0 引言
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，無線通信已經(jīng)普及,。接觸式監(jiān)控已經(jīng)不能滿足社會的發(fā)展，移動定位監(jiān)控系統(tǒng)應運而生,。本文討論基于SoC單片機技術(shù)的定位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計,。該系統(tǒng)由2部分組成：定位終端和監(jiān)控中心。定位終端以C8051F021作為核心微處理器,，通過2個串口與SIEMENS M-C35i GPRS模塊和GR-87衛(wèi)星接收模塊進行串行通信,，接收GPS接收機發(fā)出的定位數(shù)據(jù)并控制SIEMENS MC35i GPRS模塊。該系統(tǒng)采用看門狗電路,，以保障控制器的正常運行,。定位終端所采集的定位信息通過GPRS網(wǎng)絡，以短信的形式發(fā)送到監(jiān)控中心,。本文以VC為開發(fā)平臺,，采用VC++進行MapX二次開發(fā)制作電子地圖，從而在監(jiān)控中心實現(xiàn)了定位信息的采集,、處理和顯示,。實際定位過程表明：該系統(tǒng)定位精度高、信息傳輸速率快,。
1 系統(tǒng)總體設(shè)計
該設(shè)計主要由基于SoC技術(shù)的單片機C805lF021,，SIEMENS MC35i GSM／GPRS模塊和GR-87衛(wèi)星接收模塊組成,。定位終端以C8051F021作為核心控制器，通過兩個串口UART0,，UART1分別控制SIEMENS MC35i GSM／GPRS模塊和GR-87衛(wèi)星接收模塊進行串行通信,，并控制SIEMENS MC35i
GSM／GPRS模塊以GPRS服務形式把數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控中心。SoC單片機C8051F021接收來自GR-87衛(wèi)星接收模塊的定位信息,，并對接收的信息進行校驗,，選擇所需信息再添加相應的代碼，組成數(shù)據(jù)包,，然后將它們存儲在C8051F021內(nèi)置的FLASH(程序儲存器FLASH上有只用于數(shù)據(jù)的臨時儲存器)上,。
采集、處理,、顯示定位信息在上位機上,，由電子地圖完成。監(jiān)控中心通過調(diào)用MapX的接口函數(shù),，實現(xiàn)電子地圖的一系列功能來處理和顯示定位信息,。
SIEMENS MC35i GSM／GPRS模塊有SMS和GPRS通信兩種數(shù)據(jù)工作模式。模塊上電啟動過程為3～5 s,，若SIEMENS MC35i GSM／GPRS模塊接有有效的SIM卡,，模塊將附著在GPRS網(wǎng)絡上，通過串口以AT指令的方式要求模塊將經(jīng),、緯度信息以短消息的形式發(fā)到監(jiān)控中心,，當然監(jiān)控中心也可以通過模塊發(fā)送相關(guān)的指令給SoC單片機，SoC單片機分析所接受的指令,，然后通過I／O口做出相應處理,。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)
2．1 核心控制器的實現(xiàn)
系統(tǒng)使用的單片機是CYGNAL公司生產(chǎn)的SoC單片機C8051F02X,，該單片機是集成的混合信號系統(tǒng)級芯片,，具有與8051兼容的微控制器內(nèi)核(運算速度高達25 MIPS)，與MCS-51指令集完全兼容,；C8051F單片機具有片內(nèi)調(diào)試電路,，通過4腳JTAG接口，可以進行非侵入式,、全速的在系統(tǒng)調(diào)試,；C8051F高速SoC的芯片上還集成了構(gòu)成單片機控制系統(tǒng)所需的幾乎所有模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件(包括ADC,、DAC,、可編程增益放大器、電壓比較器、電壓基準,、溫度傳感器,、SMBus／I2C、UART,、SPI,、定時器、可編程計數(shù)器／定時器陣列PCA,、內(nèi)部振蕩器,、看門狗定時器及電源監(jiān)視器等)。這些外設(shè)的高度集成,，為設(shè)計小體積,、低功耗、高可靠性,、高性能的單片機應用系統(tǒng)提供了極大的方便,，可大大降低系統(tǒng)的整體成本。
控制器采用串口和GPS以及GPRS進行通信,；引出JTAG串行接口,，即全速、非侵入式的系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi)),，通過該接口能對控制器內(nèi)部FLASH存儲器進行系統(tǒng)編程,，并可與片內(nèi)調(diào)試支持電路通信。
本系統(tǒng)把單片機的P0．0,，P0．1,，P0．4配置為GPRS模塊的輸入、輸出和啟動,，通過三極管啟動GPRS后接收和發(fā)送定位信息,；P0.2，P0.3配置為GPS模塊的輸入和輸出,，來獲取定位信息。
2．2 SIEMENS MC35i GPRS模塊
MC35i是SIEMENS公司推出的新一代無線通信GPRS模塊,，MC35i模塊主要由GSM基帶處理器,、GSM射頻模塊供電模塊(ASIC)、FLASH,、ZIF連接器天線接口6部分組成,。通過獨特的40引腳的ZIF連接器實現(xiàn)電源、連接指令,、數(shù)據(jù),、語音信號及控制信號的雙向傳輸。通過ZIF連接器及50 Ω天線連接器可分別連接SIM卡座和天線。MC35i的40個引腳通過ZIF連接器分別與電源電路,、啟動與關(guān)機電路,、數(shù)據(jù)通信電路、語音通信電路,、SIM卡電路,、狀態(tài)指示燈電路等連接。MC35i外圍接口電路如圖2所示,。
2．3 GR-87衛(wèi)星接收模塊
GPS信號接收機功能：捕獲按一定衛(wèi)星高度截止角度所選擇的待測衛(wèi)星的信號,，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換,、放大和處理,，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文,，實時地計算出測量站的三維位置,，甚至三維速度和時間，最后經(jīng)過標準的I／O口輸出定位數(shù)據(jù),。本系統(tǒng)采用臺灣長天科技股份有限公司(HOLUX)的GR-87衛(wèi)星接收模塊來獲得定位數(shù)據(jù),。GPS接收機的輸出語句均按串行通信協(xié)議，數(shù)據(jù)格式為8個數(shù)據(jù)位,，1個起始位,，1個停止位，無奇偶校驗,，可以根據(jù)需要選擇波特率,，本系統(tǒng)選擇波特率為4 800 b／s。本系統(tǒng)中接收NMEA格式消息作為原始數(shù)據(jù)輸入,，它的輸出頻率為1 Hz,。輸出數(shù)據(jù)采用ASCII字符碼，輸出語句達多十幾種,，包括GGA,，GSA，GSV,，RMC,，RMT，VTG等,。這些定位數(shù)據(jù)語句不僅給出了位置,、速度、時間等信息,，而且指出當?shù)氐男l(wèi)星接收情況,，其中GGA定位數(shù)據(jù)語句是最常用的,。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
3．1 定位終端的軟件實現(xiàn)
該定位終端的軟件采用模塊化的設(shè)計方法，其模塊主要包括系統(tǒng)的初始化,、GPS定位信息的處理,、GPRS定位信息的發(fā)送。GPS定位信息的處理以串口UART1的中斷方式執(zhí)行,，GPRS定位信息的發(fā)送以循環(huán)方式執(zhí)行,。
系統(tǒng)的初始化包括系統(tǒng)時鐘初始化、端口初始化,、串口初始化和GPRS的啟動,。系統(tǒng)時鐘初始化采用外部晶振22．118 4 MHz，不分頻,；端口初始化配置交叉開關(guān),，給URAT0，URAT1分配端口引腳,；串口初始化設(shè)置串口的工作方式,，通過GPS和GPRS的波特率，計算定時器的值,。
3．2 上位機的軟件實現(xiàn)
監(jiān)控中心是將GIS軟件MapInfo嵌入到VC6中進行開發(fā),，這使得MapInfo中的地圖窗口可以合并到VC中，從而利用VC在數(shù)據(jù)庫方面的強大功能,，也很好地利用了Maplnfo對地理信息直觀形象地處理優(yōu)勢,。通過調(diào)用MapX的接口函數(shù)，實現(xiàn)電子地圖的一些基本功能,。編寫程序?qū)⒍ㄎ唤K端和監(jiān)控中心連接起來,，將定位終端獲取的定位信息顯示在電子地圖上。
4 實驗結(jié)果
本文將基于SoC技術(shù)的定位監(jiān)控用于實際定位過程中,，對定位監(jiān)控進行了測試,，定位區(qū)域選擇為武漢科技大學校本部圖書館前的馬路。實驗結(jié)果如圖3所示,。
由圖3可以看出,，系統(tǒng)運行良好，滿足定位監(jiān)控的定位要求,。
5 結(jié)語
本文基于先進的SoC技術(shù)實現(xiàn)了GPS／GPRS定位監(jiān)控的設(shè)計,，詳細說明了該系統(tǒng)的硬件和軟件結(jié)構(gòu)，通過核心控制器C8051F021對GPS模塊和GPRS模塊進行雙模塊控制,。用VC++進行MapX二次開發(fā)，將MapInfo中的地圖窗口合并到VC中,，利用了VC在數(shù)據(jù)庫方面的強大功能,，也很好地利用了Maplnfo對地理信息直觀形象的處理優(yōu)勢,。實驗表明，該系統(tǒng)基于SoC技術(shù)的單片機C8051F021作為核心控制器,，優(yōu)化了系統(tǒng)性能,，節(jié)約了成本，縮短了開發(fā)周期,，性能良好,。