【文章內(nèi)容簡介】 光亮映照在劉博士微笑著的臉上。經(jīng)過與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研究中心三年的合作，“超人機(jī)器人”與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已完美結(jié)合，“超人機(jī)器人”也已改名為“北斗超人”?！百Y源開發(fā)小組”和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)研究中心的人員都十分激動(dòng)，大家都期待著“北斗超人”的第一次行動(dòng)...... “劉博士，劉博士！”孟瓔叫醒了沉思中的劉博士，劉博士的思緒由20年前回到了現(xiàn)在——2031年。“明天，‘北斗超人’就將第一次進(jìn)入火山地區(qū)探礦了?！毕氲竭@里，劉博士心潮澎湃。第二天一大早，劉博士及所有工作人員就來到了實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控中心。監(jiān)控器屏幕上“北斗超人”正懸掛在大型飛機(jī)下面，快速飛往臺(tái)灣的一號(hào)火山地帶。飛機(jī)到達(dá)了事先劃定好的區(qū)域范圍，便將“北斗超人”緩緩降落下來。接下來，就是讓所有人緊張的時(shí)刻了。只見“北斗超人”緩緩啟動(dòng)，前進(jìn)，按著設(shè)定的路線在劃定的區(qū)域范圍內(nèi)開始了工作。實(shí)驗(yàn)室一片歡呼，大家互相擁抱，多年來的努力沒有白費(fèi)，今天，終于成功了。劉博士默默看著“北斗超人”的一舉一動(dòng)，他眼中噙滿了淚水。每十米，“北斗超人”就采集一次土壤，對(duì)其進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)化驗(yàn)，同時(shí)將樣本儲(chǔ)存到置物箱中。在采集土壤的同時(shí)，“北斗超人”將小型感應(yīng)器載入到土壤50米深的地方。小型感應(yīng)器能夠發(fā)出微弱的信號(hào) （微弱信號(hào)很容易被干擾），地震波的影響能夠改變這些小型機(jī)器發(fā)出的信號(hào)，北斗衛(wèi)星根據(jù)感應(yīng)到的小型感應(yīng)器信號(hào)的改變程度，來預(yù)測(cè)地震的發(fā)生時(shí)間與強(qiáng)度。一旦預(yù)測(cè)到即將有災(zāi)難發(fā)生，北斗衛(wèi)星就會(huì)同時(shí)發(fā)送信息給救援中心及“北斗超人”。救援中心會(huì)及時(shí)派出人員及飛機(jī)趕往火山地帶，與“北斗超人”在指定地點(diǎn)接頭，回基地。所有成員無比欣慰，他們相信，國家礦產(chǎn)資源緊缺的問題不久就會(huì)得到解決，中國又將迎來一個(gè)輝煌的時(shí)代。兩天后，信息接收中心接收到“北斗超人”發(fā)來的信息。信息顯示“北斗超人”、海拔2003米處發(fā)現(xiàn)不明礦物結(jié)構(gòu)，此礦物結(jié)構(gòu)超出“北斗超人”的能力分析范圍，所以“北斗超人”請(qǐng)求派遣專家到基地，進(jìn)行進(jìn)一步分析。于是，工作人員打電話通知礦產(chǎn)專家來基地，準(zhǔn)備開始工作，進(jìn)行分析。一個(gè)星期的不間斷工作后，機(jī)器人將劃定區(qū)域范圍內(nèi)的土壤全部分析完畢，并請(qǐng)求總部派遣飛機(jī)將自己運(yùn)基地。專家小組將“北斗超人”帶回的數(shù)據(jù)及樣本進(jìn)一步分析整理之后，得出了一號(hào)火山所擁有礦產(chǎn)的種類以及儲(chǔ)存量的詳細(xì)數(shù)據(jù)?！百Y源開發(fā)小組”的專家們看到數(shù)據(jù)都十分震驚。一號(hào)火山附近蘊(yùn)含著極其豐富的礦產(chǎn)資源，并且其中許多礦產(chǎn)正是我國目前所缺少的。這些礦產(chǎn)將為推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展貢獻(xiàn)巨大力量。開采小組的成員們正焦急的等待著災(zāi)害監(jiān)測(cè)組的分析結(jié)果，隨時(shí)準(zhǔn)備出發(fā)前往一號(hào)火山。他們渴求看到那里豐富的礦產(chǎn)資源。實(shí)驗(yàn)室中，災(zāi)害監(jiān)測(cè)小組的成員根據(jù)北斗衛(wèi)星傳來的信息，分析出最近幾天此地帶地殼穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生大的地殼運(yùn)動(dòng)，開采小組可以出發(fā)。開采小組片刻沒有耽誤，立即趕往一號(hào)火山進(jìn)行礦產(chǎn)開采，并且嚴(yán)格控制了開采區(qū)域，避免引發(fā)地質(zhì)災(zāi)。此期間，災(zāi)害監(jiān)測(cè)小組一直持續(xù)密切關(guān)注著北斗衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)，認(rèn)真分析，以防災(zāi)難發(fā)生。一旦預(yù)測(cè)出近期內(nèi)可能有災(zāi)害發(fā)生，災(zāi)害監(jiān)測(cè)小組就會(huì)通過北斗及時(shí)發(fā)送信息給開采小組，令他們及時(shí)撤離火山地帶。一個(gè)月后,開采小組已經(jīng)完成了開采任務(wù)的三分之一，開采出的礦產(chǎn)種類極其豐富，數(shù)量可觀。實(shí)驗(yàn)室中一片歡呼。開采團(tuán)隊(duì)的隊(duì)員個(gè)個(gè)精神振奮，他們準(zhǔn)備向最后一個(gè)開采區(qū)域出發(fā)。正當(dāng)這時(shí)，災(zāi)害監(jiān)測(cè)小組分析出三天后，一號(hào)火山附近地域可能會(huì)發(fā)生較大強(qiáng)度的地殼運(yùn)動(dòng)，一號(hào)火山將有可能出現(xiàn)小型噴發(fā)。他們立即將分析結(jié)果交給劉博士?！傲⒖逃帽倍沸l(wèi)星發(fā)送信息給開采小組組長，告訴他，停止開采，馬上撤回基地?！眲⒉┦繘]有絲毫慌張。開采小組隊(duì)長收到信息后，回復(fù)說“收到信息，我們將馬上撤離，、海拔1998米處?！奔纯?，開采小組收拾好工具，向接頭地點(diǎn)出發(fā)。同時(shí)飛機(jī)也一齊出動(dòng)，向接頭地點(diǎn)趕去。一天后，他們順利接頭?！拔覀円寻踩宇^，預(yù)計(jì)一天后回到基地?！笨偛渴盏介_采小組通過北斗衛(wèi)星發(fā)回的信息。整個(gè)基地沒有絲毫不慌亂，是因?yàn)樗腥酥?，只要有北斗在，一切問題都能迎韌而解。“北斗超人”火山探礦，是人類的又一大舉措，世界為之震驚。劉博士及基地的所有人并沒有休息，他們?cè)诿芮嘘P(guān)注著北斗衛(wèi)星傳回的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，蓄勢(shì)待發(fā)的等待著下一次活動(dòng)——去一號(hào)火山將未開采的礦產(chǎn)采出，并且籌劃著去二號(hào)火山的計(jì)劃。但是，這一切只是開始。劉博士知道，“北斗超人”第一次執(zhí)行任務(wù)，許多問題還沒有充分暴露，所有人都會(huì)時(shí)刻準(zhǔn)備著解決可能出現(xiàn)的新的科技難題......參考文獻(xiàn)[1] 唐金元，尚新強(qiáng)，劉水．衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)機(jī)載接收設(shè)備[M]．青島：海軍航空工程學(xué)院青島分院，2005：72～86．[2] 邊少鋒，李文魁．《衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概論[M]》．北京：電子工業(yè)出版社，2005：169—1 75．[3] 周 露，劉寶忠．《北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的技術(shù)特征分析與應(yīng)用[J]．全球定位系統(tǒng)》，2004，29(4)：12—16．[4] 楊振榮．《北斗導(dǎo)航應(yīng)用進(jìn)入關(guān)鍵階段[J]．中國航天》，2006，(3) ：4—5．[5] 竇長江．《北斗導(dǎo)航衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化研究[J3．全球定位系統(tǒng)》，2006，31(5)：46—48．[6] 邊少鋒，李文魁編著．《衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)概論》，電子工業(yè)出版社．[7] 曾慶華，劉建業(yè)等著．《我國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)發(fā)展分析》，《航天控制》第24卷，第4期，2006年8月．[8] 王曉明，殷耀國，楊自明著．《全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)展》，《全球定位系統(tǒng)》2006年第4期．[9] 周露，劉寶忠著．《北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的技術(shù)特征分析與應(yīng)用》，《全球定位系統(tǒng)》2004年第4期． 第二屆“北斗杯”全國青少年科技創(chuàng)新大賽優(yōu)秀作品（大學(xué)組）科技小制作基于GPS的智能導(dǎo)航救援系統(tǒng)作者：吳家祥 荊日星 孫新苗 潘佳奇指導(dǎo)教師：張婷 吳瓊 郭玉潔（北京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，北京 海淀100081）【摘要】本救援系統(tǒng)以Freescale MC9S12XS128單片機(jī)作為控制核心，采用GPS定位、GSM通訊、無線通訊等相關(guān)技術(shù)，可準(zhǔn)確的得到被困人員位置坐標(biāo)，自行到達(dá)求救者所在方位，并實(shí)時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行無線通訊，傳回自身位置、現(xiàn)場(chǎng)圖像等有效信息，配合開展救援行動(dòng)。通過后期加入北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)北斗與GPS的組合導(dǎo)航功能，必將大大提高系統(tǒng)的可靠性與實(shí)用性，真正發(fā)揮出本救援系統(tǒng)在實(shí)際救援工作中的巨大作用。【關(guān)鍵詞】 MC9S12XS128單片機(jī)、GPS技術(shù)、無線通訊1引言本方案旨在研制開發(fā)一套多任務(wù)調(diào)度智能導(dǎo)航救援車組，該系統(tǒng)基于GPS定位、GSM通訊、無線通訊等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)救援車在上位機(jī)的調(diào)度之下，自動(dòng)行進(jìn)到達(dá)求救者所在位置，并實(shí)時(shí)與上位機(jī)進(jìn)行無線通訊，傳回自身位置、救援現(xiàn)場(chǎng)圖像的信息。本文從以下幾個(gè)方面介紹了該系統(tǒng)。首先介紹了多任務(wù)調(diào)度智能導(dǎo)航救援車的研究背景。近年來全球自然災(zāi)害頻發(fā)，威脅著人們的安全。緊急情況發(fā)生時(shí)，救援人員應(yīng)快速趕到現(xiàn)場(chǎng)開展救援活動(dòng)，但常常由于惡劣的客觀條件限制，得救援行動(dòng)實(shí)際效果并不理想。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，如何盡快與被困人員取得聯(lián)系，在保證救援人員自身安全的情況下獲得更多現(xiàn)場(chǎng)信息是該系統(tǒng)要解決的問題。其次介紹了硬件設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)由控制核心模塊，電源穩(wěn)壓模塊，GPS模塊，GSM模塊，無線通信模塊，無線攝像頭模塊，電機(jī)調(diào)速模塊等模塊。系統(tǒng)以Freescale 16位單片機(jī)MC9S12XS128為主控制核心，實(shí)現(xiàn)求救者發(fā)布求救信息以及救援車的智能控制。被困者通過手持式的GPS amp。GSM求救終端，可以實(shí)時(shí)以短信形式向救援方發(fā)送自身位置信息。救援車在行進(jìn)過程中，通過GPS裝置實(shí)時(shí)更新自身位置，并實(shí)時(shí)用無線攝像頭記錄救援現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，并上傳至上位機(jī)，救援人員據(jù)此可以了解救援現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部狀況，并在特殊情況下，切入救援車的手動(dòng)控制模式，直接在無線攝像頭的輔助下，操縱救援車的運(yùn)動(dòng)。然后介紹了軟件設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)在CodeWarrior、Visual studio 等軟件基礎(chǔ)平臺(tái)上完成的，采用c語言編寫上位機(jī)軟件，救援人員通過上位機(jī)軟件，及時(shí)對(duì)接收到的求救短信內(nèi)容進(jìn)行分析，獲取被困者的位置。上位機(jī)對(duì)路徑進(jìn)行規(guī)劃，將路徑簡化為若干個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，指揮救援車按照關(guān)鍵點(diǎn)行進(jìn)，直至到達(dá)被困者位置。最后介紹了系統(tǒng)的測(cè)試及主要參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)未來的改進(jìn)方向與發(fā)展前景進(jìn)行了展望與總結(jié)。2 研究背景近年來全球自然災(zāi)害頻發(fā)，、2011年3月11 ，并引發(fā)海嘯，，2008年6月美國密西西比沿岸發(fā)生洪災(zāi)，2010年7月下旬巴基斯坦洪災(zāi)等。與此同時(shí)，我國也是一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)的國家，容易遭受各種自然災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著人們的生命安全。以2010年為例，4月份玉樹地震造成2968人死亡，夏天洪水造成1691人死亡，甘肅省舟曲縣特大泥石流災(zāi)害，造成至少1501人遇難，264人失蹤，26470人受災(zāi)。2008年的汶川8級(jí)地震，已確認(rèn)69227人遇難，374643人受傷，失蹤17923人。世界銀行2011年3月21日在京召開發(fā)布會(huì)稱，估計(jì)到本世紀(jì)末，我國有可能成為受氣候變化引起的熱帶颶風(fēng)影響最嚴(yán)重的三個(gè)國家之一。此類緊急情況發(fā)生時(shí)，救援人員應(yīng)快速趕到現(xiàn)場(chǎng)開展救援活動(dòng)，但常常由于惡劣的客觀條件，如大霧、大雨等天氣限制，核泄漏事件中核輻射造成的安全限制，道路阻斷等路況限制，導(dǎo)致營救人員無法與被困者取得聯(lián)系，或者不能深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行偵察、施救，導(dǎo)致延誤救援時(shí)機(jī)，使得救援行動(dòng)實(shí)際效果并不理想。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，如何盡快與被困人員取得聯(lián)系，如何在保證救援人員自身安全的情況下獲得更多現(xiàn)場(chǎng)信息、開展救援行動(dòng)，都是亟待解決的問題。本項(xiàng)目組認(rèn)為，將GPS導(dǎo)航技術(shù)、無線通訊技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)有機(jī)融合，研制開發(fā)用于導(dǎo)航和搜尋的救援車，救援車導(dǎo)航的功能可以有效地提高救援效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠幫助工作人員第一時(shí)間準(zhǔn)確地到達(dá)受害者的位置，甚至能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務(wù)，在災(zāi)難救援中將會(huì)起著極其重要的作用。3 硬件設(shè)計(jì)方案．系統(tǒng)方案圖. 主控芯片F(xiàn)reescale MC9S12XS128MC9S12XS128單片機(jī)特性1）、16位的MCU 2）、增強(qiáng)型鎖相環(huán)PLL3）、總線頻率16MHZ，可以超頻到80MHZ4）、8路PWM ，RTI 定時(shí)中斷4路TIMER5）、BDM調(diào)制工具（支持對(duì)整頁的訪問）6）、16路8位、10位，12位AD7）、串行口有2個(gè)SCI，2個(gè)SPI，2個(gè)CAN總線模塊8）、片內(nèi)可編程上拉電阻最小系統(tǒng)示意圖：. 電源穩(wěn)壓模塊LM2940/LM2940C 低壓差三端穩(wěn)壓器1）、輸出電壓 5V2）、最小輸入輸出電壓差小于 IQVININPUTC1+VOUTOUTPUTCOUT22μFLM29403）、輸出電流 1A 4）、最大輸入電壓26V5）、工作溫度 6）、內(nèi)含靜態(tài)電流降低電路7）、過流、過熱保護(hù)8）、電池反接、反插入保護(hù)9）、貯藏溫度范圍10）、最大結(jié)溫，運(yùn)行溫度范圍典型應(yīng)用：管腳：等效原理圖：性能對(duì)比： 7805三端集成穩(wěn)壓集成電路輸出正5V電壓，組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，且成本較低，工作可靠。但是對(duì)于7805這樣傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓器，要求輸入電壓要比輸出電壓高出2V～3V以上，否則就不能正常工作，使用條件相對(duì)苛刻。LM2940三端集成穩(wěn)壓芯片是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的1A低壓差線性穩(wěn)壓器，當(dāng)輸入電壓和輸出電壓超過約3V時(shí)，輸出電壓穩(wěn)定在5V，輸出電流能達(dá)到1A。而LM2940作為一種LDO，其中的調(diào)整管是用P溝道MOSFET，使它上面的電壓降非常低，通常為200mV左右，比7805具有更大的優(yōu)勢(shì)。. GPS模塊（SR87）GPS定位原理：GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)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(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。如圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式)全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：全球、 全天候工作。定位精度高。應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明，GPS相對(duì)定位精度在50KM以內(nèi)可達(dá)106，100500KM可達(dá)107，1000KM可達(dá)109。在3001500M工程精密定位中，1小時(shí)以上觀測(cè)的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME5000電磁波測(cè)距儀測(cè)定得邊長比較，,。觀測(cè)時(shí)間短。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需1520分鐘；快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站觀測(cè)時(shí)間只需12分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)只需幾秒鐘。SR87 GPS模塊是一款應(yīng)用了SiRF StarⅢ芯片組解決方案的高靈敏度高性能低功耗的集成模塊。它能夠同時(shí)跟蹤到20顆衛(wèi)星同時(shí)可以提供1Hz的導(dǎo)航數(shù)據(jù)更新速率。方框圖管腳說明：管腳管腳名功能說明1VCC 5V+ ~2TXA端口A串行數(shù)據(jù)輸出3RXA端口 A串行數(shù)據(jù)輸入4NCNC5GND電源地6默認(rèn): 時(shí)標(biāo)選項(xiàng) : 重置/GPS 狀態(tài)默認(rèn): 1PPS 時(shí)標(biāo)輸出選項(xiàng): 重置輸入 (低態(tài)有效)/GPS狀態(tài)顯示(LED).相關(guān)參數(shù)：GPS接收器（SR87）芯片集SiRF GSC3e/LP頻率L1, MHzCodeC/A Code協(xié)議NMEA 0183 Default:GGA, GSA, GSV, RMCSupport:VTG, GLL, ZDASiRF binary and NMEA Command波特率4800 to 57600 bps通道數(shù)20閃存4Mbit靈敏度跟蹤：159dBm冷啟動(dòng)平均42s熱啟