關鍵字：GPS MSPF 單片機全球定位低功耗
0 引言
在移動物體監控系統中， 通常需要將移動物體的定位數據通過無線數據通信平臺回傳到監控中心。常用的無線數據通信平臺分為公網和專網兩大類。其中公網指的是GPRS、CDPD、GSM等無線數據網； 專網則是指為監控系統專門建立的無線數據通信網。采用公網的無線監控系統一般具有投資小、覆蓋面大、系統維護量小等優點， 但其實時性較差， 不能進行GPS差分定位。而用GPS等專網系統不但可對目標進行監控， 而且可采用時分復用方式進行數據傳輸，同時， GPS等專網系統還可充分利用無線頻率資源， 而且其傳輸速度快、實時性好， 并可進行GPS差分定位， 定位精度很高。因此， 專網的GPS移動物體監控系統尤其適合于軍事以及公安、消防、公交、金融運鈔等對實時性要求較高的場合。
GPS等專網系統的數傳終端在系統中的主要作用是實現GPS差分定位與無線通信。本文將介紹Leadtek公司的OEM模塊GPS9808在智能定位系統中的應用。該定位系統采用超低功耗MSP430單片機與GSM通訊模塊TC35i結合， 并具有功耗低， 體積小， 便于隱蔽安裝， 同時又可滿足用戶在很遠距離也能及時掌握監控物體狀況等多功能的需要。
1 定位系統硬件結構
該智能定位系統采用GPS9808模塊來搜索物體的位置、速度等狀態信息， 通過MSP430F169單片機來處理這些信息和檢測物體中安裝的傳感器狀態， 并利用GSM模塊TC35i和用戶建立通訊和控制聯系。圖1所示是本智能定位系統的硬件實現組成圖。該系統包括GPS定位模塊、CPU控制模塊、通訊模塊、傳感器檢測模塊、聲光告警模塊、電源管理模塊等， 具有體積小， 功耗低，功能多等特點， 是一種性價比較高的智能定位系統。
圖1 智能定位系統的硬件框圖
本系統中的GSM通信模塊采用SIENENS的TC35i。TC35i是SIEMENS公司專為GSM通信設計的專用模塊， 具有語音、數據、傳真和點對點短信功能， 可工作于EGSM 900和GSM 1800頻段，其重量僅10 g， 可在3.5～4.8 V的電壓范圍內正常工作， 并可輸入8～20 V/500 mA的直流電。該模塊內部有自動充電控制電路， 通信速率為19.2kbps； 光報警電路采用ISD4004集成語音芯片和發光LED， 同時結合驅動和功放電路來實現， 因而可方便地實現語音錄放和燈光閃爍， 用于給監控系統進行安全提示和報警； 傳感器檢測電路用來實現對物體信號的檢測， 同時按指令進行電源控制； 電源管理電路主要由LP3966和TC1017完成， 這兩款電源管理芯片可分別提供3.6 V和3.3V的供電電壓， 他們在節能關斷模式下的電流都僅為0.05 μA左右， 使用備用電池供電即可滿足系統長期需要， 故可有效防止人為對物體電源的破壞， 提高系統的安全系數。
2 主要器件選擇
2.1 MSP430F169的主要特點
MSP430F169 是一種采用16-Bit RISC 架構，最高運算速度可達8MIPS 的單芯片微控制器， 是專為低功耗應用需求而設計的一種微控制器?？蓮V泛應用在要求待機時間超常的便攜式產品和系統中。
MSP430F169有五種省電工作模式， 從LPM3待機模式（消耗2.6 μA@Vcc=3） 恢復到正常工作模式（消耗500 μA@Vcc = 3， 1 MIPS ） 時， 其喚醒時間小于6 μs， 而且允許雙外部工作頻率輸入， 內部還整合了多款低功耗外圍模塊。
MSP430F169的主要特點如下：
◇ 內含60 kB+256 Byte的低電壓Flash模塊，可用于存儲控制器的程序代碼和數據。其中2 kB隨機存取內存（RAM） 可在LPM4待機模式下儲存在RAM內的數據；
◇ 內建一組基本RC振蕩頻率DCO， 當外部供應芯片的電源電壓為3.6 V時， 其最大工作頻率為8 MHz， 并允許兩個獨立的外部工作頻率輸入，同時也可串接一組外接低/高頻振蕩源；
◇ 計時模塊可提供一組看門狗定時器， 并可由其將系統重置在一組基本定時器、兩組完整功能的16位定時器， 具有上數、上下數、連續、暫停計時等模式可選；
◇ 內含12位8通道連續逼近式（SAR） 模數轉換器， 最大轉換速度可達200 kHz， 同時內建1.5 V和2.5 V的參考電壓和取樣保持電路， 并具有自動掃瞄功能；
◇ 具有2組12位數模轉換電壓輸出， 兩組D/A可由程控同步輸出；
◇ 內有一組模擬電壓比較器， 可直接將輸出信號提供給計時模塊， 以便其抓?。?/font>
◇ 可提供兩組USART， 可做為異步、同步傳輸（支持SPI 3Pin、4Pin傳輸） 以及I2C接口；
◇ 內含硬件乘法器， 使用時， 只需將操作數放到特定緩存器內， 就可在下一個機器周期將結果取回， 而且運算過程不需處理器的參與?？蛇M行無符號（+、-號） 相乘、有符號相乘、無符號相乘累加、有符號相乘累加等四種模式的運算；
◇ 具有3個內部DMA控制器， 可方便地將數據在兩個內存地址之間移動。
2.2 GPS9808的功能與特點
GPS9808是Leadtek （麗臺） 公司推出的一款功能強大、性能卓越的OEM模塊。GPS 9808在保持以前OEM 模塊優點的基礎上， 又進行了改良，是具有結構小巧、性能優良等特點的低功耗12通道模塊。它的熱啟動時間小于8 s， 重捕時間小于0.1 s； 定位精度在差分模式（DGPS） 下小于5 m；接口采用串行TTL電平， 數據格式可支持標準的NMEA-0183， SiRF二進制協議。該模塊的外部射頻金屬保護， 可保證在嘈雜環境下保證最佳性能。GPS 9808的外形尺寸為24×20×2.6 mm， 功耗僅為215 mW， 非常適合在對功耗、體積要求較高的系統中應用。GPS9808的引腳排列如圖2所示， 各引腳的功能如表1所列。
圖2 GPS9808的引腳排列圖
表1 GPS9808的引腳功能描述
3 MSP430F169和GPS9808的接口電路
本系統的CPU采用超低功耗16位處理器MSP430F169， 采用1.8～3.6 V低電壓供電， RAM數據保持方式下， 其耗電僅0.2 μA， 活動模式耗電330 μA /MIPS， 在8MHz晶振工作時， 其指令速度可達8 MIPS， 同時具有強大的處理能力。圖3所示是MSP430F169單片機和GPS9808的接口電路。
圖3 GPS9808與MSP430F169的接口電路圖
4 軟件協議實現
GPS9808與單片機的通訊協議采用模塊支持的NMEA-0183通訊協議， 該協議能提供GGA、GSA、GSV、RMC、VTG、GLL等多種可選格式。
在和GPS通訊時， 考慮到實際需要和功耗等問題，系統可每5 s更新一次經緯度和時間數據。本設計選擇模塊默認的輸出RMC數據格式， 在和衛星的通訊正常時， 其接收到的數據格式如下：
$GPRMC， 204700， A， 3403.868， N，11709.432， W， 001.9， 336.9， 170698， 013.6， E*6E用戶與定位系統間的通訊協議主要用于提供控制物體狀態以及查詢物體位置信息等功能， 本系統需要GPS9808提供的數據功能主要有： 物體定位信息查詢、物體正常區域范圍設置、物體跟蹤設置等。因此， 一般不需要NMEA 0183通訊協議所能提供的全部信息， 而只需要從中挑選出本設計用得著的時間、經緯度、速度等數據位信息。
整個定位系統的軟件采用C語言實現， 由于功能較多， 協議非常復雜， 本文僅給出需要GPS9808數據位較多的物體定位信息， 本系統的發送協議的數據格式如表2所列。
表2 定位信息的發送數據格式(定位系統—>用戶）
5 結束語
本文闡述了Leadtek公司的定位模塊GPS9808應用于物體智能防盜系統的方法和實現。拓寬了物體防盜系統設計的新思路， 采用它所設計的新型智能定位系統不僅具有技術先進、方便、功能強大等特點， 而且具有低功耗、體積小便于隱蔽安裝、采用獨立電源系統不易破壞、用戶可遠程控制物體狀態等獨特優點。是目前一種非常實用的智能型物體防盜系統， 其可靠的性能經過測試和實際應用， 取得了良好的效果。