強大的防盜定位追蹤系統(tǒng)方案，硬件原理、結(jié)構(gòu)框圖、軟件流程、源碼打包奉送
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摘要
系統(tǒng)由防盜目標終端和尋找指引終端兩部分組成，防盜目標終端通過GPS信號接收器接收衛(wèi)星信號，F(xiàn)PGA通過DTE接口接受該位置信息并在gps模塊中提取出經(jīng)緯度信息，該信息在加密模塊中進行加密然后又通過開發(fā)板上的DCE接口傳送給GSM模塊，GSM模塊將該息發(fā)送給尋找指引終端，尋找指引終端通過GSM模塊接收該信息，并對信息進行解密，同時用與防盜目標終端相同方式確定自身位置，并通過兩者各自的絕對位置計算出防盜目標終端相對于尋找指引終端位置。當裝有防盜目標終端的物品丟失時，可通過尋找指引終端計算出的防盜目標終端的相對位置并通過FPGA開發(fā)板上的LCD顯示給用戶，可以最大限度的幫助人們找回丟失的物品。
關(guān)鍵字
1.項目背景
1.1技術(shù)背景分析
GPS（ global Positioning System）即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一個衛(wèi)星導航系統(tǒng)，由美國國防部（DOD）投資建設(shè)，并免費向全世界民間用戶開放。它是真正實現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實時、以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無線電導航系統(tǒng)。GPS由地面控制站、空間設(shè)備（SV）、GPS用戶接收機和地面通信網(wǎng)部分組成。要建立大型GPS綜合服務(wù)系統(tǒng)必須首先在較大范圍內(nèi)建立一個通信網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)的好壞是這個系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。為這樣一個系統(tǒng)專門建立通信網(wǎng)在經(jīng)濟上有點得不償失。因此近幾年發(fā)展起來的價格合理、性能可靠的公用網(wǎng)（如GSM系統(tǒng)的短消息服務(wù)）成為最佳的選擇。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和電子、通信、計算機、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一些先進國家的GPS應(yīng)用已經(jīng)相當普及，建立我國自己的GPS產(chǎn)業(yè)和GPS綜合服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)成為電信、郵政、公安、銀行、交通等政府職能部門和企事業(yè)單位領(lǐng)導和有關(guān)專家的共識。
1.2 社會需求背景分析
近年來，隨著市場經(jīng)濟的日益活躍，人們物質(zhì)生活水平不斷提高，流動人口越來越多，盜搶犯罪率成升高趨勢，給人們的的財產(chǎn)造成了重大損失與威脅。各地的治安任務(wù)也越來越重，為了保障人們財物的安全，并配合公安部門的接處警，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)因為可以高精度地有效完成對目標的實時監(jiān)控與調(diào)度，所以廣泛應(yīng)用于地面移動目標防盜搶。對于GPS，市場有著強烈的需求；對于GPS，市場孕育著巨大的商機。投資GPS項目功在社會，利在企業(yè)，該項目系統(tǒng)運作和市場經(jīng)濟相吻合，取之于社會，服務(wù)于社會，市場廣闊，生命力強，經(jīng)濟效益顯著，投資實施二項目具有深遠的社會意義和經(jīng)濟意義。
1.3市場行業(yè)分析
GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到軍事定位，大型物品（如車輛）防盜等領(lǐng)域，這些高端GPS定位追蹤系統(tǒng)大都在7000以上價格昂貴。而且此類防盜系統(tǒng)應(yīng)用范圍狹窄，不便攜帶。因此，操作簡單，攜帶方便，價格低廉的個人GPS防盜定位系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和市場生命力。
2系統(tǒng)方案
2.1 系統(tǒng)設(shè)計原則
系統(tǒng)實施原則，是建立在對系統(tǒng)需達到的近遠期目標、系統(tǒng)的功能要求、團隊人員的接受能力、計算機技術(shù)發(fā)展的趨勢和潮流等因素基礎(chǔ)上的。系統(tǒng)實施原則的確立將對系統(tǒng)的軟件、硬件和無線通信作方法起到指導作用。考慮到以上眾多因素，本方案設(shè)計原則可扼要概括為：完備性、普適性、開放性、容錯性、可靠性、安全性、經(jīng)濟性七大原則。具體闡述如下：
2.1.1 普適性
本系統(tǒng)設(shè)計的普適性原則是指設(shè)計應(yīng)滿不同種類用戶，不同場合全方位的需要，覆蓋各種防盜定位需求，既適合汽車這類大型物品的防盜又適合小型貴重物品的防盜，同時本系統(tǒng)還可以放到人的身上用來進行對人的追蹤，擴大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。
2.1.2 開放性
系統(tǒng)具有可擴展性，留有充分的二次開發(fā)接口，以便于未來的功能擴充。
2.1.3 高效性
系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)充分考慮到硬件的開銷，合理利用硬件資源，提高運算速度，是系統(tǒng)達到高效
2.1.4 容錯性
容錯性原則指充分考慮實際數(shù)據(jù)的各種復雜情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，使其都能夠處理。如gps收不到信號，收到錯誤的數(shù)據(jù)等。
2.1.5 可靠性
保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定可靠，是一個系統(tǒng)最基本的要求。系統(tǒng)本身的質(zhì)量必須得到保證，數(shù)據(jù)正確性必須在提交給前進行全面的測試。
2.1.6 安全性
安全性是指可靠性、保密性和數(shù)據(jù)一致性。，提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護，防止數(shù)據(jù)未經(jīng)授權(quán)的泄露和未被察覺的修改；具有相當高的復雜性，使得破譯的開銷超過可能獲得的利益，同時又要便于理解和掌握。
2.1.7 經(jīng)濟性
系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分考慮實際投產(chǎn)成本，力求少花錢、多辦事，能通過成本較低的軟件方案解決的不應(yīng)通過加大硬件投入解決，對現(xiàn)有投資考慮最大可能的保護。
2.2系統(tǒng)方案的選擇與論證
2.2.1基本方案論證
系統(tǒng)由防盜目標終端和尋找指引終端兩部分組成，兩個終端均分別在Spartan-3E開發(fā)板上實現(xiàn)，通過無線傳輸模塊通信，另外加上GPS信號接收器接收衛(wèi)星信號。
無線傳輸模塊方案選擇與論證
方案一 選擇cc2420模塊進行通信
CC2420是Chipcon公司推出的一款符合IEEE 802.15.4規(guī)范的2.4GHz射頻芯片，用來開發(fā)業(yè)無線傳感及家庭組網(wǎng)等PAN網(wǎng)絡(luò)的ZigBee設(shè)備和產(chǎn)品。cc2420通信免費，但通信距離短，室外傳輸距離只有300米左右，室內(nèi)傳輸距離只有幾十米，而本產(chǎn)品所使用的gps信號接收器定位誤差為50米，若使用CC2420則定位的范圍非常小，而在小范圍內(nèi)定位又不精確，從而使本產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和應(yīng)用價值都大打折扣。
方案二 選擇GSM模塊進行通信
GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為全球移動通訊系統(tǒng)，俗稱全球通，是一種起源于歐洲的移動通信技術(shù)標準，是第二代移動通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個移動電話網(wǎng)絡(luò)標準，讓用戶使用一部手機就能行遍全球。 GSM通信系統(tǒng)為了傳輸需的各種信令，設(shè)置了多種專門的控制信道。GSM通信隨收取一定費用，但通信距離長，死角少，可以實現(xiàn)全球通信，無論兩終端相距多遠都可以通過GSM進行通信。
2.2.2最終方案設(shè)計思想及框架示意圖
防盜目標終端和尋找指引終端兩部分均分別在Spartan-3E開發(fā)板上實現(xiàn)，利用GPS信號接收器接受信息，使用GSM模塊進行傳輸。防盜目標終端的FPGA開發(fā)板又包括三個模塊：UART模塊（實現(xiàn)DTE和DCE的串口通信），經(jīng)緯度提取模塊（提取出經(jīng)緯度信息），加密模塊（將經(jīng)緯度信息加密）。尋找指引終端的FPGA開發(fā)板包括UART模塊，經(jīng)緯度提取模塊，解密模塊（將傳入的信息解密），相對位置計算模塊（通過對自身經(jīng)緯度和防盜目標終端經(jīng)緯度的計算得出防盜目標終端相對于尋找指引終端的位置），和LCD顯示模塊（顯示防盜目標終端的相對位置）。
系統(tǒng)構(gòu)成示意圖
2.3功能與指標
1） 防盜功能：這是設(shè)計本系統(tǒng)的最終目的。將防盜目標終端放到貴重物品上當物品丟失后，按下尋找指引終端上的按鍵后，可以在LCD液晶屏上看到防盜目標終端相對于尋找指引終端的位置和方位，從而達到防盜的目的。
2) 定位功能：這是本系統(tǒng)的最基礎(chǔ)功能，它是實現(xiàn)防盜功能的一個步驟，但對于用戶來說確實是一個非常重要的功能，當用戶按下尋找指引終端上的按鍵后可以在液晶屏上顯示自身經(jīng)緯度，從而實現(xiàn)對自身的的定位
3) 追蹤功能 ：這是本系統(tǒng)的擴展功能。防盜目標終端除了作為防盜器以外還可用作定位器，將防盜目標終端放到需要追蹤的目標上，通過尋找指引終端可以準確的知道追蹤目標的位置從而對追蹤目標進行實時追蹤。
指標：本系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差主要是由GPS信號接收器導致，因為系統(tǒng)所使用的GPS信號接收器屬于較低端的信號接收器，信息誤差大約在50米左右，所以本系統(tǒng)要求實現(xiàn)尋找指引終端對
防盜目標終端的定位，相對距離誤差不超過100米，尋找指引終端對自身經(jīng)緯度進行定位誤差不超過50米。
3 實現(xiàn)原理
3.1 系統(tǒng)原理
當按下尋找指引終端上的按鍵時，尋找指引終端通過GSM模塊向防盜目標終端發(fā)出請求信息，防盜目標終端接收到該信息后，通過GPS信號接收器接收衛(wèi)星信號，F(xiàn)PGA通過DTE接口接受該信息并在gps模塊中提取出經(jīng)緯度信息，該信息在加密模塊中進行加密然后又通過開發(fā)板上的DCE接口傳送給GSM模塊，GSM模塊將該息發(fā)送給尋找指引終端，尋找指引終端通過GSM模塊接收該信息，并在解密模塊中對信息進行解密，同時用與防盜目標終端相同方式確定自身位置，防盜目標終端傳來的位置信息和尋找指引終端自身接受的位置信息一并傳入相對位置計算模塊。在相對位置計算中尋找指引終端計算出兩終端的相對位置以及防盜目標終端相對于尋找指引終端的方位。
系統(tǒng)原理示意圖
3.2各模塊實現(xiàn)原理
3.2.1 UART模塊實現(xiàn)原理：
FPGA使用LVTTL或LVCMOS電平提供串行數(shù)據(jù)給Maxim 器件——用來電平轉(zhuǎn)換的，以滿足RS-232電壓的電平。反之，Maxim 器件轉(zhuǎn)換相應(yīng)的LVTTL電平以滿足RS-232串行輸入數(shù)據(jù)給FGPA。在Maxim與FPGA的RXD管腳之間串聯(lián)一個電阻，以保護外部邏輯干擾。
連接器不支持硬件流控制。DCD、DTR和DSR信號連接一起，同樣，端口的RTS和CTS信號連接在一起。
本系統(tǒng)的UART模塊是在EDK 10.1環(huán)境中開發(fā)完成，利用了開發(fā)環(huán)境所提供的uartns550_v1_00_b驅(qū)動程序，該驅(qū)動提供了發(fā)送函數(shù)void XuartNs550 SendByte (Xuint32 BaseAddress, Xuint8 Data)和接收函數(shù)unsigned int XuartNs550 RecvByte(Xuint32 BaseAddress)。從而使程序可以通過Uart每次發(fā)送接收一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。
3.2.2 GPS模塊原理
GPS 定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置。GPS 接口：在UP-NETARM2410-S 平臺上所選配的GPS 模塊是GPS15L/H。
接口特性如下：RS-232 輸出，可輸入RS232 或者具有RS-232 極性的TTL 電平?？蛇x的波
串口輸出協(xié)議：輸出NEMA0183 格式的ASCII 碼語句，輸出：GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG（NMEA 標準語句）；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRM（GARMIN 定義的語句）。
還可將串口設(shè)置為輸出包括GPS 載波相位數(shù)據(jù)的二進制數(shù)據(jù)。輸入：初始位置、時間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、NMEA 輸出間隔等設(shè)置信息。
在缺省的狀態(tài)下，GPS 模塊輸出數(shù)據(jù)的波特率為4800，輸出信息包括：GPRMC、GPGGA、GPGSA、GPGSV、PGRME 等，每秒鐘定時輸出;
3.2.3 經(jīng)緯度提取模塊原理
如果設(shè)備和衛(wèi)星的通訊正常的話，可以接收到的數(shù)據(jù)格式樣如下：
$GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E
數(shù)據(jù)說明如下：
$GPRMC 代表GPS推薦的最短數(shù)據(jù)
204700 UTC_TIME 24小時制的標準時間，按照小時/分鐘/秒的格式
A表示數(shù)據(jù)OK，V表示一個警告
3403.868 LAT 緯度值，精確到小數(shù)點前4位，后3位 N LAT_DIR N表示北緯，S表示南緯
11709.432 LON 經(jīng)度值，精確到小數(shù)點前5位，后3位 W LON_DIR W表示西經(jīng)，E表示東經(jīng)
如果當前沒有和衛(wèi)星取得聯(lián)系，那么字符串的格式為： $GPRMC,UTC_TIME,V,...
下面是一個例子： $GPRMC,204149,V,,,,,,,170698,,*3A
在接收進程receive 中收到“n”之后，表示收到一條完整的信息。系統(tǒng)在void gps_parse (GPS_INFO *GPS) 方法中進行數(shù)據(jù)的解析，在此方法中程序首先檢查接收到的信號是GPRMC信號還是GPGGA信號，然后依次提取小時，分，秒，日， 月，年的值，接著根據(jù)“，”提取gps信號接收器的狀態(tài)（A/V），以及經(jīng)度，緯度。gps信號中的經(jīng)度緯度是字符串類型，需要轉(zhuǎn)化為double類型。
3.2.4 GSM模塊實現(xiàn)原理
GSM（Global System of Mobile communication）是一種無線數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。它定義了建設(shè)該網(wǎng)絡(luò)及提供服務(wù)的各種標準。SMS（Short Message Service，短信息服務(wù)）屬于GSM第一階段的標準。短信息業(yè)務(wù)按其實現(xiàn)的方式可分為點到點短信息業(yè)務(wù)和小區(qū)廣播短信息業(yè)務(wù)。本系統(tǒng)利用了點到點短信息業(yè)務(wù)來實現(xiàn)兩終端間的通信。其實現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)主要是兩個GSM集成電路板模塊及兩篇SIM卡。兩個GSM模塊分別通過Spartan-3E板上的RS-232串口（在本作品中使用DCE RS-232串口）與FPGA進行通信。
實現(xiàn)的軟件基礎(chǔ)可分為GSM控制程序與AT命令集。下面分別對這兩部分進行闡述。
GSM控制程序最基本的實現(xiàn)原理是通過XUartNs550_RecvByte與XUartNs550_SendByte函數(shù)對串口進行操作。兩個函數(shù)的API分別為 Xuint8 XUartNs550_RecvByte ( Xuint32 BaseAddress )， void XUartNs550_SendByte uint32 BaseAddress,Xuint8 Data)。其中BaseAddress為串口的基地址，編寫程序時可使用RS-232 DCE的基地址（在xparameter.h中定義），這樣XUartNs550_RecvByte會返回從DCE收到的數(shù)據(jù)，而XUartNs550_SendByte就會向DCE串口發(fā)送Data中的數(shù)據(jù)。并且這兩個函數(shù)對數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送都是阻塞的，即XUartNs550_RecvByte執(zhí)行后會阻塞直到數(shù)據(jù)被接收到，XUartNs550_SendByte執(zhí)行后會阻塞直到數(shù)據(jù)被發(fā)送到串口的數(shù)據(jù)寄存器中。因此該阻塞機制確保了發(fā)送與接受的數(shù)據(jù)不會丟失。綜上所述，通過使用這兩個基本的串口通信函數(shù)，實現(xiàn)了FPGA對GSM模塊的控制，從而實現(xiàn)了對短信息的接收與發(fā)送，進而實現(xiàn)了防盜目標終端和尋找指引終端之間的通信。
AT命令是被廣泛采用的調(diào)制解調(diào)器命令語言，它實現(xiàn)了計算機或終端與調(diào)制解調(diào)器的通訊，提供了計算機或終端對調(diào)制解調(diào)器的控制接口。在GSM模塊的應(yīng)用中，AT命令實現(xiàn)了對GSM大多數(shù)的操作控制，例如atd命令用以實現(xiàn)呼叫命令，at+cmgs命令用于短信的發(fā)送，at+cmgr命令可以實現(xiàn)短信息的讀取等。當FPGA需要對GSM進行控制時，只需向DCE串口發(fā)送相應(yīng)的命令。因此短信息發(fā)送函數(shù)的實現(xiàn)為通過XUartNs550_SendByte函數(shù)向GSM發(fā)送”at+cmgs=SIM號碼”+信息內(nèi)容。以此類推，可以實現(xiàn)短信息接收函數(shù)和短信息分析函數(shù)等基本函數(shù)及程序模塊。
3.2.5加密解密模塊實現(xiàn)原理
本系統(tǒng)采用DES加密算法，DES(Data Encryption Standard)滿足了國家標準局欲達到的4個目的:提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護，防止數(shù)據(jù)未經(jīng)授權(quán)的泄露和未被察覺的修改；具有相當高的復雜性，使得破譯的開銷超過可能獲得的利益，同時又要便于理解和掌握；DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，首先，DES把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L0、R0兩部分，每部分各長32位，并進行前后置換（輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，依此類推，最后一位是原來的第7位），最終由L0輸出左32位，R0輸出右32位，根據(jù)這個法則經(jīng)過16次迭代運算后，得到L16、R16，將此作為輸入，進行與初始置換相反的逆置換，即得到密文輸出。 DES算法的入口參數(shù)有三個：Key、Data、Mode。其中Key為8個字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個字節(jié)64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密，如果Mode為加密，則用Key去把數(shù)據(jù)Data進行加密，生成Data的密碼形式作為DES的輸出結(jié)果；如Mode為解密，則用Key去把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式作為DES的輸出結(jié)果。在使用DES時，雙方預(yù)先約定使用的”密碼”即Key，然后用Key去加密數(shù)據(jù)；接收方得到密文后使用同樣的Key解密得到原數(shù)據(jù)，這樣便實現(xiàn)了安全性較高的數(shù)據(jù)傳輸。加密模塊是本系統(tǒng)的特色，對通信的信息進行加密可以保證通信信息的安全，即使信息被第三方獲得也不會得知防盜目標終端的位置。
3.2.6相對位置計算模塊原理
相對位置計算模塊可以計算A，B兩點的相對距離以及B相對于A的方位。相對位置計算模塊的入口參數(shù)有五個：A點的經(jīng)度，A點的緯度，B點的經(jīng)度，B點的緯度，A B兩點距離變量的指針，B相對于A的方向變量的指針，B相對于A角度的指針。程序?qū)⒌厍蚪瓶醋鍪且粋€橢球體，根據(jù)赤道半徑，極半徑，A點經(jīng)度求得A所在經(jīng)線圈的半徑R1，用R1乘以A B兩點的緯度的弧度差就是A點所在緯線圈到B點所在緯線圈的距離d1。同理可求得A點所在經(jīng)線圈到B點所在經(jīng)線圈的距離d2。A點到B點的距離等于的d1與d2平方和的開平方。 返回的方向有四種：北偏東，北偏西，南偏東，南偏西，角度介于0到90之間。角度大小等于d1除以d2的商的反正切。
3.2.7 LCD顯示模塊原理
本系統(tǒng)所使用的LCD是FPGA自帶的2線16字符液晶顯示器LCD。盡管LCD支持8位的數(shù)據(jù)接口，為了與其它的XILINX的開發(fā)板保持兼容并且盡可能減少針腳數(shù)，F(xiàn)PGA僅通過4位的數(shù)據(jù)接口線控制LCD，如圖所示SF_D[11:8]對應(yīng)于4位數(shù)據(jù)。LCD_E為使能信號LCD_RS為寄存器選擇信號，當LCD_RS為0時，表示寫入的是指令，當LCD_RS為1時，表示寫入的是數(shù)據(jù)。LCD_RW為讀寫控制信號，當LCD_RW為0時，表示是寫數(shù)據(jù)，即LCD接收數(shù)據(jù)，當LCD_RW為1時，表示是讀數(shù)據(jù)，即LCD輸出數(shù)據(jù)。
每個8位數(shù)據(jù)的傳輸必須被分解為兩次4位傳輸，間隔至少1us。先傳高4位，再傳低4位。每兩個字節(jié)之間至少要間隔40us。
本系統(tǒng)使用的LCDIP核分為兩部分——硬件部分和軟件部分。硬件部分用VHDL實現(xiàn)LCD時序，管腳連接，時序仿真 軟件部分用C語言進行驗證，向寄存器中送入數(shù)據(jù)。完成LCD顯示功能。硬件與軟件是通過VHDL程序中寄存器的基地址來聯(lián)系起來的。在本設(shè)計中，選擇了兩個32位寄存器，即slv_reg0和slv_reg1。寄存器的基地址是在制作LCD IP核的過程中定義的。所編寫C語言程序需要包括對LCD的初始化命令，字符或字符串的顯示命令和延時程序，并且可以設(shè)置所要顯示的字符的首地址。初始化命令具體如下:
(1)功能設(shè)置命令，寫入0x28。配制對顯示屏的操作。
(2)輸入方式命令，寫入0x06。設(shè)置地址指針自動加1。
(3)顯示開關(guān)控制命令，寫入0x0C。打開顯示屏。
(4)初始地址命令。
(5)清屏命令。
時鐘頻率設(shè)為1us。
在user logic中定義了四個輸出端口，LCD_E,LCD_RS,LCD_RW,lcddata_out[7:4]
選擇兩個32位的寄存器，slv_reg0和slv_reg1。Slv_reg0作為字節(jié)的傳輸，不論是指令字節(jié)還是數(shù)據(jù)字節(jié)都送入slv_reg0。而slv_reg1中選擇后三位作為發(fā)送數(shù)據(jù)標志位和指令或是數(shù)據(jù)的選擇位。具體如下：
定義slv_reg1的第29位即slv_reg(29)為發(fā)送數(shù)據(jù)標志位，即當slv_reg(29)為1時，表示數(shù)據(jù)已準備好，可以傳輸。slv_reg1的第30，31位為判別輸入的是數(shù)據(jù)還是指令的標志位。當slv_reg(30 to 31)為01時，表示寫入的數(shù)據(jù)為指令數(shù)據(jù)，當slv_reg(30 to 31)為10時，表示寫入的數(shù)據(jù)為要顯示的數(shù)據(jù)。
當向slv_reg1寫入控制數(shù)據(jù)后，slv_reg0中的32位數(shù)據(jù)中的低8位就將按照所編寫的LCD時序進行操作。送入LCD進行顯示
3.3硬件框圖
本系統(tǒng)采用了MicroBlaze_0核，MicroBlaze與BRAM的連接采用了LMB方式，與外圍設(shè)備的連接采用了OPB總線方式其硬件結(jié)構(gòu)圖如下（其中只列出了與本系統(tǒng)有關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)塊，省去了一些細節(jié)）：
MicroBlaze_0
MicroBlaze_0是基于Spartan-3E的微處理器IP核, MicroBlaze_0處理器采用RISC架構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的32位指令和數(shù)據(jù)總線。在本系統(tǒng)中，MicroBlaze是本系統(tǒng)中運算與控制的核心，它可以全速執(zhí)行存儲在片上存儲器和外部存儲器中的程序，并訪問其中的數(shù)據(jù)。為了提高性能，MicroBlaze中設(shè)指令緩存和數(shù)據(jù)緩存。
MicroBlaze通過LMB與BRAM相連，通過dlmb對BRAM進行數(shù)據(jù)的讀寫，通過ilmb從BRAM中讀取指令。MicroBlaze_0通過OPB來訪問低速和低性能的系統(tǒng)資源，如LED，16M×8Flash，RS23_DTE，LCD等。下面再對這LMB和OPB兩種總線加以介紹。
LMB
LMB（Local Memory Bus，局部存儲總線，如圖中dlmb與ilmb）是MicroBlaze與BRAM之間的信息傳送線，分為dlmb（數(shù)據(jù)局部存儲總線）和ilmb（指令局部存儲總線），兩種總線寬度均為32位。dlmb用于MicroBlaze從BRAM中讀寫數(shù)據(jù)，ilmb傳送MicroBlaze從BRAM中讀取的指令。
OPB
OPB(On-chip Peripheral Bus,片上外設(shè)總線)提供了MicroBlaze與低速外接設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通路。OPB是一種完全同步總線， 它的功能處于一個單獨的總線層級。它不是直接連接到處理器內(nèi)核的。OPB接口提供分離的32 位地址總線和32位數(shù)據(jù)總線。處理器內(nèi)核可以借助“PLB to OPB”橋，通過OPB訪問從外設(shè)。作為OPB總線控制器的外設(shè)可以借助“OPB to PLB”橋，通過PLB訪問存儲器。
OPB上掛接了各種類型的外設(shè)。在本系統(tǒng)中，OPB上掛接的外設(shè)有Spartan-3E開發(fā)板上的Buttons_4Bit,DDR_SDRAM_16Mx16,DIP_Switches_4Bit,Flash_16Mx8,LEDs_8Bit,RS232_DTE,RS232_DCE,LCD,OPB_Timer。
BRAM
BRAM(Block Random Access Memory,塊隨機存儲器)用于存放MicroBlaze核要運行的程序指令以及需要處理的數(shù)據(jù)或中間結(jié)果等。
BRAM通過LMB接口與LMB相連，進而與處理器相連。ilmb_cntlr為指令局部存儲總線控制器，BRAM通過PORTA與ilmb_cntlr相連，ilmb_cntlr負責控制指令數(shù)據(jù)在LMB總線上的傳送；dlmb_cntlr為數(shù)據(jù)局部存儲總線控制器，BRAM通過PORTB與dlmb_cntlr相連，dlmb_cntlr負責控制數(shù)據(jù)在LMB總線上的傳送。
Buttons_4Bit
Spartan-3E開發(fā)板上的4個瞬時按鈕開關(guān)BTN_NORTH、BTN_EAST、BTN_SOUTH和 BTN_WEST及1個Rotary Push-Button Switch（旋轉(zhuǎn)按鈕）中使用了BTN_SOUTH和旋轉(zhuǎn)按鈕用于用戶輸入。其中BTN_SOUTH為復位鍵以重新執(zhí)行程序，旋轉(zhuǎn)按鈕用于接收用戶的追蹤定位請求。其對應(yīng)的引腳約束如下：
Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin0> LOC=D18 | PULLDOWN;
Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin1> LOC=H13 | PULLDOWN;
Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin2> LOC=V4 | PULLDOWN;
Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin3> LOC=V16 | PULLDOWN;
Flash_16Mx8
本系統(tǒng)采用了Intel Strata Flash Parallel NOR Flash PROM來存放需要運行的程序。由于需要FPGA啟動后自動加載程序并運行程序，所以需要把程序存儲在非易失性存儲器中。在本系統(tǒng)中選用16Mx8bit Flash存放程序（.elf文件）。FPGA啟動時，存放在Flash中的FPGA配置信息與應(yīng)用軟件程序通過OPB總線自動加載到FPGA運行。其引腳約束較為復雜，在此只列出其控制引腳的約束語句：
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_OEN_pin LOC=c18;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_OEN_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_WEN_pin LOC=d17;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_WEN_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_CEN_pin0> LOC=d16;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_CEN_pin0> IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_emc_ben_gnd_pin LOC=c17;
Net fpga_0_FLASH_16Mx8_emc_ben_gnd_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Uart16550
本系統(tǒng)使用RS232-DTE與GPS模塊連接，比特率為4800，對GPS數(shù)據(jù)的接收采用輪詢方式；RS232-DCE與GSM模塊連接，比特率為115200，對GSM信息的接收也采用輪詢方式。MicroBlaze一次只對32位數(shù)據(jù)進行處理，而DTE與DCE每次只串行傳送一位數(shù)據(jù)，而OPB16550串口實現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)與并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，Uart16550與系統(tǒng)總線的連接模式如下圖：
引腳約束為：
Net fpga_0_RS232_DCE_sin_pin LOC=R7;
Net fpga_0_RS232_DCE_sin_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net fpga_0_RS232_DCE_sout_pin LOC=M14;
Net fpga_0_RS232_DCE_sout_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net fpga_0_RS232_DTE_sin_pin LOC=U8;
Net fpga_0_RS232_DTE_sin_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net fpga_0_RS232_DTE_sout_pin LOC=M13;
Net fpga_0_RS232_DTE_sout_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
LCD
Spartan-3E開發(fā)板上有2線16字符液晶顯示器LCD。FPGA僅通過4位的數(shù)據(jù)接口線控制LCD。并且4根LCD數(shù)據(jù)線與StrataFlash 數(shù)據(jù)線復用。當存儲器失能時（SF_CE0=1）,FPGA用作全讀/寫通道給LCD。相反，當LCD讀失能時（LCD_RW=0）,FPGA用作全讀/寫通道給存儲器。所以在對LCD進行控制時，首先是通過總線將LCD使能信號SF_CE0置低。對LCD的軟件控制流程在上文中已有敘述，在此只列出其引腳約束：
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin7> LOC=M15;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin7> IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin6> LOC=P17;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin6> IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin5> LOC=R16;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin5> IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin4> LOC=R15;
Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin4> IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net lcdtest_0_LCD_E_W_pin LOC= M18;
Net lcdtest_0_LCD_E_W_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net lcdtest_0_LCD_RS_W_pin LOC=L18;
Net lcdtest_0_LCD_RS_W_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
Net lcdtest_0_LCD_RW_W_pin LOC=L17;
Net lcdtest_0_LCD_RW_W_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;
3.4軟件流程
防盜定位終端軟件流程圖
防盜定位終端軟件流程說明：當防盜定位終端通電時，該終端首先檢測是否有尋找指引終端發(fā)來的信號如果沒有則繼續(xù)檢測，如果有則進入下一步。在下一步中終端接收GPS信號接收器發(fā)來的信號，并提取出其中信息，然后判斷信息是否有效，如果無效則繼續(xù)接收，如果有效則進行下一步。在下一步中系統(tǒng)對提取出來的經(jīng)緯度信息進行加密，然后將信息進行發(fā)送給尋找指引終端，發(fā)送完成后重復上述步驟，繼續(xù)檢測是否有尋找指引終端發(fā)來的信號。
尋找指引終端軟件流程圖
尋找指引終端軟件流程說明：當尋找指引終端通電時，該終端首先檢測啟動鍵是否被按下如果沒有被按下則繼續(xù)檢測，如果檢測到則進入下一步。在下一步中終端接收GPS信號接收器發(fā)來的信號，并提取出其中信息，然后判斷信息是否有效，如果無效則繼續(xù)接收，如果有效則向前進行。在下一步中尋找指引終端向防盜目標終端發(fā)送探測請求信號并監(jiān)聽是否收到回應(yīng)，如果沒有收到則繼續(xù)監(jiān)聽，如果收到則進行下一步解密數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)解密完成后進入相對位置計算模塊計算相對位置，計算出的數(shù)據(jù)被送到LCD模塊在LCD上顯示出需要的信息。顯示完成后重復上述步驟，繼續(xù)檢測啟動鍵是否被按下。
4系統(tǒng)測試
利用本系統(tǒng)利用GPS和GSM技術(shù)在fpga開發(fā)板上實現(xiàn)了追蹤和定位的功能，為了檢測系統(tǒng)的的功能并找出其中的不足，我們制定了詳細的測試方案對不同環(huán)境下系統(tǒng)的性能以及系統(tǒng)的容錯性進行了測試，根據(jù)測試的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)的性能作出了客觀的評價，突出展現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)點也找出了系統(tǒng)的不足。
注：室內(nèi)室外指gps天線的位置
4.1系統(tǒng)自測試計劃
4.1.1測試目標
在兩周的時間里，針對系統(tǒng)的定位功能和追蹤功能做出測試，測試系統(tǒng)是否圓滿實現(xiàn)要求的功能，是否具有較好的容錯性，并進一步通過數(shù)據(jù)對系統(tǒng)在不同自然條件下（室內(nèi)室外，晴天雷雨）的性能作出評價。
4.1.2測試對象
在定位功能測試中將對尋找指引終進行測試，測試條件包括天氣（晴天 雷雨）位置（室內(nèi) 室外）；在追蹤功能測試中將對防盜目標終端和尋找指引終端進行測試，測試條件包括天氣（晴天 雷雨），位置（室內(nèi) 室外）以及特殊情況進行測試。
4.1.3測試標準
定位功能指標：尋找指引終端對自身經(jīng)緯度進行定位誤差不超過50米。
追蹤功能指標：實現(xiàn)尋找指引終端對防盜目標終端的定位，相對距離誤差不超過100米追蹤功能指標
4.1.3測試工作量估計
小組全體成員集中工作兩周，實現(xiàn)系統(tǒng)的測試。
4.2系統(tǒng)自測試方案
4.2.1定位功能測試
測試設(shè)備：尋找指引終，220V交流電。
測試用例1（晴天 室外）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），天氣晴
測試過程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到窗外，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差，重復進行多次，統(tǒng)計收到的數(shù)據(jù)。
測試用例2（雷雨 室外 ）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），雷雨
測試過程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到窗外，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差，重復進行多次，統(tǒng)計收到的數(shù)據(jù)。
測試用例3（晴天 室內(nèi)）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），雷雨
測試過程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到室內(nèi)，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差，重復進行多次，統(tǒng)計收到的數(shù)據(jù)。
測試用例4（雷雨 室外）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），雷雨
測試過程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到室內(nèi)，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差，重復進行多次，統(tǒng)計收到的數(shù)據(jù)。
4.2.2 追蹤功能測試
測試設(shè)備：尋找指引終端，防盜目標終端，220V交流電
測試用例1（室外 晴天）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），東新校區(qū)（36o 40ˊ19.91〞N, 117o 03ˊ30.58〞E），天氣晴
測試過程:將防盜目標終端帶到東新校區(qū)連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差。
測試用例2（室外 晴天）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），2號宿舍樓（36o 40ˊ01.58〞N, 117o 08ˊ04.48〞E），天氣晴
測試過程：測試過程:將防盜目標終端帶到本校區(qū)的2號宿舍樓連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差。
測試用例3（室外 晴天）
測試環(huán)境：高性能計算機中心東五實驗室（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），高性能計算機中心東三實驗室（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.57〞E），天氣晴
測試過程:將防盜目標終端帶到高性能計算機中心東三實驗室連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心東五實驗室，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差。
測試用例4（室外 雷雨）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），東新校區(qū)（36o 40ˊ19.91〞N, 117o 03ˊ30.58〞E），雷雨
測試過程:將防盜目標終端帶到東新校區(qū)連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差。
測試用例5（室外 雷雨）
測試環(huán)境：高性能計算機中心（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），2號宿舍樓（36o 40ˊ01.58〞N, 117o 08ˊ04.48〞E），雷雨
測試過程：測試過程:將防盜目標終端帶到本校區(qū)的2號宿舍樓連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差。
測試用例6（室外 雷雨）
測試環(huán)境：高性能計算機中心東五實驗室（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E），高性能計算機中心東三實驗室（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.57〞E），雷雨
測試過程:將防盜目標終端帶到高性能計算機中心東三實驗室連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心東五實驗室，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計算數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)相比較，計算系統(tǒng)的誤差。
測試用例7 （防盜目標終端終端無信號）
測試環(huán)境：高性能計算機中心東五實驗室（36o 39ˊ57.19〞N, 117o 07ˊ57.64〞E）
測試過程:將防盜目標終端放到無信號區(qū)，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計算機中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，再將防盜目標終端放到有信號區(qū)觀察顯示屏所顯示的信息。
4.3系統(tǒng)測試結(jié)果
4.3.1定位功能測試結(jié)果
測試用例1
實際經(jīng)度：117o 07ˊ57.64〞E ≈117.1326778o
測量經(jīng)度：117. 13261o
經(jīng)度誤差：0.00006 o
實際緯度： 36o 39ˊ57.19〞N≈36.6658861o
測量緯度： 36.6658317o
緯度誤差：0.00005 o
測試用例2
實際經(jīng)度：117o 07ˊ57.64〞E≈117.1326778o
測量經(jīng)度：117. 132623 o
經(jīng)度誤差：0.0005 o
實際緯度：36o 39ˊ57.19〞N≈36.6658861o
測量緯度：36.6658324o
緯度誤差：0.00005
測試用例3
實際經(jīng)度：117o 07ˊ57.64〞E
測量經(jīng)度： 無信號
經(jīng)度誤差：
實際緯度：36o 39ˊ57.19〞N
測量緯度： 無信號
緯度誤差：
測試用例4
實際經(jīng)度：117o 07ˊ57.64〞E
測量經(jīng)度：無信號
經(jīng)度誤差：
實際緯度：36o 39ˊ57.19〞N
測量緯度： 無信號
緯度誤差：
4.3.2 追蹤功能測試結(jié)果
測試用例1
實際距離：約7.8km
實際方位： 南偏西75 o
計算距離：7812m
計算方位：南偏西 75.9 o
距離誤差：12m
角度誤差：0.9 o
測試用例2
實際距離：約755米
實際方位：南偏東約60 o
計算距離： 765.8米
計算方位：南偏東57.3 o
距離誤差：10.8米
角度誤差：2.7 o
測試用例3
實際距離：約20m
實際方位：正東
計算距離：14.6m
計算方位：南偏東81.2 o
距離誤差：5.4
角度誤差：8.8 o
測試用例4
實際距離：約7.8km
實際方位： 南偏西75 o
計算距離：7836m
計算方位：南偏西 73.6 o
距離誤差：36m
角度誤差：1.4 o
測試用例5
實際距離：約755米
實際方位：南偏東約60 o
計算距離： 623.5米
計算方位：南偏東54.3 o
距離誤差：24.5米
角度誤差：5.7 o
測試用例6
實際距離：約20m
實際方位：正東
計算距離：14.6m
計算方位：南偏東81.2 o
距離誤差：5.4
角度誤差：8.8 o
測試用例7
按下尋找指引終端的定位鍵后，若防盜目標終端處于gps無信號區(qū)，則尋找指引終端顯示屏上沒有反應(yīng)，一旦防盜目標終端處于gps有信號區(qū)，則防盜目標終端立即向?qū)ふ抑敢K端發(fā)出信號，尋找指引終端上顯示出位置信息。
4.4測試數(shù)據(jù)分析
4.4.1定位功能測試數(shù)據(jù)分析
由于測試數(shù)據(jù)可知本系統(tǒng)受天氣情況影響較小，在室外無論晴天雨天均可進行精確定位，但因為gps信號在屋內(nèi)較弱，所以gps信號接收器在屋內(nèi)可能接受不到信號，從未導致無法定位，這也是本系統(tǒng)的最大不足。
4.4.2 追蹤功能測試數(shù)據(jù)分析
本系統(tǒng)采用gps和gsm受天氣等自然因素影響較小，所以無論是在晴天還是下雨天都能夠?qū)崿F(xiàn)尋找指引終端對防盜目標終端的精確定位。因使用的gps定位系統(tǒng)質(zhì)量較差，當兩終端相距較近時相對誤差過大。但此情況下已沒有必要通過本系統(tǒng)尋找防盜目標終端，可直接通過肉眼觀察找到。
5特色
- 信息安全性高，這是本作品的一大特色。當前市場上的防盜定位產(chǎn)品，多沒有對待追蹤的物品的經(jīng)緯度信息進行加密，這樣信息如果被第三方截獲，物品的安全很可能受到威脅。而本作品在很大程度上彌補了這一缺陷。第一，對傳輸?shù)慕?jīng)緯度信息將其加密后傳輸，防止物品的位置信息被第三方截獲并被惡意修改或利用；第二，GSM通信本身就有很好的防盜拷能力，在對信息加密的基礎(chǔ)上，利用GSM通信的這一特點進一步保證了信息的安全性。
- 定位精度較高。本作品的GPS使用了我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，其定位精度達到了12m左右，在某些場合下甚至達到了5-10m。對這一點我們也對GPS數(shù)據(jù)進行了測試，發(fā)現(xiàn)其經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的精確度均達到了0.0001’,以地球半徑為6378km進行簡單的推算，其水平定位精度約為10m。上述的定位精確度足以達到對丟失物品的定位與尋找。
- 受天氣等外在因素的影響小。這是由GPS和GSM的特點決定的。首先GPS信號不會受到濃厚云層、大霧、下雨和下雪等不良天氣的影響，GPS信號的波長足以讓它穿越空氣中的各種障礙物，換句話說，多數(shù)惡劣天氣完全不會對GPS的正常工作產(chǎn)生影響；再就是GSM通信也幾乎不受多數(shù)不利天氣的影響，這一點我們可以從平時的手機短信息使用中體驗到。
- 定位追蹤的有效距離較遠。所謂定位追蹤的有效距離，在此處可以理解為兩終端均能接收到各自當前位置的有效經(jīng)緯度信號并能正常地通信時，兩終端的相對距離。首先GPS的有效定位范圍是全球性的，在絕大多數(shù)情況下，GPS都能提供有效而準確的經(jīng)緯度位置，從而保證了系統(tǒng)所用的位置數(shù)據(jù)的時效性，進而增大了定位追蹤的有效距離。其次，GSM通信也具有全球化的應(yīng)用，無論通信距離的長短，GSM都能所保證傳送的信息具有良好的穩(wěn)定性與正確性。因此，本系統(tǒng)保證了遠距離情況下兩個終端對數(shù)據(jù)的有效的接收及其之間的良好的通信，確保了較長的有效定位追蹤距離。
- 成本較低。Spartan-3E系列的器件密度范圍為10萬到160萬系統(tǒng)門，其單位邏輯單元的成本是FPGA行業(yè)中最低的。Spartan-3E器件在業(yè)界第一個突破 了2美元*的10萬系統(tǒng)門售價和10美元的100多萬系統(tǒng)門售價的極限。所以盡管本系統(tǒng)包含的各模塊都比較復雜，外圍器件較多，但由于整個系統(tǒng)基于Spartan-3E且Spartan-3E提供了豐富的外圍設(shè)備接口，因此系統(tǒng)各部分均得到了很好的實現(xiàn)，充分利用了Spartan-3E開發(fā)板的高性價比特性。
- 本作品的可擴展性強，有很好的市場前景。雖然本作品完全實現(xiàn)了定位追蹤功能和基本的人機交互功能。但由于開發(fā)時間有限，仍有一些功能可以進一步被擴展完善，所以本作品的性能仍具有很大的提升空間。例如在功能擴展方面，利用Spartan-3E的強大功能，可以進行一對多通信，這樣就可以實現(xiàn)對多個物品的同時跟蹤，極大地擴展了系統(tǒng)的應(yīng)用價值；人機交互方面，本系統(tǒng)利用的是開發(fā)板提供的16×2 LCD和少數(shù)幾個按鍵，終端與用戶的交互功能有限，因此完全可改用VGA顯示，鍵盤輸入及語音對人機交互功能進行擴展，這樣會極大豐富本作品的功能及應(yīng)用場合，擴大其市場前景。
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