基于GPS9808的智能定位系統(tǒng)設(shè)計方案
摘要： 提出了一種以O(shè)EM模塊GPS9808和MSP430F169單片機為核心器件的智能定位系統(tǒng)的設(shè)計方案。同時介紹了GPS9808和MSP430F169的主要功能及特點， 給出了由GPS9808和MSP430F169單片機、GSM短消息模塊TC35i所組成的物體智能定位系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)方法。經(jīng)過測試， 該系統(tǒng)的性能得到驗證， 也取得了良好的效果。
0 引言
在移動物體監(jiān)控系統(tǒng)中， 通常需要將移動物體的定位數(shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)通信平臺回傳到監(jiān)控中心。常用的無線數(shù)據(jù)通信平臺分為公網(wǎng)和專網(wǎng)兩大類。其中公網(wǎng)指的是GPRS、CDPD、GSM等無線數(shù)據(jù)網(wǎng)； 專網(wǎng)則是指為監(jiān)控系統(tǒng)專門建立的無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。采用公網(wǎng)的無線監(jiān)控系統(tǒng)一般具有投資小、覆蓋面大、系統(tǒng)維護量小等優(yōu)點， 但其實時性較差， 不能進行GPS差分定位。而用GPS等專網(wǎng)系統(tǒng)不但可對目標進行監(jiān)控， 而且可采用時分復(fù)用方式進行數(shù)據(jù)傳輸，同時， GPS等專網(wǎng)系統(tǒng)還可充分利用無線頻率資源， 而且其傳輸速度快、實時性好， 并可進行GPS差分定位， 定位精度很高。因此， 專網(wǎng)的GPS移動物體監(jiān)控系統(tǒng)尤其適合于軍事以及公安、消防、公交、金融運鈔等對實時性要求較高的場合。
GPS等專網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)傳終端在系統(tǒng)中的主要作用是實現(xiàn)GPS差分定位與無線通信。本文將介紹Leadtek公司的OEM模塊GPS9808在智能定位系統(tǒng)中的應(yīng)用。該定位系統(tǒng)采用超低功耗MSP430單片機與GSM通訊模塊TC35i結(jié)合， 并具有功耗低， 體積小， 便于隱蔽安裝， 同時又可滿足用戶在很遠距離也能及時掌握監(jiān)控物體狀況等多功能的需要。
1 定位系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
該智能定位系統(tǒng)采用GPS9808模塊來搜索物體的位置、速度等狀態(tài)信息， 通過MSP430F169單片機來處理這些信息和檢測物體中安裝的傳感器狀態(tài)， 并利用GSM模塊TC35i和用戶建立通訊和控制聯(lián)系。圖1所示是本智能定位系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)組成圖。該系統(tǒng)包括GPS定位模塊、CPU控制模塊、通訊模塊、傳感器檢測模塊、聲光告警模塊、電源管理模塊等， 具有體積小， 功耗低，功能多等特點， 是一種性價比較高的智能定位系統(tǒng)。
圖1 智能定位系統(tǒng)的硬件框圖
本系統(tǒng)中的GSM通信模塊采用SIENENS的TC35i。TC35i是SIEMENS公司專為GSM通信設(shè)計的專用模塊， 具有語音、數(shù)據(jù)、傳真和點對點短信功能， 可工作于EGSM 900和GSM 1800頻段，其重量僅10 g， 可在3.5～4.8 V的電壓范圍內(nèi)正常工作， 并可輸入8～20 V/500 mA的直流電。該模塊內(nèi)部有自動充電控制電路， 通信速率為19.2kbps； 光報警電路采用ISD4004集成語音芯片和發(fā)光LED， 同時結(jié)合驅(qū)動和功放電路來實現(xiàn)， 因而可方便地實現(xiàn)語音錄放和燈光閃爍， 用于給監(jiān)控系統(tǒng)進行安全提示和報警； 傳感器檢測電路用來實現(xiàn)對物體信號的檢測， 同時按指令進行電源控制； 電源管理電路主要由LP3966和TC1017完成， 這兩款電源管理芯片可分別提供3.6 V和3.3V的供電電壓， 他們在節(jié)能關(guān)斷模式下的電流都僅為0.05 μA左右， 使用備用電池供電即可滿足系統(tǒng)長期需要， 故可有效防止人為對物體電源的破壞， 提高系統(tǒng)的安全系數(shù)。
2 主要器件選擇
2.1 MSP430F169的主要特點
MSP430F169 是一種采用16-Bit RISC 架構(gòu)，最高運算速度可達8MIPS 的單芯片微控制器， 是專為低功耗應(yīng)用需求而設(shè)計的一種微控制器?？蓮V泛應(yīng)用在要求待機時間超常的便攜式產(chǎn)品和系統(tǒng)中。
MSP430F169有五種省電工作模式， 從LPM3待機模式（消耗2.6 μA@Vcc=3） 恢復(fù)到正常工作模式（消耗500 μA@Vcc = 3， 1 MIPS ） 時， 其喚醒時間小于6 μs， 而且允許雙外部工作頻率輸入， 內(nèi)部還整合了多款低功耗外圍模塊。
MSP430F169的主要特點如下：
◇ 內(nèi)含60 kB+256 Byte的低電壓Flash模塊，可用于存儲控制器的程序代碼和數(shù)據(jù)。其中2 kB隨機存取內(nèi)存（RAM） 可在LPM4待機模式下儲存在RAM內(nèi)的數(shù)據(jù)；
◇ 內(nèi)建一組基本RC振蕩頻率DCO， 當(dāng)外部供應(yīng)芯片的電源電壓為3.6 V時， 其最大工作頻率為8 MHz， 并允許兩個獨立的外部工作頻率輸入，同時也可串接一組外接低/高頻振蕩源；
◇ 計時模塊可提供一組看門狗定時器， 并可由其將系統(tǒng)重置在一組基本定時器、兩組完整功能的16位定時器， 具有上數(shù)、上下數(shù)、連續(xù)、暫停計時等模式可選；
◇ 內(nèi)含12位8通道連續(xù)逼近式（SAR） 模數(shù)轉(zhuǎn)換器， 最大轉(zhuǎn)換速度可達200 kHz， 同時內(nèi)建1.5 V和2.5 V的參考電壓和取樣保持電路， 并具有自動掃瞄功能；
◇ 具有2組12位數(shù)模轉(zhuǎn)換電壓輸出， 兩組D/A可由程控同步輸出；
◇ 內(nèi)有一組模擬電壓比較器， 可直接將輸出信號提供給計時模塊， 以便其抓?。?/font>
◇ 可提供兩組USART， 可做為異步、同步傳輸（支持SPI 3Pin、4Pin傳輸） 以及I2C接口；
◇ 內(nèi)含硬件乘法器， 使用時， 只需將操作數(shù)放到特定緩存器內(nèi)， 就可在下一個機器周期將結(jié)果取回， 而且運算過程不需處理器的參與?？蛇M行無符號（+、-號） 相乘、有符號相乘、無符號相乘累加、有符號相乘累加等四種模式的運算；
◇ 具有3個內(nèi)部DMA控制器， 可方便地將數(shù)據(jù)在兩個內(nèi)存地址之間移動。
2.2 GPS9808的功能與特點
GPS9808是Leadtek （麗臺） 公司推出的一款功能強大、性能卓越的OEM模塊。GPS 9808在保持以前OEM 模塊優(yōu)點的基礎(chǔ)上， 又進行了改良，是具有結(jié)構(gòu)小巧、性能優(yōu)良等特點的低功耗12通道模塊。它的熱啟動時間小于8 s， 重捕時間小于0.1 s； 定位精度在差分模式（DGPS） 下小于5 m；接口采用串行TTL電平， 數(shù)據(jù)格式可支持標準的NMEA-0183， SiRF二進制協(xié)議。該模塊的外部射頻金屬保護， 可保證在嘈雜環(huán)境下保證最佳性能。GPS 9808的外形尺寸為24×20×2.6 mm， 功耗僅為215 mW， 非常適合在對功耗、體積要求較高的系統(tǒng)中應(yīng)用。GPS9808的引腳排列如圖2所示， 各引腳的功能如表1所列。
圖2 GPS9808的引腳排列圖
表1 GPS9808的引腳功能描述
3 MSP430F169和GPS9808的接口電路
本系統(tǒng)的CPU采用超低功耗16位處理器MSP430F169， 采用1.8～3.6 V低電壓供電， RAM數(shù)據(jù)保持方式下， 其耗電僅0.2 μA， 活動模式耗電330 μA /MIPS， 在8MHz晶振工作時， 其指令速度可達8 MIPS， 同時具有強大的處理能力。圖3所示是MSP430F169單片機和GPS9808的接口電路。
圖3 GPS9808與MSP430F169的接口電路圖
4 軟件協(xié)議實現(xiàn)
GPS9808與單片機的通訊協(xié)議采用模塊支持的NMEA-0183通訊協(xié)議， 該協(xié)議能提供GGA、GSA、GSV、RMC、VTG、GLL等多種可選格式。
在和GPS通訊時， 考慮到實際需要和功耗等問題，系統(tǒng)可每5 s更新一次經(jīng)緯度和時間數(shù)據(jù)。本設(shè)計選擇模塊默認的輸出RMC數(shù)據(jù)格式， 在和衛(wèi)星的通訊正常時， 其接收到的數(shù)據(jù)格式如下：
$GPRMC， 204700， A， 3403.868， N，11709.432， W， 001.9， 336.9， 170698， 013.6， E*6E用戶與定位系統(tǒng)間的通訊協(xié)議主要用于提供控制物體狀態(tài)以及查詢物體位置信息等功能， 本系統(tǒng)需要GPS9808提供的數(shù)據(jù)功能主要有： 物體定位信息查詢、物體正常區(qū)域范圍設(shè)置、物體跟蹤設(shè)置等。因此， 一般不需要NMEA 0183通訊協(xié)議所能提供的全部信息， 而只需要從中挑選出本設(shè)計用得著的時間、經(jīng)緯度、速度等數(shù)據(jù)位信息。
整個定位系統(tǒng)的軟件采用C語言實現(xiàn)， 由于功能較多， 協(xié)議非常復(fù)雜， 本文僅給出需要GPS9808數(shù)據(jù)位較多的物體定位信息， 本系統(tǒng)的發(fā)送協(xié)議的數(shù)據(jù)格式如表2所列。
表2 定位信息的發(fā)送數(shù)據(jù)格式(定位系統(tǒng)—>用戶）
5 結(jié)束語
本文闡述了Leadtek公司的定位模塊GPS9808應(yīng)用于物體智能防盜系統(tǒng)的方法和實現(xiàn)。拓寬了物體防盜系統(tǒng)設(shè)計的新思路， 采用它所設(shè)計的新型智能定位系統(tǒng)不僅具有技術(shù)先進、方便、功能強大等特點， 而且具有低功耗、體積小便于隱蔽安裝、采用獨立電源系統(tǒng)不易破壞、用戶可遠程控制物體狀態(tài)等獨特優(yōu)點。是目前一種非常實用的智能型物體防盜系統(tǒng)， 其可靠的性能經(jīng)過測試和實際應(yīng)用， 取得了良好的效果。
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