基于GPRS&GPS的防盜追蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流示意

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　3. 1 電源部分

　　系統(tǒng)采用鋰電池供電， 供電電壓為3. 6 V , 而GPRS模塊的工作電壓為4 V, 系統(tǒng)其他部分則為3. 3 V。由于采用的是電池供電， 因而在低功耗方面有嚴(yán)格的控制， 這就要求在電源管理方面必須科學(xué)管理系統(tǒng)的各部分功耗。

　　本設(shè)計(jì)采用了多個(gè)帶使能控制引腳的電源芯片， 對于不需要工作的模塊， 則用處理器關(guān)掉其供電， 只有在需要的時(shí)候， 重新打開開關(guān)， 從而做到電能的節(jié)約使用， 大大降低系統(tǒng)功耗。

　　系統(tǒng)電源部分設(shè)計(jì)如圖3 所示。GPRS、GPS 分別采用帶使能控制的電源芯片LT3125 和LP3996 進(jìn)行供電。

圖3  電源系統(tǒng)

　　正常情況下， MCU 關(guān)斷這2 個(gè)模塊的電源， 只間隔一定的時(shí)間啟動(dòng)這兩個(gè)模塊報(bào)告設(shè)備狀況。當(dāng)傳感器一旦檢測到有異動(dòng)， 處理器馬上打開這2 個(gè)模塊的供電， 使用GPS進(jìn)行位置定位， GPRS 向用戶發(fā)送設(shè)備狀況以及報(bào)警。

　　L T3125 是凌力特爾公司的一款DC-DC 電源芯片， 輸入電壓可在1. 8~ 5. 5 V, 輸出在2~ 5 V 可調(diào)， 輸出峰值電流1. 2 A, 并帶使能控制開關(guān)。此芯片剛好能滿足本系統(tǒng)的要求， 在電池低于3. 6 V, 一直到1. 8 V 也能確保GPRS 能正常工作。

　　L P3996 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款帶控制開關(guān)的LDO 芯片， 能把3. 6 V 輸入電壓轉(zhuǎn)成3. 3 V 電壓穩(wěn)定輸出， 具有低紋波特點(diǎn)， 剛好滿足GPS 模塊低紋波輸入要求。

　　3. 2 處理器與通信模塊

　　GPRS 與GPS 模塊都是通過UA RT 接口對外進(jìn)行通信， 如圖4 所示。GPRS 模塊對外的接口為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的9線U ART 接口， 其電平為2. 8 V, 而處理器的電平為3. 3V, 因此在GPRS 模塊與處理器之間需要有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換的buffer , 實(shí)現(xiàn)接口的電平匹配。系統(tǒng)采用的是IDT74FCT 3244Q8 作為電平轉(zhuǎn)換的芯片。GPS 模塊也是通過一個(gè)U ART 串行接口與單片機(jī)進(jìn)行通信， 此串行接口使用起來比較簡單， 只有收發(fā)2 根線。

圖4  GPRS、GPS 通信模塊

　　處理器采用的是ATMEL 公司的A T91SAM7S 系列的A RM7 芯片， 具有3 個(gè)U ART , 其中一個(gè)為標(biāo)準(zhǔn)的9 線串口， 8 路A D, 內(nèi)嵌512K 的Flash, 能滿足系統(tǒng)的需求。

　　GPRS 模塊則采用的是WAV ECOM 公司的Q 24PLUS 型號， 此模塊集成了T CP/ IP 協(xié)議棧， 對外的接口為一9 線標(biāo)準(zhǔn)串口， 通過此串口利用AT 指令控制模塊， 能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。支持GSM、GPRS 網(wǎng)絡(luò)， 以及4 頻段載波。GPS 模塊采用的是U blox 公司的LEA-5H 型號，支持冷熱雙啟動(dòng)模式、快速定位， 內(nèi)含RAM, 在有后備電池的情況下能保存位置信息， 實(shí)現(xiàn)快速熱啟動(dòng)。輸出的信息為國際標(biāo)準(zhǔn)的NMEA 格式的字符串， 對外接口為2 線串行接口， 用戶只需接收NMEA 字符串， 并按格式提取相應(yīng)信息即可。

　　3. 3 處理器與傳感器

　　傳感器采用的是Analog Device 生產(chǎn)的一款三維重力加速度傳感器， 其型號是ADXL335, 此傳感器能精確的實(shí)時(shí)的測量三維方向上的加速的大小， 并量化成電壓值從3個(gè)接口輸出， 用戶只需測量這3 個(gè)電壓值的大小， 并通過特定的公式計(jì)算， 從而得知3 個(gè)方向上的加速度大小。系統(tǒng)采用3 路10 位的AD 對輸出的電壓進(jìn)行采樣， 從而得到較為精確的電壓值， 并在處理器內(nèi)部通過一定的算法，把這3 個(gè)電壓值換算成加速度值， 從而判斷物體是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)的處理器為A RM7 處理器， 并采用ECOS 嵌入式操作系統(tǒng), 所有的軟件都是基于ECOS 平臺進(jìn)行開發(fā)的。系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖5 所示。最底層的是位于硬件層之上的驅(qū)動(dòng)層， 包括GPRS、GPS、傳感器， FLASH 等一些驅(qū)動(dòng)模塊； 再上一層就是操作系統(tǒng)層， 這些模塊都在ECOS 操作系統(tǒng)目錄下而被ECOS 調(diào)用； 位于操作系統(tǒng)之上的即為應(yīng)用層。應(yīng)用層包含了系統(tǒng)要求的各項(xiàng)功能： 系統(tǒng)初始化、GPS 追蹤定位、運(yùn)動(dòng)檢測、用戶命令處理等。

圖5  系統(tǒng)軟件架構(gòu)

　　4. 1 追蹤定位過程

　　一般情況下， 系統(tǒng)處于休眠模式， 并偵聽喚醒信號的到來， 一旦接收到喚醒信號， 開始檢查物體是否被移動(dòng)， 若沒有移動(dòng)， 則仍然用以前的位置信息作為現(xiàn)在的位置信息， 一旦檢測到移動(dòng)， 則馬上啟動(dòng)GPS 模塊， 實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前的位置信息， 并覆蓋以前的位置信息， GPRS 再把新獲取的位置信息報(bào)告給上位機(jī)， 實(shí)現(xiàn)位置的實(shí)時(shí)跟蹤。

　　用戶是通過GPRS 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)， 由于GPRS 不能一直處于網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)， 用戶什么時(shí)候發(fā)起通信， 這些都是未知的。因此， 系統(tǒng)必須為GPRS 模塊設(shè)置一個(gè)工作狀態(tài)， 定時(shí)的開啟GPRS, 如果檢測到有新的信息傳來， 則讓GPRS 進(jìn)入工作狀態(tài)， 接收并處理用戶發(fā)過來的命令， 如果沒有， 則繼續(xù)進(jìn)入休眠狀態(tài)。處理完命令后， 更改并保存用戶新設(shè)置的參數(shù)， 系統(tǒng)按照用戶要求進(jìn)入一個(gè)新的工作狀態(tài)。此過程的工作流程圖如圖6 所示。

圖6 GPRS 工作流程

　　4. 3 上位機(jī)部分

　　上位機(jī)主要功能是管理GPRS 終端設(shè)備， 通過T CP/IP 協(xié)議發(fā)送或接受數(shù)據(jù)包， 實(shí)現(xiàn)與終端的數(shù)據(jù)通信。上位機(jī)位于互聯(lián)網(wǎng)上， 具有獨(dú)立的IP 地址， GPRS 終端可以利用此唯一的的IP 地址尋找到上位機(jī)并發(fā)起通信。上位機(jī)開放特定的端口， 并一直對此端口進(jìn)行偵聽， 一旦收到終端發(fā)過來的請求， 便建立連接， 并開始進(jìn)行通信。

　　上位機(jī)的軟件流程如圖7 所示。

圖7 上位機(jī)流程

　　5 結(jié)束語

　　采用基于GPRS、GPS 雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的防盜追蹤系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的防盜監(jiān)控系統(tǒng)， 不但能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能， 同時(shí)還能對于被盜設(shè)備能追蹤定位， 對被盜設(shè)備的找回提供準(zhǔn)確的位置信息， 從而挽救財(cái)產(chǎn)降低損失。目前GPRS, GPS , Internet 都是應(yīng)用的十分廣泛的技術(shù)， 采用這3 種技術(shù)的結(jié)合， 無疑是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手， 發(fā)揮出更強(qiáng)大的功效。

　　市場需求也將十分巨大， 在各個(gè)行業(yè)的財(cái)產(chǎn)管理將得到充分應(yīng)用， 因而具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)： 1） 加入GPS 技術(shù)， 即使設(shè)備被盜很遠(yuǎn)， 利用GPS 定位， 亦可追回， 亡羊補(bǔ)牢； 2） 低功耗， 采用先進(jìn)的電源管理系統(tǒng)， 使功耗降到最低； 3） 兼容性好， 能應(yīng)用于不同的工作場所， 實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的防盜追蹤。