【文章內(nèi)容簡介】 D1URXD0UTXD097811009998948988X O U TX I NV R E F +DVcc1AVccDVss1AVssR S T / N M IX Y 2 I NX T 2 O U TV C CV C CV C CC4C5C6C7C8C9C 1 0C 1 1+C 1 20 .1 u F 0 .1 u F0 .1 u F0 .1 u F0 .1 u F1 5 p F1 5 p F1 5 p F1 5 p FX T A L 2+++C 1 31 0 u F1 0 u F1 0 u F1 0 u FR11 0 0 KR2R3R410K10KI N 4 1 4 8M S P 4 3 0 4 4 9 圖 3 MSP430F449 的外圍電路 GPS 模塊部分 本系統(tǒng)中，對衛(wèi)星信號的接受采用臺灣長天公司的 GR87 模塊。它的體積小、功耗低。單片機定時從 GPS 模塊提取緯度、速度等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為 NEMA標準。根據(jù) GSM 模塊接受到的中心發(fā)送的控制命令，進行數(shù)據(jù)封裝，再通過GSM 模塊的 SMS 服務將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控中心。外部控制部分主要作用是通過I/O 接口接受外部命令，并由單片機處理外部控制命令，從而實現(xiàn)報警 [7]。 GR87 性能指標： 接收板結構： SiRF starⅠ 并行 12 通道。 接收模式： L1， C/A 碼。 定位精度： 25m無 SA。 接口格式： RS232 或 TTL電平串行接口。 輸出信息： SiRF 二進制 NMEA0183， GGA GSA GSV RMC VTG GLL。 工作電壓： +～ [8]。 在該模塊中集成了 SiRF Star I 技術和專用的衛(wèi)星導航算法，能夠提供高精度的導航數(shù)據(jù)。 SiRF Star I 技術是由 SiRF 公司開發(fā)的新一代 GPS 定位技術，其中包含了突發(fā)鎖定技術（ snaplock）和多路徑雙重抑制技術（ dual multi path rejection） [9]。突發(fā)鎖定技術能夠使 GPS 接 收機重新捕獲衛(wèi)星的時間降到十分之一秒，而多路徑雙重抑制技術可以有效地消除接收到的雜散數(shù)據(jù)，提高 GPS 的 6 定位精度。另外，在 SiRF Star I 技術中還采用了獨特的單星導航技術，即使 GPS接收模塊在只能捕獲到一顆衛(wèi)星的情況下也能持續(xù)更新位置信息數(shù)據(jù)。相比之下，一般的 GPS 接收機則需要 3－ 4 顆衛(wèi)星才能保證其數(shù)據(jù)精度，這種單星導航技術將大大提高跟蹤終端在城市中的跟蹤靈敏度。此外，該 GPS 接收模塊在接收衛(wèi)星信號時采用的是單頻 C/A 碼偽距接收技術，可以接收載波頻率為 C/A 碼（粗碼），其碼頻率為 [10]。 在數(shù)據(jù)接收上采用了 12 個并行接收通道，比那些雙通道和多路復用的 GPS接收機更加具有跟蹤和鎖定衛(wèi)星的能力。接收通道主要是把來自天線的微弱信號，經(jīng)放大、變頻、濾波后，實現(xiàn)對 GPS 信號的跟蹤和鎖定。其內(nèi)部采用了碼延時鎖相技術和載波相位鎖定技術，前者是為了使本地偽隨機碼與衛(wèi)星偽隨機碼的鎖定，后者則用于本地載波相位與衛(wèi)星載波相位的鎖定。 GR87 的管腳定義如表 2 所示 。 表 2 GR87 的引腳定義 Pin Pin Name Function description 1 VCC_5V ～ 2 TXA 串口輸出 A 3 RXA 串口輸入 A 4 RXB 串口輸 入 B 5 GND 接地 6 RESET 復位輸入 因為單片機 MSP430449 有兩個串口，且 GPS 模塊通信串口、 GSM 模塊通信串口均為 TTL電平，故不需要電平轉換芯片，直接將 MCU 的 TXD 和 RXD與另外兩個模塊的 RXD 和 TXD 互聯(lián)即可 [11]。接口原理圖如圖 4 所示 。 R 1 3 3R 2 3 3U R X D 1U R X D 1+ 4. 2VV C CT X AR X AR X BG N DR E S E TGR87 圖 4 MCU 通過串口 1 與 GPS 芯片通信接口圖 GSM模塊部分 GSM 模塊提供定位消息的收發(fā)，與監(jiān)控中心的信息交換。本系統(tǒng)采用德 國西門子工業(yè)的 GSM 模塊 TC35i。 TC35i 模塊是一個的工業(yè)級 GSM 模塊，工作在 GSM900 和 GSMl800 雙頻段 [12]，支持中文短信息。體積小巧適合裝置在槍支內(nèi)。 TC35i 的數(shù)據(jù)接口 (CMOS 電平 )通過 AT 命令可雙向傳輸指令和數(shù)據(jù)，它 7 支持 Text 和 PDU 格式的 SMS(短消息 )。與短消息處理相關的問題主要有：短消息格式的轉化，短消息的編碼問題，短消息模塊命令的操縱和使用，以及與短消息處理相關的 AT 指令。 TC35i 模塊內(nèi)部由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、 ASIC 電源模塊、閃存、 40 腳的 ZIF 連接 器和天線連接接口等組成。其中 GSM 基帶處理器是模塊的核心部分，它是單芯片的模擬數(shù)字混合信號處理器，對來自 GSM 網(wǎng)絡的信號數(shù)據(jù)進行處理， TC35 使用專用 ASIC 電源芯片，保證穩(wěn)定可靠的供電，其有 3 種工作模式（省電、 IDLE、 TALK），選擇兩種模式可以延長電池供電時間。電源管理系統(tǒng)能在電源反接的情況下啟用保護模式保護模塊不被損壞。此外，TC35 還具有電話簿、多方通話、漫游檢測等功能。 GSM 帶有 SIM 卡座，裝入 GSM 服務商的 SIM 卡，并帶有唯一的號碼，利于監(jiān)控中心管理的需要。 GSM芯片通過 UART0串口與單片機通信，單片機通過使能端 17出發(fā) GSM工作，完成接受、發(fā)送定位信息的工作 [13]。 TC35i 與 SIM 卡的接口部分如圖 5 所示 。 1 2 3 4 5 6 7 8 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40BATBATBATBATBATGNDGNDGNDGNDGNDRXD0TXD0CCNCCCRSTCCIOCCCLKCCVCCGNDSYNC40 P I N+ 4. 27 8NC CCRSTCCIOCCCLKCCVCCCCGNDQ8Q7s t a r tR X D 010 0 K+ 4. 2 T X D 010410 0 K+ 4. 2 1 0 KS 80 50Q1T C 35 iS I M 圖 5 TC35i與 SIM 卡的連接 GPS 定位主要流程 GPS 模塊輸出的 GPS 定位信息服從 NMEA0183 通信標準。 NMEA0183通信標準的輸出數(shù)據(jù)采用的是 ASCII 碼，其內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、高度、速度、日期、時間、航向以及衛(wèi)星狀況等信息， GPS 消息具有 6 種不同的消息類型，包括 GGA、 GLL、 GSA、 GSV、 RMC 和 VTG。這里我 們只抽取 RMC 記錄語句，因為它包含了定位系統(tǒng)需要的所有信息，它的格式為 $GPRMC,（ 1），（ 2），（ 3），（ 4），（ 5），（ 6），（ 7），（ 8），（ 9），（ 10）（ 11）*hhCRLF 8 （ 1）當前位置的格林尼治時間，格式為 hhmmss； （ 2）狀態(tài)， A 為有效位置， V為非有效接收警告，即當前天線視野上方的衛(wèi)星個數(shù)少于 3 顆； （ 3）緯度，格式為 ； （ 4）標明南北半球， N 為北半球， S 為南半球； （ 5）經(jīng)度，格式為 ； （ 6）標明東西半球， E 為東半球， W為西半球； （ 7）地面上的 GPS 接收器的移動范圍，范圍為 ~； （ 8）方位角，范圍為 176。~176。； （ 9）日期，格式為 ddmmyy； （ 10）地磁變化，從 176。~176。； （ 11）地磁變化方向，為 E 或 W[14]。 3 定位終端軟件的設計和實現(xiàn) 軟件體系結構 整個系統(tǒng)的軟件結構由主程序、數(shù)據(jù)采集與存儲、監(jiān)聽監(jiān)控中心、其他信息處理模塊。如圖 6 所示 。 圖 6 軟件系統(tǒng)框圖 主控模塊：完成 MCU初始化（包括外接時鐘的設置、開啟兩個串口中斷、串口波特率的設置等 ）、 GSM 和 GPS 消息的初始化、調(diào)用 GSM 模塊和 GPS 模塊提供的函數(shù)。 GSM 模塊：完成短消息的讀取、解析和發(fā)送，位置請求消息和網(wǎng)絡定位消息的判斷等操作。 GPS 模塊：完成 GPS 消息的讀取、解析和對 GPR 消息的打包。并調(diào)用 GSM模塊發(fā)送。 主程序 數(shù)據(jù)采集與儲存 監(jiān)聽監(jiān)控中心 其他信息處理 GSM 數(shù)據(jù)