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采用GPSOne技术的个人定位终端系统电路设计

作者:时间:2017-10-31来源:网络

  目前集定位、监控、报警功能于一体的个人定位系统多采用基于/GSM(GPRS)技术。虽然全球定位系统(Global PosiTIoning Sys-tem)可以提供高精度、覆盖全球的定位,但必须保证接收机和卫星之间有直射路径,这就使得GPS定位系统在建筑物密集的城区和建筑物内部存在盲区。GPSOne综合了GPS、CDMAlX(码分多址分组数据交换网络)、GIS(地理信息系统)和互联网技术,是美国高通公司为基于位置业务而开发的定位技术,采用Client/Server方式。它将无线辅助A-GPS和高级前向链路AFLT三角定位技术有机结合,实现高精度、高可用性和较高速度的定位。在A-GPS定位技术无法使用的环境中,会自动切换到AFLT三角定位技术,确保定位的成功率和精确度。这里基于GPSOne模块DTGS-800和低功耗MSP430设计并实现了具有定位、监控和报警功能的个人定位终端。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/369407.htm

  为了解决GPS在室内和高层建筑密集区难以定位的问题,选用DTGS-800 GPSOne模块;为了缩小体积、降低功耗和成本,主控单元MCU选用超低功耗的16位MSP430F147,显示器选用LED。负责控制 GPSOne模块发起定位请求,接收并解析CDMA网络控制中心发送的信息,获取当前的经、纬度及其他信息,并以短信的方式送至控制中心或操作者的手机。主控单元MCU如图2所示。它包括MSP430F147,外接高速晶振和低速晶振,在不需要高速处理时,可将高速晶振关闭,只使用低速晶振,以降低功耗;MSP430F147有2个串行异步通信接口(USART),其中一个(DCD、CTS、DTR、RI、RFR/RTS、TXD、RXD引脚)接口连接DTGS-800的UAR-T1,另一个(URXD0、UTXDO)接口与PC机的串口相连,供系统调试使用。nRst、MS、TCK、TDI、TD0 引脚连接JTAG插座,用于程序下载和在线调试;keyl和key2引脚分别接“Help”和预留按键。外接的LED DS3和LED DS4分别用指示电池电量不足和DTGS-800与MSP430之间的通信;BatTest用于检测电池电量。

  

  DTGS-800模块是定位终端的主体,其内部集成有GPSOne器件,采用GPSOne解决方案定位;支持机卡分离RUIM,提供标准RS-232数据接口和标准的AT命令接口,为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输。该模块可采用外接电源或电池供电,电池供电电压为+4.0 V±10%,外接电源供电电压+4.5 V±10%,外接电源还能通过模块内部的电源管理器件为电池充电。

  

  DTGS-800模块的电路如图3所示。其中DCD、CTS、DTR、RI、RFR/RTS、TXD、RXD引脚连接MSP430F147的UART1,是DTGS-800与MSP430F147的通信通道;UIM_DATA、UIM_CLK、UIM_PWR_EN、UIM_RESET接UIM卡;Sgl_SMS、Sgl_IDEL、Sgl_GPS、Sgl_busy、Sgl_Power、Sgl_ch-arge是系统状态指示信号,分别连接 6个LED,用于指示新短信信号、CDMA网络信号、GPS信号、CDMA网络忙、系统上电和电池充电等状态;BatGauge接电池测试端,用于检测电池温度。UIM卡是CDMA手机的一种智能卡,其功能类似于GSM手机中的SIM卡。它支持专用的鉴权加密算法和0TA技术(0ver The Air),可以通过无线空中接口方式对卡上的数据进行更新和管理。UIM卡固定在卡座上,通过卡座的6个引脚与外部连接,如图4所示,其中 UIM_RESET和UIM_CLK需通过100 kΩ电阻下拉,UIM_DATA需通过10 kΩ电阻上拉。

  电源模块电路设计

  电源Battery和Charger模块如图5所示。DTGS-800模块的第88、90引脚是专用于电池供电的电源输入引脚。若需模块既可用外接电源又可用电池供电,可将外接电源接到第87和89引脚,电池接到第88、90引脚。此时,外接电源还能通过模块内部电源管理器件为电池充电。在模块只采用电池供电的情况下,需要给该模块一个power on信号;对该引脚进行第2次触发时,模块power off。该终端的软件设计有主程序、按键检测、电池检测、存储和串口通信5个模块。 

  主程序模块负责其他4个模块的初始化和数据处理与存储。该模块判断接收数据的正确性,从中提取位置和其他有用信息,实现数据的分离和有效数据在片上RAM 的临时存储,并将有用信息通过串口发送给DTGS8-800,DTGS-800再以短信的形式传给第三方。系统启动时,首先进行初始化,包括看门狗、定时器、电压检测模块(含MD转换器)、UART、按键检测模块和DTGS-800的初始化;系统初始化完成后,如果没有中断请求则进入低功耗模式,以节约电量。按键检测模块和电池检测模块都是以中断方式执行的。当有按键按下时,就会产生中断,通知控制器进行扫描,判断是哪个键按下,然后进行相应的处理;电池检测模块以一定时间间隔检测电池电量,如果电池电量不足则通知控制器开始计数,如果连续检测到电压过低状态超过一定次数后,则使相应的LED闪烁,提醒用户充电。

  如果用户发送报警信息,即按下Help键,则产生中断请求,执行中断服务子程序,系统退出低功耗模式,进入“HELP”状态,发起定位请求,接收并解析定位信息,将有用信息和报警信息打包后,以短信的形式发送给HelpNum指定的服务器,发送成功后,系统进入低功耗模式。如果是第三方发起定位请求,系统则退出低功耗模式,进入“MPC定位”状态,发起定位请求,接收并解析定位信息,将有用信息以短信的形式发送给指定手机或服务器,成功后系统返回低功耗模式。服务密码及MPC的地址可通过短信以特定的格式远程设置。

  本文基于GPSOne模块DTGS-800和低功耗单片机MSP430F147,设计并实现了一个集个人定位、监控和报警于一体的个人定位终端,解决了在室内、隧道等场合GPS无法定位的问题。由于采用低功耗处理器,使整个系统功耗降到最低。能够长期待机工作,为用户带来了极大方便,具有较高的实用价值。但由于系统使用CDMA网络的短消息信道传输信息,实时性还不够理想。为了提高系统的实时性,可考虑改用GPSOne模块内置的TCP/IP协议来进行信息传输。



关键词: 单片机 智能硬件 GPS

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