【文章內容簡介】 光亮映照在劉博士微笑著的臉上。經過與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)研究中心三年的合作，“超人機器人”與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)已完美結合，“超人機器人”也已改名為“北斗超人”。“資源開發(fā)小組”和北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)研究中心的人員都十分激動，大家都期待著“北斗超人”的第一次行動...... “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?！懊魈欤倍烦恕蛯⒌谝淮芜M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驗室的監(jiān)控中心。監(jiān)控器屏幕上“北斗超人”正懸掛在大型飛機下面，快速飛往臺灣的一號火山地帶。飛機到達了事先劃定好的區(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刻了。只見“北斗超人”緩緩啟動，前進，按著設定的路線在劃定的區(qū)域范圍內開始了工作。實驗室一片歡呼，大家互相擁抱，多年來的努力沒有白費，今天，終于成功了。劉博士默默看著“北斗超人”的一舉一動，他眼中噙滿了淚水。每十米，“北斗超人”就采集一次土壤，對其進行現(xiàn)場化驗，同時將樣本儲存到置物箱中。在采集土壤的同時，“北斗超人”將小型感應器載入到土壤50米深的地方。小型感應器能夠發(fā)出微弱的信號 （微弱信號很容易被干擾），地震波的影響能夠改變這些小型機器發(fā)出的信號，北斗衛(wèi)星根據(jù)感應到的小型感應器信號的改變程度，來預測地震的發(fā)生時間與強度。一旦預測到即將有災難發(fā)生，北斗衛(wèi)星就會同時發(fā)送信息給救援中心及“北斗超人”。救援中心會及時派出人員及飛機趕往火山地帶，與“北斗超人”在指定地點接頭，回基地。所有成員無比欣慰，他們相信，國家礦產資源緊缺的問題不久就會得到解決，中國又將迎來一個輝煌的時代。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)不明礦物結構，此礦物結構超出“北斗超人”的能力分析范圍，所以“北斗超人”請求派遣專家到基地，進行進一步分析。于是，工作人員打電話通知礦產專家來基地，準備開始工作，進行分析。一個星期的不間斷工作后，機器人將劃定區(qū)域范圍內的土壤全部分析完畢，并請求總部派遣飛機將自己運基地。專家小組將“北斗超人”帶回的數(shù)據(jù)及樣本進一步分析整理之后，得出了一號火山所擁有礦產的種類以及儲存量的詳細數(shù)據(jù)。“資源開發(fā)小組”的專家們看到數(shù)據(jù)都十分震驚。一號火山附近蘊含著極其豐富的礦產資源，并且其中許多礦產正是我國目前所缺少的。這些礦產將為推動我國經濟的發(fā)展貢獻巨大力量。開采小組的成員們正焦急的等待著災害監(jiān)測組的分析結果，隨時準備出發(fā)前往一號火山。他們渴求看到那里豐富的礦產資源。實驗室中，災害監(jiān)測小組的成員根據(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，不會發(fā)生大的地殼運動，開采小組可以出發(fā)。開采小組片刻沒有耽誤，立即趕往一號火山進行礦產開采，并且嚴格控制了開采區(qū)域，避免引發(fā)地質災。此期間，災害監(jiān)測小組一直持續(xù)密切關注著北斗衛(wèi)星傳回的數(shù)據(jù)，認真分析，以防災難發(fā)生。一旦預測出近期內可能有災害發(fā)生，災害監(jiān)測小組就會通過北斗及時發(fā)送信息給開采小組，令他們及時撤離火山地帶。一個月后,開采小組已經完成了開采任務的三分之一，開采出的礦產種類極其豐富，數(shù)量可觀。實驗室中一片歡呼。開采團隊的隊員個個精神振奮，他們準備向最后一個開采區(qū)域出發(fā)。正當這時，災害監(jiān)測小組分析出三天后，一號火山附近地域可能會發(fā)生較大強度的地殼運動，一號火山將有可能出現(xiàn)小型噴發(fā)。他們立即將分析結果交給劉博士?！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。開采小組隊長收到信息后，回復說“收到信息，我們將馬上撤離，、海拔1998米處?！奔纯蹋_采小組收拾好工具，向接頭地點出發(fā)。同時飛機也一齊出動，向接頭地點趕去。一天后，他們順利接頭?！拔覀円寻踩宇^，預計一天后回到基地。”總部收到開采小組通過北斗衛(wèi)星發(fā)回的信息。整個基地沒有絲毫不慌亂，是因為所有人知道，只要有北斗在，一切問題都能迎韌而解?！氨倍烦恕被鹕教降V，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，他們在密切關注著北斗衛(wèi)星傳回的監(jiān)測數(shù)據(jù)，蓄勢待發(fā)的等待著下一次活動——去一號火山將未開采的礦產采出，并且籌劃著去二號火山的計劃。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，許多問題還沒有充分暴露，所有人都會時刻準備著解決可能出現(xiàn)的新的科技難題......參考文獻[1] 唐金元，尚新強，劉水．衛(wèi)星導航系統(tǒng)機載接收設備[M]．青島：海軍航空工程學院青島分院，2005：72～86．[2] 邊少鋒，李文魁．《衛(wèi)星導航系統(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)的技術特征分析與應用[J]．全球定位系統(tǒng)》，2004，29(4)：12—16．[4] 楊振榮．《北斗導航應用進入關鍵階段[J]．中國航天》，2006，(3) ：4—5．[5] 竇長江．《北斗導航衛(wèi)星應用產業(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)星導航系統(tǒng)相關技術發(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．《全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的現(xiàn)代化進展》，《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)的技術特征分析與應用》，《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（大學組）科技小制作基于GPS的智能導航救援系統(tǒng)作者：吳家祥 荊日星 孫新苗 潘佳奇指導教師：張婷 吳瓊 郭玉潔（北京理工大學 自動化學院，北京 海淀100081）【摘要】本救援系統(tǒng)以Freescale MC9S12XS128單片機作為控制核心，采用GPS定位、GSM通訊、無線通訊等相關技術，可準確的得到被困人員位置坐標，自行到達求救者所在方位，并實時與上位機進行無線通訊，傳回自身位置、現(xiàn)場圖像等有效信息，配合開展救援行動。通過后期加入北斗導航系統(tǒng)，實現(xiàn)北斗與GPS的組合導航功能，必將大大提高系統(tǒng)的可靠性與實用性，真正發(fā)揮出本救援系統(tǒng)在實際救援工作中的巨大作用?！娟P鍵詞】 MC9S12XS128單片機、GPS技術、無線通訊1引言本方案旨在研制開發(fā)一套多任務調度智能導航救援車組，該系統(tǒng)基于GPS定位、GSM通訊、無線通訊等相關技術，實現(xiàn)救援車在上位機的調度之下，自動行進到達求救者所在位置，并實時與上位機進行無線通訊，傳回自身位置、救援現(xiàn)場圖像的信息。本文從以下幾個方面介紹了該系統(tǒng)。首先介紹了多任務調度智能導航救援車的研究背景。近年來全球自然災害頻發(fā)，威脅著人們的安全。緊急情況發(fā)生時，救援人員應快速趕到現(xiàn)場開展救援活動，但常常由于惡劣的客觀條件限制，得救援行動實際效果并不理想。當災害發(fā)生時，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)場信息是該系統(tǒng)要解決的問題。其次介紹了硬件設計方案，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，電機調速模塊等模塊。系統(tǒng)以Freescale 16位單片機MC9S12XS128為主控制核心，實現(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，可以實時以短信形式向救援方發(fā)送自身位置信息。救援車在行進過程中，通過GPS裝置實時更新自身位置，并實時用無線攝像頭記錄救援現(xiàn)場圖像信息，并上傳至上位機，救援人員據(jù)此可以了解救援現(xiàn)場內部狀況，并在特殊情況下，切入救援車的手動控制模式，直接在無線攝像頭的輔助下，操縱救援車的運動。然后介紹了軟件設計方案，該系統(tǒng)在CodeWarrior、Visual studio 等軟件基礎平臺上完成的，采用c語言編寫上位機軟件，救援人員通過上位機軟件，及時對接收到的求救短信內容進行分析，獲取被困者的位置。上位機對路徑進行規(guī)劃，將路徑簡化為若干個關鍵點，指揮救援車按照關鍵點行進，直至到達被困者位置。最后介紹了系統(tǒng)的測試及主要參數(shù)，對系統(tǒng)未來的改進方向與發(fā)展前景進行了展望與總結。2 研究背景近年來全球自然災害頻發(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，2010年7月下旬巴基斯坦洪災等。與此同時，我國也是一個高風險的國家，容易遭受各種自然災害，嚴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害，造成至少1501人遇難，264人失蹤，26470人受災。2008年的汶川8級地震，已確認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)布會稱，估計到本世紀末，我國有可能成為受氣候變化引起的熱帶颶風影響最嚴重的三個國家之一。此類緊急情況發(fā)生時，救援人員應快速趕到現(xiàn)場開展救援活動，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)場進行偵察、施救，導致延誤救援時機，使得救援行動實際效果并不理想。當災害發(fā)生時，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)場信息、開展救援行動，都是亟待解決的問題。本項目組認為，將GPS導航技術、無線通訊技術等多學科知識有機融合，研制開發(fā)用于導航和搜尋的救援車，救援車導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間準確地到達受害者的位置，甚至能夠代替工作人員執(zhí)行搜救任務，在災難救援中將會起著極其重要的作用。3 硬件設計方案．系統(tǒng)方案圖. 主控芯片F(xiàn)reescale MC9S12XS128MC9S12XS128單片機特性1）、16位的MCU 2）、增強型鎖相環(huán)PLL3）、總線頻率16MHZ，可以超頻到80MHZ4）、8路PWM ，RTI 定時中斷4路TIMER5）、BDM調制工具（支持對整頁的訪問）6）、16路8位、10位，12位AD7）、串行口有2個SCI，2個SPI，2個CAN總線模塊8）、片內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）、內含靜態(tài)電流降低電路7）、過流、過熱保護8）、電池反接、反插入保護9）、貯藏溫度范圍10）、最大結溫，運行溫度范圍典型應用：管腳：等效原理圖：性能對比： 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，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，且成本較低，工作可靠。但是對于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，使用條件相對苛刻。LM2940三端集成穩(wěn)壓芯片是美國國家半導體公司生產的1A低壓差線性穩(wěn)壓器，當輸入電壓和輸出電壓超過約3V時，輸出電壓穩(wěn)定在5V，輸出電流能達到1A。而LM2940作為一種LDO，其中的調整管是用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。. GPS模塊（SR87）GPS定位原理：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。如圖所示，假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間△t，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個方程式)全球定位系統(tǒng)的主要特點：全球、 全天候工作。定位精度高。應用實踐已經證明，GPS相對定位精度在50KM以內可達106，100500KM可達107，1000KM可達109。在3001500M工程精密定位中，1小時以上觀測的解其平面其平面位置誤差小于1mm，與ME5000電磁波測距儀測定得邊長比較，,。觀測時間短。隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，目前，20KM以內相對靜態(tài)定位，僅需1520分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當每個流動站與基準站相距在15KM以內時，流動站觀測時間只需12分鐘，然后可隨時定位，每站觀測只需幾秒鐘。SR87 GPS模塊是一款應用了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。它能夠同時跟蹤到20顆衛(wèi)星同時可以提供1Hz的導航數(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: 時標選項 : 重置/GPS 狀態(tài)默認: 1PPS 時標輸出選項: 重置輸入 (低態(tài)有效)/GPS狀態(tài)顯示(LED).相關參數(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冷啟動平均42s熱啟