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現在以GPS（全球衛星定位系統）為核心的GIS（地理信息系統）設備正進(jìn)入普及應用階段。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，各種移動(dòng)定位終端已經(jīng)深入我們的生活，而同時(shí)人們需要更多基于位置的安全保障，于是也向GPS提出了新的要求，能否提供一種嵌入式GPS，提供安防聯(lián)防諸如巡查過(guò)程中保安移動(dòng)信息服務(wù)，位置監控調配服務(wù)等。不言而喻，GPS、微型嵌入式終端等新技術(shù)，必然成為GIS中一個(gè)新興的重要研究領(lǐng)域。 本設計主要實(shí)現電子巡查系統(圖1)智能終端兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節：GPS信息獲取以及空間位置信息、總臺命令的無(wú)線(xiàn)交互傳輸。 系統設計 以往的保安巡查沒(méi)有太多設備，人均一個(gè)對講機，一條警棍。隨著(zhù)GPS的出現，基站即總臺對每個(gè)保安的地理位置信息的掌握成為可能。即每個(gè)保安配備一套GPS定位設備，以及一套將自身位置信息發(fā)送給總臺的無(wú)線(xiàn)收發(fā)設備。由于給每個(gè)保安重新配備一套設備成本高昂，而且淘汰已有的對講機不夠現實(shí)，于是，將對講機作為已有的信道載體，便一舉兩得，只須對舊的對講機作局部電路的調整修改，就能既方便又實(shí)際地構筑前所未有的安全體系。 圖1 電子巡查系統應用 利用主板與各個(gè)功能模塊的結合組成移動(dòng)智能終端。它包括MCU即單片機AT89S52、GPS接收模塊、模擬調制解調芯片MSM6882、液晶顯示模塊LCD1602、語(yǔ)音合成芯片XF1M01，見(jiàn)圖2。 移動(dòng)智能終端完成正向GPS數據采集、處理和發(fā)送，以及反向對總臺命令進(jìn)行接收、識別、執行。 其中GPS模塊一秒鐘輸出一次GPS信息，MCU將其收錄，并在顯示模塊上顯示自身經(jīng)緯度和時(shí)間日期。然后通過(guò)調制解調芯片將數據加載到對講機然后無(wú)線(xiàn)傳輸給總臺，完成正向任務(wù)。 圖2 智能終端結構 接著(zhù)會(huì )有大約半秒種時(shí)間段等待總臺命令，若收到總臺的命令，即根據數據幀判斷命令類(lèi)型，提取相應數據，經(jīng)MCU處理后執行相應的顯示操作和語(yǔ)音提示操作，完成反向任務(wù)。 當終端接收到目標命令信息并處理執行后，重新發(fā)送回總臺時(shí)前導碼改變以表示命令接收成功，使總臺作出相應處理。例如前導碼可以從“start”變成“start1”。 和以往功能單一，界面欠缺人性化的便攜式設備相比，這個(gè)GPS數據采集處理傳輸一體化智能終端有了功能的擴展。首先，每個(gè)保安可以在LCD顯示屏上看到自己的所在經(jīng)緯度、時(shí)間日期等信息，給保安一個(gè)直觀(guān)，清晰的地理位置感。另外，可以實(shí)時(shí)接收來(lái)自總臺的命令信息，經(jīng)MCU處理后，將總臺派遣前往的地點(diǎn)經(jīng)緯度現實(shí)在LCD屏幕與自身位置加以對比，實(shí)現信息的透明化。另一個(gè)改進(jìn)是語(yǔ)音提示智能化以及角度偏置的計算，通過(guò)接收總臺發(fā)出的目標派遣地點(diǎn)經(jīng)緯度，與自身位置比較后，明確清晰地提示保安該往什么方向走多遠。系統終端采用51系列的單片機作MCU。用調制解調芯片把信號加載到對講機實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸代替獨立的無(wú)線(xiàn)通信模塊。液晶屏選取簡(jiǎn)單易用的LCD1602。方案大大降低成本，而且穩定可靠。 系統必須制定一個(gè)合理的流程(圖3)以便充分發(fā)揮MCU對數據采集、處理、傳輸等功能。 為了使系統工作盡量的穩定，功能盡量的多（上行下行都有各自的處理執行時(shí)間），以及數據更新盡量的快（GPS數據一秒一幀，系統處理不夠用可將其改成兩秒一幀），系統必須制定一個(gè)合理的時(shí)序以便統一分配時(shí)間。 圖3 終端工作流程 MCU控制各個(gè)功能模塊工作可參考圖4的時(shí)間安排。 圖4 終端MCU控制時(shí)序分配 如圖4所示，在1秒時(shí)隙內，先接收GPS信號（圖中GPS表示），經(jīng)采集后再發(fā)送給調制芯片（圖中Send_data），然后控制LCD顯示（圖中LCD），顯示完畢后開(kāi)始等待接收總臺命令信號，等待直至下一秒的到來(lái)，相隔大約0.6秒。若下一秒到來(lái)前沒(méi)有命令信號則轉入下一個(gè)循環(huán)；若下一秒到來(lái)前有接收到命令信號則進(jìn)入接收程序（圖中Receive_data），經(jīng)過(guò)短暫的數據處理時(shí)間段（圖中process）后再啟動(dòng)顯示（圖中LCD2），然后驅動(dòng)語(yǔ)言芯片發(fā)音（圖中Speak）。成功收到命令信息后，下一周期的“Send_data”將改變前導碼以反饋給總臺。 硬件電路設計 圖5 智能終端整體硬件電路 MCU 本設計采用AT89S52作為MCU，其中P0口與P1口的2，3，4控制LCD1602；P1口的5，6，7作為同步串口控制調制解調芯片MSM6882；串口的RX接收GPS數據，TX發(fā)送語(yǔ)音數據(見(jiàn)圖5)。 GPS模塊 設計采用u-blox公司的GPS接收模塊nr-86，該模塊體積小重量輕，集成高靈敏度、低功耗的NemeriX芯片方案于設計中。本模塊能快速定位,1Hz導航更新頻率，并可以對16顆衛星進(jìn)行同時(shí)跟蹤。支持WGS-84的數據協(xié)議。它接口簡(jiǎn)單，TTL電平串口輸出NMEA-0183格式的數據，只須連接模塊的TX端與51單片機的RX端，另外單片機P1.0與模塊的RESET端相連，以控制模塊復位。本設計采用NMEA默認格式中的$GPRMC協(xié)議，是由于該協(xié)議精簡(jiǎn)，信息覆蓋面廣，數據容易被單片機采集處理。 調制解調芯片MSM6882 在設計時(shí)，89S52單片機通過(guò)同步串口與該芯片相連，然后由芯片把信號調制到模擬信道，再將信號加載到對講機（PTT）上，由對講機實(shí)現無(wú)線(xiàn)傳輸。單片機CLK引腳的輸入時(shí)鐘周期應在0.42μs到1.35μs范圍內，通過(guò)可調電阻調節調制信號輸入到電臺的幅值。信號一路經(jīng)信號限幅后送入MSM6882的AI引腳，另外一路經(jīng)放大、檢波、幅值比較后送 入單片機，以作為載波檢測信號。當系統檢測到該信號時(shí)，可以采取延時(shí)發(fā)送的方式來(lái)避免同頻干擾和信道阻塞。 語(yǔ)音合成芯片XF1M01 語(yǔ)音合成芯片XF1M01通過(guò)異步串口接收待合成的文本，它內含GB-2312漢字字庫，外接單支三極管驅動(dòng)揚聲器，即可實(shí)現文本到聲音（TTS）的轉換，設計中音頻輸出通過(guò)功放再送給揚聲器，以獲得較大音量，適應戶(hù)外環(huán)境。只須送給它漢字的內碼(即16位二進(jìn)制字符)，即可讀出一字，多送多讀，因此對存放空間的要求要低，適合電子巡查系統的應用。芯片空閑時(shí)Ready端輸出低電平，因此將其連至單片機P3.2，單片機即可掃描該引腳，當芯片空閑時(shí)就通過(guò)異步串口給它發(fā)送數據。傳輸波特率由Baud_0、Baud_1兩個(gè)引腳決定，設計中采用的是9600bps。單片機的P1.1與芯片RESET端相連以控制芯片復位。 結語(yǔ) 設計了一個(gè)嵌入式智能移動(dòng)定位終端，經(jīng)過(guò)實(shí)物調試成功。巧妙利用低成本硬件實(shí)現了GPS的信號采集、處理、傳輸等的功能。設計通過(guò)低成本的設備改良制作出了智能移動(dòng)終端，實(shí)現總臺對保安位置等信息的掌握，監控。本設計巧妙地運用原有對講機網(wǎng)絡(luò )作為數字通信媒介，使得成本更低應用更方便。另外語(yǔ)音合成文本芯片的運用簡(jiǎn)化了硬件的開(kāi)發(fā)。 |
