一種基于GPSOne技術的個人定位終端

張 鹍 ， 趙成林， 董曉舟

（1.北京郵電大學信息與通信工程學院北京100876；2.山東大學威海分校信息工程學院， 山東威海264209）

目前集定位、監控、報警功能于一體的個人定位系統多采用基于GPS/GSM（GPRS）技術[1]。雖然全球定位系統GPS（Global Positioning System）可以提供高精度、覆蓋全球的定位，但必須保證GPS接收機和衛星之間有直射路徑，這就使得GPS定位系統在建筑物密集的城區和建筑物內部存在盲區。

GPSOne綜合了GPS、CDMA1X（碼分多址分組數據交換網絡）、GIS（地理信息系統）和互聯網技術，是美國高通公司為基于位置業務而開發的定位技術，采用Client/Server方式[2]。它將無線輔助A-GPS和高級前向鏈路AFLT三角定位技術有機結合，實現高精度、高可用性和較高速度的定位。在A-GPS定位技術無法使用的環境中，會自動切換到AFLT三角定位技術,確保定位的成功率和精確度[3]。這里基于GPSOne模塊DTGS-800和低功耗單片機MSP430設計并實現了具有定位、監控和報警功能的個人定位終端。

1 系統硬件設計

個人定位終端的硬件組成如圖1所示。為了解決GPS在室內和高層建筑密集區難以定位的問題，選用AnyData公司的DTGS-800 GPSOne模塊[4]；為了縮小體積、降低功耗和成本，主控單元MCU選用超低功耗的16位單片機MSP430F147[5]，顯示器選用LED。單片機負責控制GPSOne模塊發起定位請求，接收并解析CDMA網絡控制中心發送的信息，獲取當前的經、緯度及其他信息，并以短信的方式送至控制中心或操作者的手機。

圖1 定位終端的硬件組成

主控單元MCU如圖2所示。它包括MSP430F147，外接高速晶振和低速晶振，在不需要高速處理時，可將高速晶振關閉，只使用低速晶振，以降低功耗；MSP430F147有2個串行異步通信接口（USART），其中一個（DCD、CTS、DTR、RI、RFR/RTS、TXD、RXD引腳）接口連接DTGS-800的UART1，另一個（URXD0、UTXD0）接口與PC機的串口相連，供系統調試使用。nRst、MS、TCK、TDI、TDO引腳連接JTAG插座，用于程序下載和在線調試；key1和key2引腳分別接“Help"和預留按鍵。外接的LED DS3和LED DS4分別用指示電池電量不足和DTGS-800與MSP430之間的通信；BatTest用于檢測電池電量。

DTGS-800模塊是定位終端的主體，其內部集成有GPSOne器件，采用GPSOne解決方案定位；支持機卡分離RUIM，提供標準RS-232數據接口和標準的AT命令接口，為數據、語音、短消息和傳真提供快速、可靠、安全的傳輸。該模塊可采用外接電源或電池供電，電池供電電壓為+4.0 V±10%，外接電源供電電壓+4.5 V±10%，外接電源還能通過模塊內部的電源管理器件為電池充電。

DTGS-800模塊的電路如圖3所示。其中DCD、CTS、DTR、RI、RFR/RTS、TXD、RXD引 腳連接MSP430F147的UART1，是DTGS-800與MSP430F147的通信通道；UIM_DATA、UIM_CLK、UIM_PWR_EN、UIM_RESET接UIM卡（圖4）；Sgl_SMS、Sgl_IDEL、Sgl_GPS、Sgl_busy、Sgl_power、Sgl_charge是系統狀態指示信號，分別連接6個LED，用于指示新短信信號、CDMA網絡信號、GPS信號、CDMA網絡忙、系統上電和電池充電等狀態；Bat-Gauge接電池測試端，用于檢測電池溫度（圖5）。

UIM卡是CDMA手機的一種智能卡，其功能類似于GSM手機中的SIM卡。它支持專用的鑒權加密算法和OTA技術(Over The Air)，可以通過無線空中接口方式對卡上的數據進行更新和管理。UIM卡固定在卡座上，通過卡座的6個引腳與外部連接，如圖4所示，其中UIM_RESET和UIM_CLK需通過100 kΩ電阻下拉，UIM_DATA需通過10 kΩ電阻上拉。

電源Battery和Charger模塊如圖5所示。DTGS-800模塊的第88、90引腳是專用于電池供電的電源輸入引腳。若需模塊既可用外接電源又可用電池供電，可將外接電源接到第87和89引腳，電池接到第88、90引腳。此時，外接電源還能通過模塊內部電源管理器件為電池充電。在模塊只采用電池供電的情況下，需要給該模塊一個power on信號；對該引腳進行第2次觸發時，模塊power off。

2 系統軟件設計

該終端的軟件設計有主程序、按鍵檢測、電池檢測、存儲和串口通信5個模塊。圖6為主程序流程。

主程序模塊負責其他4個模塊的初始化和數據處理與存儲。該模塊判斷接收數據的正確性，從中提取位置和其他有用信息，實現數據的分離和有效數據在片上RAM的臨時存儲，并將有用信息通過串口發送給DTGS8-800，DTGS-800再以短信的形式傳給第三方。系統啟動時，首先進行初始化，包括看門狗、定時器、電壓檢測模塊（含A/D轉換器）、UART、按鍵檢測模塊和DTGS-800的初始化；系統初始化完成后，如果沒有中斷請求則進入低功耗模式，以節約電量。

按鍵檢測模塊和電池檢測模塊都是以中斷方式執行的。當有按鍵按下時，就會產生中斷，通知控制器進行掃描，判斷是哪個鍵按下，然后進行相應的處理；電池檢測模塊以一定時間間隔檢測電池電量，如果電池電量不足則通知控制器開始計數，如果連續檢測到電壓過低狀態超過一定次數后，則使相應的LED閃爍，提醒用戶充電。

如果用戶發送報警信息，即按下Help鍵，則產生中斷請求，執行中斷服務子程序，系統退出低功耗模式，進入“HELP”狀態，發起定位請求，接收并解析定位信息，將有用信息和報警信息打包后，以短信的形式發送給HelpNum指定的服務器，發送成功后，系統進入低功耗模式。

如果是第三方發起定位請求，系統則退出低功耗模式，進入“MPC定位”狀態，發起定位請求，接收并解析定位信息，將有用信息以短信的形式發送給指定手機或服務器，成功后系統返回低功耗模式。

服務密碼及MPC的地址可通過短信以特定的格式遠程設置。

3 系統測試

通過在不同環境下的綜合測試，結果表明：該系統具有以下功能：1）進行MPC第三方定位（即網絡側發起定位）；2）直接控制終端進行主動定位（即終端側發起定位）；3）支持單次定位和連續定位；4）支持MS-Based和MS-Assist定位模式；5）能遠程設置各種參數；6）具有緊急報警、越區報警和超速報警等功能。

圖3 DTGS-800模塊

圖4 UIM模塊

系統初始定位時間在20 s內，室內定位誤差在500 m內，室外定位誤差在20 m內；報警信息能在1 s內傳到控制中心，出界、超速、電池電量過低等報警靈敏度高，系統可連續工作24 h，待機72 h，運行穩定可靠，可以滿足個人定位系統基本的功能需求。

4 結束語

圖5電源模塊

圖6 主程序流程

本文基于GPSOne模塊DTGS-800和低功耗單片機MSP430F147，設計并實現了一個集個人定位、監控和報警于一體的個人定位終端，解決了在室內、隧道等場合GPS無法定位的問題。由于采用低功耗處理器，使整個系統功耗降到最低，能夠長期待機工作，為用戶帶來了極大方便，具有較高的實用價值。但由于系統使用CDMA網絡的短消息信道傳輸信息，實時性還不夠理想。為了提高系統的實時性，可考慮改用GPSOne模塊內置的TCP/IP協議來進行信息傳輸[6]。

[1]徐盡，孟雷.GPSOne定位技術應用[J].通信技術，2008，41（12）：239-240.

[2]饒俊，蔣敏志，肖金生.基于GPSOne的移動定位系統[J].武漢理工大學學報，2006（11）：183-186.

[3]楊揚，楊智慧，李正熙，等.基于GPSOne的遠程定位系統設計[J].微計算機信息，2008，24（8-1）：232-234.

[4]AnyDATA（ShangHai）,Ltd.DTGS-800 data sheet[EB/OL].（2003-07-10）[2008-12-22].http://www.anydata.net.cn/pdf/DTGS-800.pdf.

[5]沈建華,楊艷琴.MSP430系列16位超低功耗單片機原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學出版社，2008:20-62.

[6]Valvano J W.Embedded microcomputer systems:real time interfacing[M].Boroks/Cole Publishing Co，2000：165-185.