基于GPSOne的贵重物品跟踪系统终端设计

1、基于GPSOne的贵重物品跟踪系统终端设计    华中师范大学徐慧平黄光明引言消费者委员会对当前货运业存在的问题进行了调查分析，消费者委托运输的贵重物品在运输过程中丢失情况严重，致使消费者的受损金额越来越大。物流公司常常承担运输贵重物品的任务，而这些贵重物品的丢失将会导致他们巨额的损失。物流公司使用传统的GPS定位技术跟踪贵重物品，可以减小物品丢失的机率。但在高架桥下或城市建筑物密集等复杂地理环境中，卫星信号容易丢失；且在整个物品的运输过程中，贵重华中师范大学 徐慧平 黄光明引 言消费者委员会对当前货运业存在的问题进行了调查分析，消费者委托运输的贵重物品

2、在运输过程中丢失情况严重，致使消费者的受损金额越来越大。物流公司常常承担运输贵重物品的任务，而这些贵重物品的丢失将会导致他们巨额的损失。物流公司使用传统的 GPS定位技术跟踪贵重物品，可以减小物品丢失的机率。但在高架桥下或城市建筑物密集等复杂地理环境中，卫星信号容易丢失；且在整个物品的运输过程中，贵重物品放在货车的金属集装箱内或者存放在室内时，利用GPS技术也无法获得卫星定位信号，难以实现对贵重物品的有效跟踪定位。同时，在物流公司监控系统的传统解决方案中，GPS车载定位业务是以GSM或CDMA移动网络短消息作为通信媒介的，定位和报警信息是通过手机短信的方式发送到终端用户的，因而不便于物流公司对

3、整个系统进行实时监控、查询和管理。为满足物流公司跟踪定位贵重物品的迫切需要，本文提出了一组基于GPSOne技术的解决方案。该方案既能在各种环境中实时、准确地定位，又能在发生盗窃事件时通过Internet及时报警，便于物流公司实时监控、查询和管理，从而可以更加有效地防止物品丢失，并及时追究责任。1 定位系统方案使用CDMA的DTGS-800模块定位是一种很好的物流跟踪管理方案。该模块基于GPSOne技术，不仅可以实现定位，而且内置TCPIP协议栈，能方便地连入Inter-net传输数据，便于物流公司监控管理。GPSOne是一种由A-GPS(Assisted Global PositionSyst

4、em，网络辅助的GPS)与CDMA三角定位结合而成的混合定位技术。两者的有机结合使两种定位技术优势互补。在远离市区的郊外和农村，CDMA三角定位技术因无线基站稀少而精度较差，但这些地方卫星信号较强，可充分利用A-GPS提供的位置信息实现精确定位；在城市繁华地区、大型商厦、写字楼等高层楼宇密集的地方或者室内，卫星信号较弱，A-GPS定位不准，但这些地区CD-MA基站较密集，可利用AFLT(Advanced Forward LinkTrilateration，高级前向链路三角定位法)技术克服A-GPS的定位盲区缺点，实施精确定位。同时，DTGS-800模块采用的是机卡分离技术，只要将一片R-UIM

5、卡开通上网和GPSOne定位功能，然后插入模块就可获得上网和定位服务。 DTGS-800模块自带TCPIP协议栈，只需通过单片机给模块相应的命令，模块就能自动通过无线方式使用TcP协议连接到Internet。进行连接前，设定所连接的IP地址和端口号为监控端服务器的IP地址和端口号，就可以实现Internet数据传输功能。监控服务器上打开相应的软件接收这些信息然后保存到数据库，利用GIS(Geographic Information System，地理信息系统)即可实现实时跟踪和查询物流车辆及物品的位置等功能，便于物流公司实时监控和管理。整个定位系统如图1所示。定位系统包括定位终端、CDMA网络

6、、卫星系统及物流公司监控平台4个部分。定位终端通过卫星或者CD-MA基站获取了当前的时间、经纬度信息后，通过 CDMA网络发送到Internet上，物流公司监控平台利用软件接收来自Internet的相应信息。只要R-UIM卡开通了CD-MA的GPSOne 定位和上网功能，就可获得CDMA网络和卫星系统的相应服务。数据传输的过程可视作透明传输，即可看作数据直接从定位终端发送到物流公司监控平台上。整个定位系统的工作方式如下：将DTGS-800模块、行程开关、天线和其他辅助电路封装成一个独立单元制成定位终端，固定在存放物品集装箱的开箱口。运输过程中，当集装箱密封完好并正常运输时，此定位终端可以定时向

7、监控平台发送经纬度、时间等信息；而当集装箱被非正常开启时会触及行程开关，该定位终端可及时向监控平台发送报警信息和定位信息。物流公司通过监控平台接收这些信息并结合物流调度表，分析事发时的物流情况，即可判断是否发生异常，并及时作出处理，从而实现物流过程跟踪、防盗、查询和管理等实时监控功能。2 系统硬件设计定位终端硬件总体框图如图2所示。21 系统组成整个定位终端系统包括电源和电池供电模块、MCU模块及外围电路、DTGS-800模块及外围电路。由一片单片机来控制具有定位功能的DTGS-800，它们之间的通信是通过串口来完成的。由于所选单片机和DTGS-800的工作电平都在各自的工作电平范围之内，所以

8、可以直接互连，无需额外的电平变换电路。DTGS-800采用机卡分离技术，提供与R-UIM卡的连接接口。22 系统各模块设计221 电源和电池供电模块电源供电部分包括两部分：专门的电池供电和汽车电源供电。整个终端系统使用的是专门的电池供电，在运输行程较长而导致电池供电不足时，系统电压检测电路会发出报警，这时可以转换成由汽车电源对其进行供电。下面从两个方面介绍电源部分。专门的电池供电。DTGS-800供电有两种方法：电池供电(VBATT_INT引脚输入)和外部供电(VEXT_DC引脚输入)。当用电池供电时，要求供电电压VBATT_INT范围为+4O V±10%。因此选用的是容量为10Ah

9、、输出电压为37 V的锂聚合物电池。由于选择的单片机是33 V供电，故电池在向单片机供电时需加一片LDO(低压差线性稳压器)芯片MIC5219，其最小压差可以达到03 V，满足设计要求。汽车电源供电。目前汽车用的电池多为铅酸蓄电池，小型汽车用电池一般为12 V，大中型汽车(柴油发动机)为24 V。DTGS-800启动时首先要初始化系统和寻找网络，功耗较高，约300500 mA，稳定下来后最高功耗(打电话或者上网、定位的情况下)大约在300 mA。设计时要留有余量，因此供电电源要求在外部供电(VEXT_DC)的情况下能有455 V、1 A的稳定直流供电，最高不能超过55 V。考虑到压差较大，且要

10、求输出电流大于1 A，选用的是输出电压为5 V、输出电流最大为3 A的DC-DC(开关电源)芯片LM2576-5。与LDO压差较大时功耗高且转换效率低的缺点相比，DC-DC电源芯片具有较高的转换效率，且在压差较大时保证功耗不会太大。电源及电池供电模块电路如图3所示。222 MCU模块及外围电路MCU选用的是宏晶科技公司的STC12LE5410AD，其工作电压为33 V，便于在所选定的系统电源下工作。这是一款带AD转换的单片机芯片，具有超强抗干扰的特性，并且具有超低的功耗，正常工作时电流仅为47mA，空闲时电流<1 mA。它的工作周期仅为一个时钟周期，可以大大降低使用的晶振频率，从而降低E

11、MI(Elec-tromagnetic InteRFerence，电磁干扰)。STC12LE5410AD具有引脚少、体积小、价格低、使用方便等特点，可降低开发成本，缩短开发周期。MCU外围电路包括晶振电路、复位电路、开关检测电路和电压测量部分。开关检测电路用来检测行程开关的动作，电压测量部分利用单片机的AD转换功能是来测量DTGS-800供电的电池电压，当检测到电池电压不足时会发出报警，此时需将供电部分转换到汽车电源上。MCU及外围模块电路如图4所示。223 DTGS-800模块及外围电路CDMA模块选用的是美国高通公司带有GPSOne定位功能的集成MSM6050芯片组的DTGS-800。此模

12、块接口共有100个引脚，可提供电话、短信、音频、传真、定位、上网和数据传输等功能，还提供多种用户接口，如串口、键盘及LCD等接口，用户可方便地根据需要进行开发。DTGS-800与单片机接口使用的是3线(TXD，RXD，GND)串口，利用AT指令可以实现打电话、发短信及定位等功能，但是在上网和数据传输时需要接串口的流控信号(如RTS、CTS及DTR等)。RTS为请求发送信号；CTS为清除发送信号，起流控作用；DTR为数据终端准备好信号，用来指示上网时数据连接的有效性，系统中使用单片机的一个IO口来控制。当DTR=1时，表示允许数据连接。此时单片机向DTGS-800发送上网指令，DTGS -800

13、就被允许连接到Internet，单片机即可通过串口控制DTGS-800向指定IP地址和端口号的服务器上传输数据。注意，当模块处于数据连接有效状态时，是不响应任何AT指令的。当数据传输完毕时，将DTR置0可断开数据连接，此时DTGS-800就可以再次响应AT指令。3 系统软件设计单片机与DTGS-800通信，分为单片机控制DTGS-800执行相应的功能，以及控制 DTGS-800通过网络向监控服务器传输数据2部分。单片机控制DTGS-800执行相应的功能，只需要通过串口给DTGS-800发送AT指令，不同的AT指令可以实现不同的功能。AT命令是以“AT”为首，字符结束的字符串。单片机每向模块发送

14、一个AT指令，模块都会返回数据。返回的数据是以结束的字符串。单片机收到数据之后，要经过一定的解析和处理，才能重新发送给监控服务器。串口的设置如下：115 200 bps，8位数据位，1位停止位。单片机控制DTGS-800向监控服务器发送数据时，定义了相应的数据格式：帧头+数据内容。帧头包括以下内容：16字节定长的R-UIM卡号码、1字节的命令标识、1字节的数据内容长度。当数据内容长度不够时，按左对齐，右侧填0x00。数据内容即发送的数据。命令标识定义命令的类型，命令类型说明如表1所列。例如，当发送的数据是定位信息时，帧数据依次是：16字节的R-uIM卡号码(通常为11字节)，类似于手机号码，不

15、够16字节时，后面补0x00；1字节的数据内容长度，用来说明每帧帧头后面发送的数据内容的字节数；1字节的命令标识，表明发送的数据帧的意义，如果是定位信息，则发送的是0x12；紧接着是数据内容。在通信协议里还规定了不同信息内容的数据格式。系统软件工作过程如下：在运输过程中，单片机使用定时器定时向监控平台服务器发送定位信息。发送的数据格式遵照前面所述的通信协议数据格式。首先，单片机向DTGS-800发送定位指令“AT+GPSSRT”，CD-MA模块完成定位后向单片机返回定位信息。单片机对此信息进行解析，提取经纬度及当前时间等有效信息后对数据进行转换；再向模块发送上网指令“ATDT1123”，数据连接状态有效后，就开始向监控服务器发送定位信息。当行程开关动作时，首先要发送上网指令和报警信息，然后按照上面的步骤进行通信。软件流程如图5所示。注意：在TCP连接并发送数据时使用了握手机制，即应答机制。为使系统的流程更加清晰，图5中未给出握手过程。当DTGS-800模块向监控端发送数据时，监控端需要根据情况返回应答信号；模块如果在规定的时间内没有得到应答，默认为连接超时。为避免在TCP连接过程中由于没有收到应答而出现死机情况，系统中运用了超时重传机制，保证了通信的可靠性。结 语传统的GPS定位技术在物流中应用时，除了使用GPS模块之外，还需要另