信號(hào)加載到對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)無線傳輸代替獨(dú)立的無線通信模塊。液晶屏選取簡(jiǎn)單易用的LCD1602。方案大大降低成本,而且穩(wěn)定可靠。

  系統(tǒng)必須制定一個(gè)合理的流程(圖3)以便充分發(fā)揮MCU對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸?shù)裙δ堋?/p>

  為了使系統(tǒng)工作盡量的穩(wěn)定,功能盡量的多(上行下行都有各自的處理執(zhí)行時(shí)間),以及數(shù)據(jù)更新盡量的快(GPS數(shù)據(jù)一秒一幀,系統(tǒng)處理不夠用可將其改成兩秒一幀),系統(tǒng)必須制定一個(gè)合理的時(shí)序以便統(tǒng)一分配時(shí)間。

  

圖3 終端工作流程

 

  MCU控制各個(gè)功能模塊工作可參考圖4的時(shí)間安排。

  

 

  圖4 終端MCU控制時(shí)序分配

  如圖4所示,在1秒時(shí)隙內(nèi),先接收GPS信號(hào)(圖中GPS表示),經(jīng)采集后再發(fā)送給調(diào)制芯片(圖中Send_data),然后控制LCD顯示(圖中LCD),顯示完畢后開始等待接收總臺(tái)命令信號(hào),等待直至下一秒的到來,相隔大約0.6秒。若下一秒到來前沒有命令信號(hào)則轉(zhuǎn)入下一個(gè)循環(huán);若下一秒到來前有接收到命令信號(hào)則進(jìn)入接收程序(圖中Receive_data),經(jīng)過短暫的數(shù)據(jù)處理時(shí)間段(圖中process)后再啟動(dòng)顯示(圖中LCD2),然后驅(qū)動(dòng)語言芯片發(fā)音(圖中Speak)。成功收到命令信息后,下一周期的“Send_data”將改變前導(dǎo)碼以反饋給總臺(tái)。

  硬件電路設(shè)計(jì)

  

 

  圖5 智能終端整體硬件電路

  MCU

  本設(shè)計(jì)采用AT89S52作為MCU,其中P0口與P1口的2,3,4控制LCD1602;P1口的5,6,7作為同步串口控制調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882;串口的RX接收GPS數(shù)據(jù),TX發(fā)送語音數(shù)據(jù)(見圖5)。

  GPS模塊

  設(shè)計(jì)采用u-blox公司的GPS接收模塊nr-86,該模塊體積小重量輕,集成高靈敏度、低功耗的NemeriX芯片方案于設(shè)計(jì)中。本模塊能快速定位,1Hz導(dǎo)航更新頻率,并可以對(duì)16顆衛(wèi)星進(jìn)行同時(shí)跟蹤。支持WGS-84的數(shù)據(jù)協(xié)議。它接口簡(jiǎn)單,TTL電平串口輸出NMEA-0183格式的數(shù)據(jù),只須連接模塊的TX端與51單片機(jī)的RX端,另外單片機(jī)P1.0與模塊的RESET端相連,以控制模塊復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用NMEA默認(rèn)格式中的$GPRMC協(xié)議,是由于該協(xié)議精簡(jiǎn),信息覆蓋面廣,數(shù)據(jù)容易被單片機(jī)采集處理。

  調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882

  在設(shè)計(jì)時(shí),89S52單片機(jī)通過同步串口與該芯片相連,然后由芯片把信號(hào)調(diào)制到模擬信道,再將信號(hào)加載到對(duì)講機(jī)(PTT)上,由對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)無線傳輸。單片機(jī)CLK引腳的輸入時(shí)鐘周期應(yīng)在0.42μs到1.35μs范圍內(nèi),通過可調(diào)電阻調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)輸入到電臺(tái)的幅值。信號(hào)一路經(jīng)信號(hào)限幅后送入MSM6882的AI引腳,另外一路經(jīng)放大、檢波、幅值比較后送入單片機(jī),以作為載波檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到該信號(hào)時(shí),可以采取延時(shí)發(fā)送的方式來避免同頻干擾和信道阻塞。

  語音合成芯片XF1M01

  語音合成芯片XF1M01通過異步串口接收待合成的文本,它內(nèi)含GB-2312漢字字庫,外接單支三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,即可實(shí)現(xiàn)文本到聲音(TTS)的轉(zhuǎn)換,設(shè)計(jì)中音頻輸出通過功放再送給揚(yáng)聲器,以獲得較大音量,適應(yīng)戶外環(huán)境。只須送給它漢字的內(nèi)碼(即16位二進(jìn)制字符),即可讀出一字,多送多讀,因此對(duì)存放空間的要求要低,適合電子巡查系統(tǒng)的應(yīng)用。芯片空閑時(shí)Ready端輸出低電平,因此將其連至單片機(jī)P3.2,單片機(jī)即可掃描該引腳,當(dāng)芯片空閑時(shí)就通過異步串口給它發(fā)送數(shù)據(jù)。傳輸波特率由Baud_0、Baud_1兩個(gè)引腳決定,設(shè)計(jì)中采用的是9600bps。單片機(jī)的P1.1與芯片RESET端相連以控制芯片復(fù)位。

  結(jié)語

  設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式智能移動(dòng)定位終端,經(jīng)過實(shí)物調(diào)試成功。巧妙利用低成本硬件實(shí)現(xiàn)了GPS的信號(hào)采集、處理、傳輸?shù)鹊墓δ?。設(shè)計(jì)通過低成本的設(shè)備改良制作出了智能移動(dòng)終端,實(shí)現(xiàn)總臺(tái)對(duì)保安位置等信息的掌握,監(jiān)控。本設(shè)計(jì)巧妙地運(yùn)用原有對(duì)講機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字通信媒介,使得成本更低應(yīng)用更方便。另外語音合成文本芯片的運(yùn)用簡(jiǎn)化了硬件的開發(fā)。

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