基于GPSOne的貴重物品跟蹤系統(tǒng)終端設(shè)計(jì)

整個(gè)定位系統(tǒng)的工作方式如下：將DTGS-800模塊、行程開(kāi)關(guān)、天線和其他輔助電路封裝成一個(gè)獨(dú)立單元制成定位終端，固定在存放物品集裝箱的開(kāi)箱口。運(yùn)輸過(guò)程中，當(dāng)集裝箱密封完好并正常運(yùn)輸時(shí)，此定位終端可以定時(shí)向監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送經(jīng)緯度、時(shí)間等信息；而當(dāng)集裝箱被非正常開(kāi)啟時(shí)會(huì)觸及行程開(kāi)關(guān)，該定位終端可及時(shí)向監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送報(bào)警信息和定位信息。物流公司通過(guò)監(jiān)控平臺(tái)接收這些信息并結(jié)合物流調(diào)度表，分析事發(fā)時(shí)的物流情況，即可判斷是否發(fā)生異常，并及時(shí)作出處理，從而實(shí)現(xiàn)物流過(guò)程跟蹤、防盜、查詢和管理等實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

定位終端硬件總體框圖如圖2所示。

2．1 系統(tǒng)組成

整個(gè)定位終端系統(tǒng)包括電源和電池供電模塊、MCU模塊及外圍電路、DTGS-800模塊及外圍電路。由一片單片機(jī)來(lái)控制具有定位功能的DTGS-800，它們之間的通信是通過(guò)串口來(lái)完成的。由于所選單片機(jī)和DTGS-800的工作電平都在各自的工作電平范圍之內(nèi)，所以可以直接互連，無(wú)需額外的電平變換電路。DTGS-800采用機(jī)卡分離技術(shù)，提供與R-UIM卡的連接接口。

2．2 系統(tǒng)各模塊設(shè)計(jì)

2．2．1 電源和電池供電模塊

電源供電部分包括兩部分：專(zhuān)門(mén)的電池供電和汽車(chē)電源供電。整個(gè)終端系統(tǒng)使用的是專(zhuān)門(mén)的電池供電，在運(yùn)輸行程較長(zhǎng)而導(dǎo)致電池供電不足時(shí)，系統(tǒng)電壓檢測(cè)電路會(huì)發(fā)出報(bào)警，這時(shí)可以轉(zhuǎn)換成由汽車(chē)電源對(duì)其進(jìn)行供電。下面從兩個(gè)方面介紹電源部分。

專(zhuān)門(mén)的電池供電。DTGS-800供電有兩種方法：電池供電(VBATT_INT引腳輸入)和外部供電(VEXT_DC引腳輸入)。當(dāng)用電池供電時(shí)，要求供電電壓VBATT_INT范圍為+4．O V±10%。因此選用的是容量為10Ah、輸出電壓為3．7 V的鋰聚合物電池。由于選擇的單片機(jī)是3．3 V供電，故電池在向單片機(jī)供電時(shí)需加一片LDO(低壓差線性穩(wěn)壓器)芯片MIC5219，其最小壓差可以達(dá)到0．3 V，滿足設(shè)計(jì)要求。

汽車(chē)電源供電。目前汽車(chē)用的電池多為鉛酸蓄電池，小型汽車(chē)用電池一般為12 V，大中型汽車(chē)(柴油發(fā)動(dòng)機(jī))為24 V。DTGS-800啟動(dòng)時(shí)首先要初始化系統(tǒng)和尋找網(wǎng)絡(luò)，功耗較高，約300～500 mA，穩(wěn)定下來(lái)后最高功耗(打電話或者上網(wǎng)、定位的情況下)大約在300 mA。設(shè)計(jì)時(shí)要留有余量，因此供電電源要求在外部供電(VEXT_DC)的情況下能有4．5～5 V、1 A的穩(wěn)定直流供電，最高不能超過(guò)5．5 V。考慮到壓差較大，且要求輸出電流大于1 A，選用的是輸出電壓為5 V、輸出電流最大為3 A的DC-DC(開(kāi)關(guān)電源)芯片LM2576-5。與LDO壓差較大時(shí)功耗高且轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn)相比，DC-DC電源芯片具有較高的轉(zhuǎn)換效率，且在壓差較大時(shí)保證功耗不會(huì)太大。電源及電池供電模塊電路如圖3所示。

2．2．2 MCU模塊及外圍電路

MCU選用的是宏晶科技公司的STC12LE5410AD，其工作電壓為3．3 V，便于在所選定的系統(tǒng)電源下工作。這是一款帶A／D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)芯片，具有超強(qiáng)抗干擾的特性，并且具有超低的功耗，正常工作時(shí)電流僅為4～7mA，空閑時(shí)電流1 mA。它的工作周期僅為一個(gè)時(shí)鐘周期，可以大大降低使用的晶振頻率，從而降低EMI(Elec-tromagnetic InteRFerence，電磁干擾)。STC12LE5410AD具有引腳少、體積小、價(jià)格低、使用方便等特點(diǎn)，可降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。

MCU外圍電路包括晶振電路、復(fù)位電路、開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路和電壓測(cè)量部分。開(kāi)關(guān)檢測(cè)電路用來(lái)檢測(cè)行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，電壓測(cè)量部分利用單片機(jī)的A／D轉(zhuǎn)換功能是來(lái)測(cè)量DTGS-800供電的電池電壓，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓不足時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警，此時(shí)需將供電部分轉(zhuǎn)換到汽車(chē)電源上。MCU及外圍模塊電路如圖4所示。

2．2．3 DTGS-800模塊及外圍電路

CDMA模塊選用的是美國(guó)高通公司帶有GPSOne定位功能的集成MSM6050芯片組的DTGS-800。此模塊接口共有100個(gè)引腳，可提供電話、短信、音頻、傳真、定位、上網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，還提供多種用戶接口，如串口、鍵盤(pán)及LCD等接口，用戶可方便地根據(jù)需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

DTGS-800與單片機(jī)接口使用的是3線(TXD，RXD，GND)串口，利用AT指令可以實(shí)現(xiàn)打電話、發(fā)短信及定位等功能，但是在上網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要接串口的流控信號(hào)(如RTS、CTS及DTR等)。RTS為請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)；CTS為清除發(fā)送信號(hào)，起流控作用；DTR為數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好信號(hào)，用來(lái)指示上網(wǎng)時(shí)數(shù)據(jù)連接的有效性，系統(tǒng)中使用單片機(jī)的一個(gè)I／O口來(lái)控制。當(dāng)DTR=1時(shí)，表示允許數(shù)據(jù)連接。此時(shí)單片機(jī)向DTGS-800發(fā)送上網(wǎng)指令，DTGS -800就被允許連接到Internet，單片機(jī)即可通過(guò)串口控制DTGS-800向指定IP地址和端口號(hào)的服務(wù)器上傳輸數(shù)據(jù)。注意，當(dāng)模塊處于數(shù)據(jù)連接有效狀態(tài)時(shí)，是不響應(yīng)任何AT指令的。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，將DTR置0可斷開(kāi)數(shù)據(jù)連接，此時(shí)DTGS-800就可以再次響應(yīng)AT指令。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)與DTGS-800通信，分為單片機(jī)控制DTGS-800執(zhí)行相應(yīng)的功能，以及控制 DTGS-800通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)2部分。單片機(jī)控制DTGS-800執(zhí)行相應(yīng)的功能，只需要通過(guò)串口給DTGS-800發(fā)送AT指令，不同的AT指令可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。AT命令是以“AT”為首，字符結(jié)束的字符串。單片機(jī)每向模塊發(fā)送一個(gè)AT指令，模塊都會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)。返回的數(shù)據(jù)是以結(jié)束的字符串。單片機(jī)收到數(shù)據(jù)之后，要經(jīng)過(guò)一定的解析和處理，才能重新發(fā)送給監(jiān)控服務(wù)器。串口的設(shè)置如下：115 200 bps，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。單片機(jī)控制DTGS-800向監(jiān)控服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，定義了相應(yīng)的數(shù)據(jù)格式：幀頭+數(shù)據(jù)內(nèi)容。幀頭包括以下內(nèi)容：16字節(jié)定長(zhǎng)的R-UIM卡號(hào)碼、1字節(jié)的命令標(biāo)識(shí)、1字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度。當(dāng)數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度不夠時(shí)，按左對(duì)齊，右側(cè)填0x00。數(shù)據(jù)內(nèi)容即發(fā)送的數(shù)據(jù)。命令標(biāo)識(shí)定義命令的類(lèi)型，命令類(lèi)型說(shuō)明如表1所列。

例如，當(dāng)發(fā)送的數(shù)據(jù)是定位信息時(shí)，幀數(shù)據(jù)依次是：16字節(jié)的R-uIM卡號(hào)碼(通常為11字節(jié))，類(lèi)似于手機(jī)號(hào)碼，不夠16字節(jié)時(shí)，后面補(bǔ)0x00；1字節(jié)的數(shù)據(jù)內(nèi)容長(zhǎng)度，用來(lái)說(shuō)明每幀幀頭后面發(fā)送的數(shù)據(jù)內(nèi)容的字節(jié)數(shù)；1字節(jié)的命令標(biāo)識(shí)，表明發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的意義，如果是定位信息，則發(fā)送的是0x12；緊接著是數(shù)據(jù)內(nèi)容。在通信協(xié)議里還規(guī)定了不同信息內(nèi)容的數(shù)據(jù)格式。