|
引言 消費者委員會(huì )對當前貨運業(yè)存在的問(wèn)題進(jìn)行了調查分析，消費者委托運輸的貴重物品在運輸過(guò)程中丟失情況嚴重，致使消費者的受損金額越來(lái)越大。物流公司常常承擔運輸貴重物品的任務(wù)，而這些貴重物品的丟失將會(huì )導致他們巨額的損失。物流公司使用傳統的 GPS定位技術(shù)跟蹤貴重物品，可以減小物品丟失的機率。但在高架橋下或城市建筑物密集等復雜地理環(huán)境中，衛星信號容易丟失；且在整個(gè)物品的運輸過(guò)程中，貴重物品放在貨車(chē)的金屬集裝箱內或者存放在室內時(shí)，利用GPS技術(shù)也無(wú)法獲得衛星定位信號，難以實(shí)現對貴重物品的有效跟蹤定位。同時(shí)，在物流公司監控系統的傳統解決方案中，GPS車(chē)載定位業(yè)務(wù)是以GSM或CDMA移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )短消息作為通信媒介的，定位和報警信息是通過(guò)手機短信的方式發(fā)送到終端用戶(hù)的，因而不便于物流公司對整個(gè)系統進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、查詢(xún)和管理。 為滿(mǎn)足物流公司跟蹤定位貴重物品的迫切需要，本文提出了一組基于GPSOne技術(shù)的解決方案。該方案既能在各種環(huán)境中實(shí)時(shí)、準確地定位，又能在發(fā)生盜竊事件時(shí)通過(guò)Internet及時(shí)報警，便于物流公司實(shí)時(shí)監控、查詢(xún)和管理，從而可以更加有效地防止物品丟失，并及時(shí)追究責任。 1 定位系統方案 使用CDMA的DTGS-800模塊定位是一種很好的物流跟蹤管理方案。該模塊基于GPSOne技術(shù)，不僅可以實(shí)現定位，而且內置TCP／IP協(xié)議棧，能方便地連入Inter-net傳輸數據，便于物流公司監控管理。 GPSOne是一種由A-GPS(Assisted Global PositionSystem，網(wǎng)絡(luò )輔助的GPS)與CDMA三角定位結合而成的混合定位技術(shù)。兩者的有機結合使兩種定位技術(shù)優(yōu)勢互補。在遠離市區的郊外和農村，CDMA三角定位技術(shù)因無(wú)線(xiàn)基站稀少而精度較差，但這些地方衛星信號較強，可充分利用A-GPS提供的位置信息實(shí)現精確定位；在城市繁華地區、大型商廈、寫(xiě)字樓等高層樓宇密集的地方或者室內，衛星信號較弱，A-GPS定位不準，但這些地區CD-MA基站較密集，可利用AFLT(Advanced Forward LinkTrilateration，高級前向鏈路三角定位法)技術(shù)克服A-GPS的定位盲區缺點(diǎn)，實(shí)施精確定位。 同時(shí)，DTGS-800模塊采用的是機卡分離技術(shù)，只要將一片R-UIM卡開(kāi)通上網(wǎng)和GPSOne定位功能，然后插入模塊就可獲得上網(wǎng)和定位服務(wù)。 DTGS-800模塊自帶TCP／IP協(xié)議棧，只需通過(guò)單片機給模塊相應的命令，模塊就能自動(dòng)通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式使用TcP協(xié)議連接到Internet。進(jìn)行連接前，設定所連接的IP地址和端口號為監控端服務(wù)器的IP地址和端口號，就可以實(shí)現Internet數據傳輸功能。監控服務(wù)器上打開(kāi)相應的軟件接收這些信息然后保存到數據庫，利用GIS(Geographic Information System，地理信息系統)即可實(shí)現實(shí)時(shí)跟蹤和查詢(xún)物流車(chē)輛及物品的位置等功能，便于物流公司實(shí)時(shí)監控和管理。整個(gè)定位系統如圖1所示。 
定位系統包括定位終端、CDMA網(wǎng)絡(luò )、衛星系統及物流公司監控平臺4個(gè)部分。定位終端通過(guò)衛星或者CD-MA基站獲取了當前的時(shí)間、經(jīng)緯度信息后，通過(guò) CDMA網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到Internet上，物流公司監控平臺利用軟件接收來(lái)自Internet的相應信息。只要R-UIM卡開(kāi)通了CD-MA的GPSOne 定位和上網(wǎng)功能，就可獲得CDMA網(wǎng)絡(luò )和衛星系統的相應服務(wù)。數據傳輸的過(guò)程可視作透明傳輸，即可看作數據直接從定位終端發(fā)送到物流公司監控平臺上。 整個(gè)定位系統的工作方式如下：將DTGS-800模塊、行程開(kāi)關(guān)、天線(xiàn)和其他輔助電路封裝成一個(gè)獨立單元制成定位終端，固定在存放物品集裝箱的開(kāi)箱口。運輸過(guò)程中，當集裝箱密封完好并正常運輸時(shí)，此定位終端可以定時(shí)向監控平臺發(fā)送經(jīng)緯度、時(shí)間等信息；而當集裝箱被非正常開(kāi)啟時(shí)會(huì )觸及行程開(kāi)關(guān)，該定位終端可及時(shí)向監控平臺發(fā)送報警信息和定位信息。物流公司通過(guò)監控平臺接收這些信息并結合物流調度表，分析事發(fā)時(shí)的物流情況，即可判斷是否發(fā)生異常，并及時(shí)作出處理，從而實(shí)現物流過(guò)程跟蹤、防盜、查詢(xún)和管理等實(shí)時(shí)監控功能。 2 系統硬件設計 定位終端硬件總體框圖如圖2所示。
2．1 系統組成 整個(gè)定位終端系統包括電源和電池供電模塊、MCU模塊及外圍電路、DTGS-800模塊及外圍電路。由一片單片機來(lái)控制具有定位功能的DTGS-800，它們之間的通信是通過(guò)串口來(lái)完成的。由于所選單片機和DTGS-800的工作電平都在各自的工作電平范圍之內，所以可以直接互連，無(wú)需額外的電平變換電路。DTGS-800采用機卡分離技術(shù)，提供與R-UIM卡的連接接口。 2．2 系統各模塊設計 2．2．1 電源和電池供電模塊 電源供電部分包括兩部分：專(zhuān)門(mén)的電池供電和汽車(chē)電源供電。整個(gè)終端系統使用的是專(zhuān)門(mén)的電池供電，在運輸行程較長(cháng)而導致電池供電不足時(shí)，系統電壓檢測電路會(huì )發(fā)出報警，這時(shí)可以轉換成由汽車(chē)電源對其進(jìn)行供電。下面從兩個(gè)方面介紹電源部分。 專(zhuān)門(mén)的電池供電。DTGS-800供電有兩種方法：電池供電(VBATT_INT引腳輸入)和外部供電(VEXT_DC引腳輸入)。當用電池供電時(shí)，要求供電電壓VBATT_INT范圍為+4．O V±10%。因此選用的是容量為10Ah、輸出電壓為3．7 V的鋰聚合物電池。由于選擇的單片機是3．3 V供電，故電池在向單片機供電時(shí)需加一片LDO(低壓差線(xiàn)性穩壓器)芯片MIC5219，其最小壓差可以達到0．3 V，滿(mǎn)足設計要求。 汽車(chē)電源供電。目前汽車(chē)用的電池多為鉛酸蓄電池，小型汽車(chē)用電池一般為12 V，大中型汽車(chē)(柴油發(fā)動(dòng)機)為24 V。DTGS-800啟動(dòng)時(shí)首先要初始化系統和尋找網(wǎng)絡(luò )，功耗較高，約300～500 mA，穩定下來(lái)后最高功耗(打電話(huà)或者上網(wǎng)、定位的情況下)大約在300 mA。設計時(shí)要留有余量，因此供電電源要求在外部供電(VEXT_DC)的情況下能有4．5～5 V、1 A的穩定直流供電，最高不能超過(guò)5．5 V�？紤]到壓差較大，且要求輸出電流大于1 A，選用的是輸出電壓為5 V、輸出電流最大為3 A的DC-DC(開(kāi)關(guān)電源)芯片LM2576-5。與LDO壓差較大時(shí)功耗高且轉換效率低的缺點(diǎn)相比，DC-DC電源芯片具有較高的轉換效率，且在壓差較大時(shí)保證功耗不會(huì )太大。電源及電池供電模塊電路如圖3所示。
2．2．2 MCU模塊及外圍電路 MCU選用的是宏晶科技公司的STC12LE5410AD，其工作電壓為3．3 V，便于在所選定的系統電源下工作。這是一款帶A／D轉換的單片機芯片，具有超強抗干擾的特性，并且具有超低的功耗，正常工作時(shí)電流僅為4～7mA，空閑時(shí)電流<1 mA。它的工作周期僅為一個(gè)時(shí)鐘周期，可以大大降低使用的晶振頻率，從而降低EMI(Elec-tromagnetic Interference，電磁干擾)。STC12LE5410AD具有引腳少、體積小、價(jià)格低、使用方便等特點(diǎn)，可降低開(kāi)發(fā)成本，縮短開(kāi)發(fā)周期。 MCU外圍電路包括晶振電路、復位電路、開(kāi)關(guān)檢測電路和電壓測量部分。開(kāi)關(guān)檢測電路用來(lái)檢測行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作，電壓測量部分利用單片機的A／D轉換功能是來(lái)測量DTGS-800供電的電池電壓，當檢測到電池電壓不足時(shí)會(huì )發(fā)出報警，此時(shí)需將供電部分轉換到汽車(chē)電源上。MCU及外圍模塊電路如圖4所示。
2．2．3 DTGS-800模塊及外圍電路 CDMA模塊選用的是美國高通公司帶有GPSOne定位功能的集成MSM6050芯片組的DTGS-800。此模塊接口共有100個(gè)引腳，可提供電話(huà)、短信、音頻、傳真、定位、上網(wǎng)和數據傳輸等功能，還提供多種用戶(hù)接口，如串口、鍵盤(pán)及LCD等接口，用戶(hù)可方便地根據需要進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 DTGS-800與單片機接口使用的是3線(xiàn)(TXD，RXD，GND)串口，利用AT指令可以實(shí)現打電話(huà)、發(fā)短信及定位等功能，但是在上網(wǎng)和數據傳輸時(shí)需要接串口的流控信號(如RTS、CTS及DTR等)。RTS為請求發(fā)送信號；CTS為清除發(fā)送信號，起流控作用；DTR為數據終端準備好信號，用來(lái)指示上網(wǎng)時(shí)數據連接的有效性，系統中使用單片機的一個(gè)I／O口來(lái)控制。當DTR=1時(shí)，表示允許數據連接。此時(shí)單片機向DTGS-800發(fā)送上網(wǎng)指令，DTGS -800就被允許連接到Internet，單片機即可通過(guò)串口控制DTGS-800向指定IP地址和端口號的服務(wù)器上傳輸數據。注意，當模塊處于數據連接有效狀態(tài)時(shí)，是不響應任何AT指令的。當數據傳輸完畢時(shí)，將DTR置0可斷開(kāi)數據連接，此時(shí)DTGS-800就可以再次響應AT指令。 3 系統軟件設計 單片機與DTGS-800通信，分為單片機控制DTGS-800執行相應的功能，以及控制 DTGS-800通過(guò)網(wǎng)絡(luò )向監控服務(wù)器傳輸數據2部分。單片機控制DTGS-800執行相應的功能，只需要通過(guò)串口給DTGS-800發(fā)送AT指令，不同的AT指令可以實(shí)現不同的功能。AT命令是以“AT”為首，
例如，當發(fā)送的數據是定位信息時(shí)，幀數據依次是：16字節的R-uIM卡號碼(通常為11字節)，類(lèi)似于手機號碼，不夠16字節時(shí)，后面補0x00；1字節的數據內容長(cháng)度，用來(lái)說(shuō)明每幀幀頭后面發(fā)送的數據內容的字節數；1字節的命令標識，表明發(fā)送的數據幀的意義，如果是定位信息，則發(fā)送的是0x12；緊接著(zhù)是數據內容。在通信協(xié)議里還規定了不同信息內容的數據格式。 系統軟件工作過(guò)程如下：在運輸過(guò)程中，單片機使用定時(shí)器定時(shí)向監控平臺服務(wù)器發(fā)送定位信息。發(fā)送的數據格式遵照前面所述的通信協(xié)議數據格式。首先，單片機向DTGS-800發(fā)送定位指令“AT+GPSSRT”，CD-MA模塊完成定位后向單片機返回定位信息。單片機對此信息進(jìn)行解析，提取經(jīng)緯度及當前時(shí)間等有效信息后對數據進(jìn)行轉換；再向模塊發(fā)送上網(wǎng)指令“ATDT1123”，數據連接狀態(tài)有效后，就開(kāi)始向監控服務(wù)器發(fā)送定位信息。當行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，首先要發(fā)送上網(wǎng)指令和報警信息，然后按照上面的步驟進(jìn)行通信。軟件流程如圖5所示。
注意：在TCP連接并發(fā)送數據時(shí)使用了握手機制，即應答機制。為使系統的流程更加清晰，圖5中未給出握手過(guò)程。當DTGS-800模塊向監控端發(fā)送數據時(shí)，監控端需要根據情況返回應答信號；模塊如果在規定的時(shí)間內沒(méi)有得到應答，默認為連接超時(shí)。為避免在TCP連接過(guò)程中由于沒(méi)有收到應答而出現死機情況，系統中運用了超時(shí)重傳機制，保證了通信的可靠性。 結語(yǔ) 傳統的GPS定位技術(shù)在物流中應用時(shí)，除了使用GPS模塊之外，還需要另外使用GSM模塊等其他輔助硬件才能實(shí)現定位報警功能。而在本文基于GPSOne 技術(shù)的定位終端中，DTGS-800模塊融合了定位、GSM及CDMA網(wǎng)絡(luò )服務(wù)等多種功能，集成度和性?xún)r(jià)比高。系統測試表明，本方案在樓群密集的市區或者室內實(shí)現了精確定位，克服了GPS技術(shù)定位盲區的缺點(diǎn)。此系統裝置體積小，便于安裝在物品集裝箱內；定位數據能及時(shí)地通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到物流公司的監控平臺服務(wù)器上，便于實(shí)時(shí)監控和管理；還可以在發(fā)生物品被盜事件時(shí)及時(shí)報警，便于物流公司查清事實(shí)，追究責任，在一定程度上能防止物流公司內部員工盜竊。 參考文獻 1. 上海國際海事信息與文獻網(wǎng).貨運中貴重物品丟失嚴重[EB/OL],2006[2009-01-15].http://www.simic.net.cn/news/detail.jsp? id-726. 2. 蔡熙雁.CDMA GPSONE定位技術(shù)介紹及在物流行業(yè)應用的探討[J].移動(dòng)通信,2003(S2):190-193. 3. 蔡青青,陳家松,周青松.基于ARM7的車(chē)載定位終端系統設計[J].航空計算技術(shù),2007,37(2):77-79. 4. AnyDATA.NET Inc.CDMA Data Terminal DTGS-800 Reference Manual Application Information. 5. AnyDATA.NET Inc.CDMA模塊使用注意事項. 6. AnyDATA.NET Inc.AnyDATA模塊使用說(shuō)明. 7. AnyDATA (Shanghai) Co.,Ltd.AnyDATA CDMA module AT手冊[DTE與ME之間的AT協(xié)議]. 作 者：華中師范大學(xué) 徐慧平 黃光明 作者：《單片機與嵌入式系統應用》 來(lái)源：2009（8） |
