基于GPS9808的智能定位系统设计方案

     摘要： 提出了一种以OEM模块GPS9808和MSP430F169单片机为核心器件的智能定位系统的设计方案。同时介绍了GPS9808和MSP430F169的主要功能及特点， 给出了由GPS9808和MSP430F169单片机、GSM短消息模块TC35i所组成的物体智能定位系统的软硬件实现方法。经过测试， 该系统的性能得到验证， 也取得了良好的效果。

　　0 引言

　　在移动物体监控系统中， 通常需要将移动物体的定位数据通过无线数据通信平台回传到监控中心。常用的无线数据通信平台分为公网和专网两大类。其中公网指的是GPRS、CDPD、GSM等无线数据网； 专网则是指为监控系统专门建立的无线数据通信网。采用公网的无线监控系统一般具有投资小、覆盖面大、系统维护量小等优点， 但其实时性较差， 不能进行GPS差分定位。而用GPS等专网系统不但可对目标进行监控， 而且可采用时分复用方式进行数据传输，同时， GPS等专网系统还可充分利用无线频率资源， 而且其传输速度快、实时性好， 并可进行GPS差分定位， 定位精度很高。因此， 专网的GPS移动物体监控系统尤其适合于军事以及公安、消防、公交、金融运钞等对实时性要求较高的场合。

　　GPS等专网系统的数传终端在系统中的主要作用是实现GPS差分定位与无线通信。本文将介绍Leadtek公司的OEM模块GPS9808在智能定位系统中的应用。该定位系统采用超低功耗MSP430单片机与GSM通讯模块TC35i结合， 并具有功耗低， 体积小， 便于隐蔽安装， 同时又可满足用户在很远距离也能及时掌握监控物体状况等多功能的需要。

　　1 定位系统硬件结构

　　该智能定位系统采用GPS9808模块来搜索物体的位置、速度等状态信息， 通过MSP430F169单片机来处理这些信息和检测物体中安装的传感器状态， 并利用GSM模块TC35i和用户建立通讯和控制联系。图1所示是本智能定位系统的硬件实现组成图。该系统包括GPS定位模块、CPU控制模块、通讯模块、传感器检测模块、声光告警模块、电源管理模块等， 具有体积小， 功耗低，功能多等特点， 是一种性价比较高的智能定位系统。

图1 智能定位系统的硬件框图

　　本系统中的GSM通信模块采用SIENENS的TC35i。TC35i是SIEMENS公司专为GSM通信设计的专用模块， 具有语音、数据、传真和点对点短信功能， 可工作于EGSM 900和GSM 1800频段，其重量仅10 g， 可在3.5～4.8 V的电压范围内正常工作， 并可输入8～20 V/500 mA的直流电。该模块内部有自动充电控制电路， 通信速率为19.2kbps； 光报警电路采用ISD4004集成语音芯片和发光LED， 同时结合驱动和功放电路来实现， 因而可方便地实现语音录放和灯光闪烁， 用于给监控系统进行安全提示和报警； 传感器检测电路用来实现对物体信号的检测， 同时按指令进行电源控制； 电源管理电路主要由LP3966和TC1017完成， 这两款电源管理芯片可分别提供3.6 V和3.3V的供电电压， 他们在节能关断模式下的电流都仅为0.05 μA左右， 使用备用电池供电即可满足系统长期需要， 故可有效防止人为对物体电源的破坏， 提高系统的安全系数。

　　2 主要器件选择

　　2.1 MSP430F169的主要特点

　　MSP430F169 是一种采用16-Bit RISC 架构，最高运算速度可达8MIPS 的单芯片微控制器， 是专为低功耗应用需求而设计的一种微控制器。可广泛应用在要求待机时间超常的便携式产品和系统中。 [p]

　　MSP430F169有五种省电工作模式， 从LPM3待机模式（消耗2.6 μA@Vcc=3） 恢复到正常工作模式（消耗500 μA@Vcc = 3， 1 MIPS ） 时， 其唤醒时间小于6 μs， 而且允许双外部工作频率输入， 内部还整合了多款低功耗外围模块。

　　MSP430F169的主要特点如下：

　　◇ 内含60 kB+256 Byte的低电压Flash模块，可用于存储控制器的程序代码和数据。其中2 kB随机存取内存（RAM） 可在LPM4待机模式下储存在RAM内的数据；

　　◇ 内建一组基本RC振荡频率DCO， 当外部供应芯片的电源电压为3.6 V时， 其最大工作频率为8 MHz， 并允许两个独立的外部工作频率输入，同时也可串接一组外接低/高频振荡源；

　　◇ 计时模块可提供一组看门狗定时器， 并可由其将系统重置在一组基本定时器、两组完整功能的16位定时器， 具有上数、上下数、连续、暂停计时等模式可选；

　　◇ 内含12位8通道连续逼近式（SAR） 模数转换器， 最大转换速度可达200 kHz， 同时内建1.5 V和2.5 V的参考电压和取样保持电路， 并具有自动扫瞄功能；

　　◇ 具有2组12位数模转换电压输出， 两组D/A可由程控同步输出；

　　◇ 内有一组模拟电压比较器， 可直接将输出信号提供给计时模块， 以便其抓取；

　　◇ 可提供两组USART， 可做为异步、同步传输（支持SPI 3Pin、4Pin传输） 以及I2C接口；

　　◇ 内含硬件乘法器， 使用时， 只需将操作数放到特定缓存器内， 就可在下一个机器周期将结果取回， 而且运算过程不需处理器的参与。可进行无符号（+、-号） 相乘、有符号相乘、无符号相乘累加、有符号相乘累加等四种模式的运算；

　　◇ 具有3个内部DMA控制器， 可方便地将数据在两个内存地址之间移动。 [p]

　　2.2 GPS9808的功能与特点

　　GPS9808是Leadtek （丽台） 公司推出的一款功能强大、性能卓越的OEM模块。GPS 9808在保持以前OEM 模块优点的基础上， 又进行了改良，是具有结构小巧、性能优良等特点的低功耗12通道模块。它的热启动时间小于8 s， 重捕时间小于0.1 s； 定位精度在差分模式（DGPS） 下小于5 m；接口采用串行TTL电平， 数据格式可支持标准的NMEA-0183， SiRF二进制协议。该模块的外部射频金属保护， 可保证在嘈杂环境下保证最佳性能。GPS 9808的外形尺寸为24×20×2.6 mm， 功耗仅为215 mW， 非常适合在对功耗、体积要求较高的系统中应用。GPS9808的引脚排列如图2所示， 各引脚的功能如表1所列。

图2 GPS9808的引脚排列图

表1 GPS9808的引脚功能描述

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　　3 MSP430F169和GPS9808的接口电路

　　本系统的CPU采用超低功耗16位处理器MSP430F169， 采用1.8～3.6 V低电压供电， RAM数据保持方式下， 其耗电仅0.2 μA， 活动模式耗电330 μA /MIPS， 在8MHz晶振工作时， 其指令速度可达8 MIPS， 同时具有强大的处理能力。图3所示是MSP430F169单片机和GPS9808的接口电路。

图3 GPS9808与MSP430F169的接口电路图

　　4 软件协议实现

　　GPS9808与单片机的通讯协议采用模块支持的NMEA-0183通讯协议， 该协议能提供GGA、GSA、GSV、RMC、VTG、GLL等多种可选格式。

　　在和GPS通讯时， 考虑到实际需要和功耗等问题，系统可每5 s更新一次经纬度和时间数据。本设计选择模块默认的输出RMC数据格式， 在和卫星的通讯正常时， 其接收到的数据格式如下：

　　$GPRMC， 204700， A， 3403.868， N，11709.432， W， 001.9， 336.9， 170698， 013.6， E*6E用户与定位系统间的通讯协议主要用于提供控制物体状态以及查询物体位置信息等功能， 本系统需要GPS9808提供的数据功能主要有： 物体定位信息查询、物体正常区域范围设置、物体跟踪设置等。因此， 一般不需要NMEA 0183通讯协议所能提供的全部信息， 而只需要从中挑选出本设计用得着的时间、经纬度、速度等数据位信息。

　　整个定位系统的软件采用C语言实现， 由于功能较多， 协议非常复杂， 本文仅给出需要GPS9808数据位较多的物体定位信息， 本系统的发送协议的数据格式如表2所列。

表2 定位信息的发送数据格式(定位系统—>用户）

　　5 结束语

　　本文阐述了Leadtek公司的定位模块GPS9808应用于物体智能防盗系统的方法和实现。拓宽了物体防盗系统设计的新思路， 采用它所设计的新型智能定位系统不仅具有技术先进、方便、功能强大等特点， 而且具有低功耗、体积小便于隐蔽安装、采用独立电源系统不易破坏、用户可远程控制物体状态等独特优点。是目前一种非常实用的智能型物体防盗系统， 其可靠的性能经过测试和实际应用， 取得了良好的效果。