現(xiàn)在以GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）為核心的GIS（地理信息系統(tǒng)）設(shè)備正進(jìn)入普及應(yīng)用階段。隨著技術(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(jiān)控調(diào)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(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)電子巡查系統(tǒng)(圖1)智能終端兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)：GPS信息獲取以及空間位置信息,、總臺(tái)命令的無(wú)線(xiàn)交互傳輸,。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

以往的保安巡查沒(méi)有太多設(shè)備，人均一個(gè)對(duì)講機(jī),，一條警棍,。隨著GPS的出現(xiàn)，基站即總臺(tái)對(duì)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(shè)備,，以及一套將自身位置信息發(fā)送給總臺(tái)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)設(shè)備。由于給每個(gè)保安重新配備一套設(shè)備成本高昂,，而且淘汰已有的對(duì)講機(jī)不夠現(xiàn)實(shí),，于是，將對(duì)講機(jī)作為已有的信道載體,，便一舉兩得,，只須對(duì)舊的對(duì)講機(jī)作局部電路的調(diào)整修改，就能既方便又實(shí)際地構(gòu)筑前所未有的安全體系,。

圖1 電子巡查系統(tǒng)應(yīng)用

利用主板與各個(gè)功能模塊的結(jié)合組成移動(dòng)智能終端,。它包括MCU即單片機(jī)AT89S52,、GPS接收模塊、模擬調(diào)制解調(diào)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(shù)據(jù)采集,、處理和發(fā)送，以及反向?qū)偱_(tái)命令進(jìn)行接收,、識(shí)別,、執(zhí)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(diào)制解調(diào)芯片將數(shù)據(jù)加載到對(duì)講機(jī)然后無(wú)線(xiàn)傳輸給總臺(tái),，完成正向任務(wù),。

圖2 智能終端結(jié)構(gòu)

接著會(huì)有大約半秒種時(shí)間段等待總臺(tái)命令，若收到總臺(tái)的命令,，即根據(jù)數(shù)據(jù)幀判斷命令類(lèi)型,，提取相應(yīng)數(shù)據(jù)，經(jīng)MCU處理后執(zhí)行相應(yīng)的顯示操作和語(yǔ)音提示操作,，完成反向任務(wù),。

當(dāng)終端接收到目標(biāo)命令信息并處理執(zhí)行后，重新發(fā)送回總臺(tái)時(shí)前導(dǎo)碼改變以表示命令接收成功,，使總臺(tái)作出相應(yīng)處理,。例如前導(dǎo)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(shè)備相比,，這個(gè)GPS數(shù)據(jù)采集處理傳輸一體化智能終端有了功能的擴(kuò)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,，清晰的地理位置感,。另外，可以實(shí)時(shí)接收來(lái)自總臺(tái)的命令信息,，經(jīng)MCU處理后,，將總臺(tái)派遣前往的地點(diǎn)經(jīng)緯度現(xiàn)實(shí)在LCD屏幕與自身位置加以對(duì)比，實(shí)現(xiàn)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(jì)算,，通過(guò)接收總臺(tái)發(fā)出的目標(biāo)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(yuǎn),。系統(tǒng)終端采用51系列的單片機(jī)作MCU,。用調(diào)制解調(diào)芯片把信號(hào)加載到對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸代替獨(dú)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(wěn)定可靠。

系統(tǒng)必須制定一個(gè)合理的流程(圖3)以便充分發(fā)揮MCU對(duì)數(shù)據(jù)采集,、處理,、傳輸?shù)裙δ堋?/p>

為了使系統(tǒng)工作盡量的穩(wěn)定，功能盡量的多（上行下行都有各自的處理執(zhí)行時(shí)間）,，以及數(shù)據(jù)更新盡量的快（GPS數(shù)據(jù)一秒一幀,，系統(tǒng)處理不夠用可將其改成兩秒一幀），系統(tǒng)必須制定一個(gè)合理的時(shí)序以便統(tǒng)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(nèi),，先接收GPS信號(hào)（圖中GPS表示）,，經(jīng)采集后再發(fā)送給調(diào)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(tái)命令信號(hào),，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(hào)則轉(zhuǎn)入下一個(gè)循環(huán),；若下一秒到來(lái)前有接收到命令信號(hào)則進(jìn)入接收程序（圖中Receive_data），經(jīng)過(guò)短暫的數(shù)據(jù)處理時(shí)間段（圖中process）后再啟動(dòng)顯示（圖中LCD2）,，然后驅(qū)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(dǎo)碼以反饋給總臺(tái),。

硬件電路設(shè)計(jì)

圖5  智能終端整體硬件電路

MCU

本設(shè)計(jì)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(diào)制解調(diào)芯片MSM6882；串口的RX接收GPS數(shù)據(jù)，TX發(fā)送語(yǔ)音數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖5),。

GPS模塊

設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中,。本模塊能快速定位，1Hz導(dǎo)航更新頻率,，并可以對(duì)16顆衛(wèi)星進(jìn)行同時(shí)跟蹤,。支持WGS-84的數(shù)據(jù)協(xié)議。它接口簡(jiǎn)單,，TTL電平串口輸出NMEA-0183格式的數(shù)據(jù),，只須連接模塊的TX端與51單片機(jī)的RX端，另外單片機(jī)P1.0與模塊的RESET端相連,，以控制模塊復(fù)位,。本設(shè)計(jì)采用NMEA默認(rèn)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(shù)據(jù)容易被單片機(jī)采集處理。

調(diào)制解調(diào)芯片MSM6882

在設(shè)計(jì)時(shí),，89S52單片機(jī)通過(guò)同步串口與該芯片相連,，然后由芯片把信號(hào)調(diào)制到模擬信道，再將信號(hào)加載到對(duì)講機(jī)（PTT）上,，由對(duì)講機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸,。單片機(jī)CLK引腳的輸入時(shí)鐘周期應(yīng)在0.42μs到1.35μs范圍內(nèi)，通過(guò)可調(diào)電阻調(diào)節(jié)調(diào)制信號(hào)輸入到電臺(tái)的幅值,。信號(hào)一路經(jīng)信號(hào)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(jī),，以作為載波檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到該信號(hào)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(nèi)含GB-2312漢字字庫(kù),，外接單支三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,，即可實(shí)現(xiàn)文本到聲音（TTS）的轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)中音頻輸出通過(guò)功放再送給揚(yáng)聲器,，以獲得較大音量,，適應(yīng)戶(hù)外環(huán)境,。只須送給它漢字的內(nèi)碼(即16位二進(jìn)制字符)，即可讀出一字,，多送多讀,，因此對(duì)存放空間的要求要低，適合電子巡查系統(tǒng)的應(yīng)用,。芯片空閑時(shí)Ready端輸出低電平,，因此將其連至單片機(jī)P3.2，單片機(jī)即可掃描該引腳,，當(dāng)芯片空閑時(shí)就通過(guò)異步串口給它發(fā)送數(shù)據(jù),。傳輸波特率由Baud_0、Baud_1兩個(gè)引腳決定,，設(shè)計(jì)中采用的是9600bps,。單片機(jī)的P1.1與芯片RESET端相連以控制芯片復(fù)位。

結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了一個(gè)嵌入式智能移動(dòng)定位終端,，經(jīng)過(guò)實(shí)物調(diào)試成功,。巧妙利用低成本硬件實(shí)現(xiàn)了GPS的信號(hào)采集、處理,、傳輸?shù)鹊墓δ?。設(shè)計(jì)通過(guò)低成本的設(shè)備改良制作出了智能移動(dòng)終端，實(shí)現(xiàn)總臺(tái)對(duì)保安位置等信息的掌握,，監(jiān)控,。本設(shè)計(jì)巧妙地運(yùn)用原有對(duì)講機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為數(shù)字通信媒介，使得成本更低應(yīng)用更方便,。另外語(yǔ)音合成文本芯片的運(yùn)用簡(jiǎn)化了硬件的開(kāi)發(fā),。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何立民，單片機(jī)原理及應(yīng)用,，北京航空航天大學(xué)出版社,，1990.
     [2] 劉大杰，GPS原理與數(shù)據(jù)處理,，同濟(jì)大學(xué)出版社,，1996，
     [3] NR-86 datasheet,，u-blox
     [4] MSM6882 datasheet,，OKI
     [5] XF1M01 datasheet，科大訊飛