0 引言
隨著信息技術的發展，無線通信已經普及。接觸式監控已經不能滿足社會的發展，移動定位監控系統應運而生。本文討論基于SoC單片機技術的定位監控系統設計。該系統由2部分組成：定位終端和監控中心。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衛星接收模塊進行串行通信，接收GPS接收機發出的定位數據并控制SIEMENS MC35i GPRS模塊。該系統采用看門狗電路，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網絡，以短信的形式發送到監控中心。本文以VC為開發平臺，采用VC++進行MapX二次開發制作電子地圖，從而在監控中心實現了定位信息的采集、處理和顯示。實際定位過程表明：該系統定位精度高、信息傳輸速率快。
1 系統總體設計
該設計主要由基于SoC技術的單片機C805lF021，SIEMENS MC35i GSM／GPRS模塊和GR-87衛星接收模塊組成。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服務形式把數據發送給監控中心。SoC單片機C8051F021接收來自GR-87衛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，組成數據包，然后將它們存儲在C8051F021內置的FLASH(程序儲存器FLASH上有只用于數據的臨時儲存器)上。
采集、處理、顯示定位信息在上位機上，由電子地圖完成。監控中心通過調用MapX的接口函數，實現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通信兩種數據工作模式。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網絡上，通過串口以AT指令的方式要求模塊將經、緯度信息以短消息的形式發到監控中心，當然監控中心也可以通過模塊發送相關的指令給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。系統結構圖如圖1所示。
2 系統硬件實現
2．1 核心控制器的實現
系統使用的單片機是CYGNAL公司生產的SoC單片機C8051F02X，該單片機是集成的混合信號系統級芯片，具有與8051兼容的微控制器內核(運算速度高達25 MIPS)，與MCS-51指令集完全兼容；C8051F單片機具有片內調試電路，通過4腳JTAG接口，可以進行非侵入式、全速的在系統調試；C8051F高速SoC的芯片上還集成了構成單片機控制系統所需的幾乎所有模擬、數字外設及其他功能部件(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、可編程計數器／定時器陣列PCA、內部振蕩器、看門狗定時器及電源監視器等)。這些外設的高度集成，為設計小體積、低功耗、高可靠性、高性能的單片機應用系統提供了極大的方便，可大大降低系統的整體成本。
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、非侵入式的系統調試接口(片內)，通過該接口能對控制器內部FLASH存儲器進行系統編程，并可與片內調試支持電路通信。
本系統把單片機的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連接器實現電源、連接指令、數據、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、啟動與關機電路、數據通信電路、語音通信電路、SIM卡電路、狀態指示燈電路等連接。MC35i外圍接口電路如圖2所示。
2．3 GR-87衛星接收模塊
GPS信號接收機功能：捕獲按一定衛星高度截止角度所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出測量站的三維位置，甚至三維速度和時間，最后經過標準的I／O口輸出定位數據。本系統采用臺灣長天科技股份有限公司(HOLUX)的GR-87衛星接收模塊來獲得定位數據。GPS接收機的輸出語句均按串行通信協議，數據格式為8個數據位，1個起始位，1個停止位，無奇偶校驗，可以根據需要選擇波特率，本系統選擇波特率為4 800 b／s。本系統中接收NMEA格式消息作為原始數據輸入，它的輸出頻率為1 Hz。輸出數據采用ASCII字符碼，輸出語句達多十幾種，包括GGA，GSA，GSV，RMC，RMT，VTG等。這些定位數據語句不僅給出了位置、速度、時間等信息，而且指出當地的衛星接收情況，其中GGA定位數據語句是最常用的。
3 系統軟件設計
3．1 定位終端的軟件實現
該定位終端的軟件采用模塊化的設計方法，其模塊主要包括系統的初始化、GPS定位信息的處理、GPRS定位信息的發送。GPS定位信息的處理以串口UART1的中斷方式執行，GPRS定位信息的發送以循環方式執行。
系統的初始化包括系統時鐘初始化、端口初始化、串口初始化和GPRS的啟動。系統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，給URAT0，URAT1分配端口引腳；串口初始化設置串口的工作方式，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
監控中心是將GIS軟件MapInfo嵌入到VC6中進行開發，這使得MapInfo中的地圖窗口可以合并到VC中，從而利用VC在數據庫方面的強大功能，也很好地利用了Maplnfo對地理信息直觀形象地處理優勢。通過調用MapX的接口函數，實現電子地圖的一些基本功能。編寫程序將定位終端和監控中心連接起來，將定位終端獲取的定位信息顯示在電子地圖上。
4 實驗結果
本文將基于SoC技術的定位監控用于實際定位過程中，對定位監控進行了測試，定位區域選擇為武漢科技大學校本部圖書館前的馬路。實驗結果如圖3所示。
由圖3可以看出，系統運行良好，滿足定位監控的定位要求。
5 結語
本文基于先進的SoC技術實現了GPS／GPRS定位監控的設計，詳細說明了該系統的硬件和軟件結構，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，將MapInfo中的地圖窗口合并到VC中，利用了VC在數據庫方面的強大功能，也很好地利用了Maplnfo對地理信息直觀形象的處理優勢。實驗表明，該系統基于SoC技術的單片機C8051F021作為核心控制器，優化了系統性能，節約了成本，縮短了開發周期，性能良好。