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[導(dǎo)讀]本文研制了一套通信線路巡檢監(jiān)管系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)線路巡護(hù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)掌握每條線路巡護(hù)出勤率、工作量,并發(fā)現(xiàn)線路巡護(hù)過程中存在的各種問題。

隨著光纖通信傳輸網(wǎng)的延伸以及通信維護(hù)任務(wù)的增加,為加強(qiáng)通信線路的維護(hù),并及時(shí)發(fā)現(xiàn)維護(hù)過程中存在的各種問題,迫切需要開發(fā)一套成本低廉、適合通信總站通信線路維護(hù)任務(wù)、實(shí)用性強(qiáng)的巡護(hù)監(jiān)管系統(tǒng)。對(duì)于在通信線路維護(hù)中存在維護(hù)人員分散、線路分布地域廣、管理部門難以掌握線路巡護(hù)情況,某些單位存在線路巡護(hù)不及時(shí)、不到位、缺少有效的監(jiān)管手段的實(shí)際情況。為徹底解決線路維護(hù)管理這一難題,本文研制了一套通信線路巡檢監(jiān)管系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)線路巡護(hù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)掌握每條線路巡護(hù)出勤率、工作量,并發(fā)現(xiàn)線路巡護(hù)過程中存在的各種問題。

本文中的硬件設(shè)備采用嵌入式開發(fā)設(shè)計(jì),MCU采用MSP430F149芯片進(jìn)行系統(tǒng)控制,并預(yù)設(shè)JTAG接口這種簡單方便的程序下載方式,以便對(duì)終端設(shè)備功能進(jìn)行完善和修改。GPS模塊采用德國FALCOM公司的JP13模塊,定位速度快、性能穩(wěn)定、信息準(zhǔn)確、功耗低。GSM短信息模塊采用明基公司的BENQ-M32模塊,具有體積小,信號(hào)穩(wěn)定、支持900/1,800MHz雙頻、接通率高、信號(hào)質(zhì)量好等特點(diǎn)。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作使用和維護(hù)方便,并且集成度高、能耗低、體積小、便于攜帶。

功能實(shí)現(xiàn)

1. GPS定位信息采集通信的實(shí)現(xiàn)

使用單片機(jī)的串口與GPS模塊的通信口相連,系統(tǒng)上電后,對(duì)MCU進(jìn)行初始化,開始串口工作、設(shè)置波特率,使MCU與GPS模塊建立通信連接,當(dāng)GPS模塊接收到定位信息數(shù)據(jù)后,以全報(bào)文的方式發(fā)送給MCU。數(shù)據(jù)是實(shí)時(shí)的,因此MCU可根據(jù)接收的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的時(shí)間和定位情況。

2. GSM短信息收發(fā)通信的實(shí)現(xiàn)

使用AT指令集對(duì)GSM模塊進(jìn)行初始化,實(shí)時(shí)接收控制中心發(fā)送的設(shè)置信息和查詢信息,通過設(shè)定的通信協(xié)議來修改終端設(shè)備的各項(xiàng)保密設(shè)置,并查詢終端的當(dāng)前位置和當(dāng)前狀態(tài)。

3. 手持設(shè)備的操作和顯示

本文設(shè)計(jì)的手持終端采用簡潔、易懂、便于使用的按鍵和顯示器??梢酝ㄟ^簡單的按鍵操作和易懂的顯示方法對(duì)手持終端進(jìn)行操作,查詢當(dāng)前的位置信息、已發(fā)送和未發(fā)送信息,還可以隨時(shí)發(fā)送當(dāng)前的位置信息給控制中心。

4. 存儲(chǔ)功能的實(shí)現(xiàn)

可以存儲(chǔ)200條已讀和未讀短信息,IIC總線控制,擦出重寫次數(shù)為十萬次。

硬件電路實(shí)現(xiàn)

如圖1中的電路設(shè)計(jì)框圖所示,手持終端設(shè)備主要由MSP430F149 FLASH型單片機(jī)、GPS模塊(JP13)、短信收發(fā)控制模塊(BENQ-M32)、FLASH存儲(chǔ)器、LCD顯示器及天線等部分組成。

1. MSP430F149單片機(jī)及其主要功能

本系統(tǒng)采用的MSP430F149單片機(jī)是德州儀器公司(TI)的MSP430F14x系列,這是一款超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機(jī)。它采用“馮-紐曼”結(jié)構(gòu),RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個(gè)地址空間內(nèi),兩通道串行通信接口可用于異步或同步(UART/SPI)模式。它具有豐富的片內(nèi)外圍,是F14x系列中功能最強(qiáng)大的一款,非常適合于構(gòu)成一個(gè)全功能的便攜式單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。該器件在本系統(tǒng)中的作用主要包括:管理控制整機(jī)工作,對(duì)各模塊進(jìn)行上電自檢,處理鍵盤輸入,液晶板的字符顯示,指示燈的狀態(tài)顯示,按鍵提示音的生成,控制GSM、GPS模塊的協(xié)調(diào)工作,根據(jù)操作完成定位信息的編碼發(fā)送等等。上電啟動(dòng)過程如圖2所示。

上電開機(jī)時(shí)首先對(duì)BENQ-M32模塊、LCD顯示器、JP13模塊進(jìn)行初始化。預(yù)置英文字符及漢字字符信息,發(fā)送數(shù)據(jù)給LCD顯示器,顯示開機(jī)信息。發(fā)送指令給BENQ-M32模塊檢測(cè)SIM卡,檢測(cè)GSM信號(hào)強(qiáng)度。由JP13獲取GPS定位信息,并將信息格式輸出至LCD上顯示。當(dāng)上述檢測(cè)完成后,終端自動(dòng)發(fā)送一個(gè)開機(jī)信息給信息中心,告知中心該終端已登錄系統(tǒng)。

當(dāng)檢測(cè)到無SIM卡時(shí),顯示錯(cuò)誤信息后程序中斷,終端不再工作;若SIM卡檢測(cè)正常,則繼續(xù)執(zhí)行。

終端工作方式有自動(dòng)定時(shí)上報(bào)位置信息和手動(dòng)上報(bào)兩種工作方式,當(dāng)系統(tǒng)中心以GSM短信的形式發(fā)送給終端“自動(dòng)發(fā)信”指令時(shí),BENQ-M32在接收到信息后,將該信息傳送至MSP430F149單片機(jī),單片機(jī)進(jìn)行處理后獲得自動(dòng)發(fā)送間隔時(shí)間(發(fā)送間隔時(shí)間取值范圍為0~255分鐘,“0”表示終端手動(dòng)發(fā)送),此時(shí)終端進(jìn)入自動(dòng)發(fā)送狀態(tài)。MSP430F149單片機(jī)將終端號(hào)、信息內(nèi)容、經(jīng)緯度坐標(biāo)和發(fā)送時(shí)間格式轉(zhuǎn)化成字符串,再將字符串傳送至BENQ-M32,以短信的形式發(fā)送給系統(tǒng)中心。

2. GPS定位信息的采集及處理

GPS模塊采用德國FALCOM公司GPS模組JP13,它采用了美國SiRF公司Star III芯片組,具有如下優(yōu)點(diǎn):定位精度高:定位誤差小于10m;定位速度快:冷啟動(dòng)時(shí)間小于30s;超高靈敏度:靈敏度達(dá)-159dbm;功耗低:工作電壓+3.3V DC,功耗105mw。JP13獲得定位數(shù)據(jù)后通過串口輸出至單片機(jī),通信波特率為115200,輸出數(shù)據(jù)格式是NMEA-0183。

GPS坐標(biāo)的提取過程:接收機(jī)只要處于工作狀態(tài)就會(huì)源源不斷地將接收并計(jì)算出的GPS導(dǎo)航定位信息傳送至單片機(jī)UART串行接口。在未經(jīng)過分類提取之前,這些信息是無法加以利用的。與其它通信協(xié)議類似,對(duì)GPS進(jìn)行信息提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu),然后才能根據(jù)結(jié)構(gòu)完成對(duì)各個(gè)定位信息的提取。發(fā)送至單片機(jī)的數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成,根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同,幀頭也不相同,主要有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”以及“$GPRMC”等。這些幀頭標(biāo)識(shí)了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu),各種幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識(shí)一幀的結(jié)束。本文所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)是經(jīng)緯度、速度、時(shí)間等信息,這些信息均可以從“$GPRMC”幀中獲得。

其它幾種幀格式則沒有使用,雖然接收機(jī)在不斷向單片機(jī)發(fā)送各種數(shù)據(jù)幀,但在處理時(shí)可以先通過對(duì)幀頭的判斷而僅對(duì)“$GPRMC”幀進(jìn)行數(shù)據(jù)提取,從中提取出所關(guān)心的時(shí)間(日期和時(shí)間)和地理坐標(biāo)(經(jīng)、緯度)信息進(jìn)行處理。

從GPS接收機(jī)中獲得的時(shí)間信息為格林尼治時(shí)間,因此需要在獲取時(shí)間上加8小時(shí)才為中國標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。而且GPS使用的WGS-84坐標(biāo)系也與中國采用的坐標(biāo)系不同,在使用過程中也需要對(duì)此進(jìn)行變換。

3. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)

由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全中國范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游,用戶無需另外組網(wǎng),因而在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時(shí)節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費(fèi)用、設(shè)備成本和維護(hù)費(fèi)用。同時(shí),GSM網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的數(shù)量也沒有限制,克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護(hù)費(fèi)用高,且網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和用戶數(shù)量受限的缺陷。與傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)相比在網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢(shì),再加上GSM的短信息服務(wù)(Short Message Service, SMS)本身具備無線雙向數(shù)據(jù)傳輸功能,性能穩(wěn)定,為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個(gè)強(qiáng)大的支持平臺(tái)。因此,我們?cè)谛畔鬏斨胁捎昧薌SM的SMS平臺(tái)。

在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中我們選用的短信收發(fā)模塊是臺(tái)灣明基公司的BENQ-M32模塊,采用內(nèi)置天線,支持900/1,800MHz雙頻,其主要功能是完成短信息的收、發(fā),進(jìn)行SIM卡檢測(cè),將收到的信息傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理,并將單片機(jī)傳送來的信息發(fā)送出去。單片機(jī)通過UART串行接口直接向GSM模塊發(fā)出AT命令,從而可以方便地實(shí)現(xiàn)基于GSM的短信息的收發(fā)、查找和管理。

4. 對(duì)GSM無信號(hào)情況的處理

由于通信線路中可能存在手機(jī)信號(hào)無法覆蓋的情況,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了信息自動(dòng)存儲(chǔ)功能。當(dāng)無GSM信號(hào)時(shí),終端會(huì)自動(dòng)將待發(fā)送的信息存儲(chǔ)在AT24C64存儲(chǔ)器中,等待有GSM信號(hào)時(shí)再自動(dòng)發(fā)送。

5. 各信號(hào)指示燈的控制和含義

在正常狀態(tài)下3個(gè)指示燈的作用分別是:LED1為GPS狀態(tài)指示,當(dāng)獲取GPS信號(hào)時(shí)此信號(hào)燈閃爍,正常工作時(shí)不亮,此信號(hào)燈的控制由MSP430F149單片機(jī)完成,P54輸出脈沖,使得LED閃爍;LED2燈為GSM信號(hào)指示,當(dāng)無信號(hào)時(shí)無顯示,信號(hào)正常時(shí)閃爍,此信號(hào)的控制由短信模塊通過P46腳輸出來完成;LED3為充電指示燈,充電過程中此燈亮,充電完成后燈自動(dòng)熄滅。

6.硬件原理圖

該手持終端設(shè)備(圖3)由電池供電,電池輸出電壓為4.2V,系統(tǒng)配備了充電器。GPS模塊和MCU的工作電壓是3.3V,由S818將4.2V電壓降到3.3V的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓。

本文小結(jié)

本文設(shè)計(jì)的手持終端由GPS接收模塊、GSM射頻收/發(fā)模塊、單片機(jī)控制單元三大部分組成。監(jiān)控中心由電子地圖系統(tǒng)、資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息接收單元及數(shù)據(jù)處理部分組成。傳輸網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)有的中國移動(dòng)或中國聯(lián)通的GSM短信數(shù)據(jù)平臺(tái)SMS實(shí)現(xiàn)信息傳輸。

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