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(duì)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)[!--empirenews.page--]

　　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(cè)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(guó)國(guó)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(duì)外進(jìn)行通信， 如圖4 所示。GPRS 模塊對(duì)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(jiǎn)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(hào)， 此模塊集成了T CP/ IP 協(xié)議棧， 對(duì)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(hào)，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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的NMEA 格式的字符串， 對(duì)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(hào)是ADXL335, 此傳感器能精確的實(shí)時(shí)的測(cè)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(cè)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(duì)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(tái)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(cè)、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(hào)的到來， 一旦接收到喚醒信號(hào)， 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(cè)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。[!--empirenews.page--]

　　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(cè)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(duì)此端口進(jìn)行偵聽， 一旦收到終端發(fā)過來的請(qǐng)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(duì)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(duì)于被盜設(shè)備能追蹤定位， 對(duì)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(chǎng)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(chǎng)所， 實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的防盜追蹤。