电子巡查系统中GPS智能移动终端设计

发布者:敬亭山人最新更新时间:2014-11-03 来源: 21ic关键字:电子巡查系统  GPS  单片机  无线传输 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
引言

现在以GPS(全球卫星定位系统)为核心的GIS(地理信息系统)设备正进入普及应用阶段。随着技术的发展,各种移动定位终端已经深入我们的生活,而同时人们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,能否提供一种嵌入式GPS,提供安防联防诸如巡查过程中保安移动信息服务,位置监控调配服务等。不言而喻,GPS、微型嵌入式终端等新技术,必然成为GIS中一个新兴的重要研究领域。

本设计主要实现电子巡查系统(图1)智能终端两个关键技术环节:GPS信息获取以及空间位置信息、总台命令的无线交互传输。

系统设计

以往的保安巡查没有太多设备,人均一个对讲机,一条警棍。随着GPS的出现,基站即总台对每个保安的地理位置信息的掌握成为可能。即每个保安配备一套GPS定位设备,以及一套将自身位置信息发送给总台的无线收发设备。由于给每个保安重新配备一套设备成本高昂,而且淘汰已有的对讲机不够现实,于是,将对讲机作为已有的信道载体,便一举两得,只须对旧的对讲机作局部电路的调整修改,就能既方便又实际地构筑前所未有的安全体系。

电子巡查系统中GPS智能移动终端设计
图1 电子巡查系统应用

利用主板与各个功能模块的结合组成移动智能终端。它包括MCU即单片机AT89S52、GPS接收模块、模拟调制解调芯片MSM6882、液晶显示模块LCD1602、语音合成芯片XF1M01,见图2。

移动智能终端完成正向GPS数据采集、处理和发送,以及反向对总台命令进行接收、识别、执行。

其中GPS模块一秒钟输出一次GPS信息,MCU将其收录,并在显示模块上显示自身经纬度和时间日期。然后通过调制解调芯片将数据加载到对讲机然后无线传输给总台,完成正向任务。

电子巡查系统中GPS智能移动终端设计
图2 智能终端结构

接着会有大约半秒种时间段等待总台命令,若收到总台的命令,即根据数据帧判断命令类型,提取相应数据,经MCU处理后执行相应的显示操作和语音提示操作,完成反向任务。

当终端接收到目标命令信息并处理执行后,重新发送回总台时前导码改变以表示命令接收成功,使总台作出相应处理。例如前导码可以从“start”变成“start1”。

和以往功能单一,界面欠缺人性化的便携式设备相比,这个GPS数据采集处理传输一体化智能终端有了功能的扩展。首先,每个保安可以在LCD显示屏上看到自己的所在经纬度、时间日期等信息,给保安一个直观,清晰的地理位置感。另外,可以实时接收来自总台的命令信息,经MCU处理后,将总台派遣前往的地点经纬度现实在LCD屏幕与自身位置加以对比,实现信息的透明化。另一个改进是语音提示智能化以及角度偏置的计算,通过接收总台发出的目标派遣地点经纬度,与自身位置比较后,明确清晰地提示保安该往什么方向走多远。系统终端采用51系列的单片机作MCU。用调制解调芯片把信号加载到对讲机实现无线传输代替独立的无线通信模块。液晶屏选取简单易用的LCD1602。方案大大降低成本,而且稳定可靠。[page]

系统必须制定一个合理的流程(图3)以便充分发挥MCU对数据采集、处理、传输等功能。

为了使系统工作尽量的稳定,功能尽量的多(上行下行都有各自的处理执行时间),以及数据更新尽量的快(GPS数据一秒一帧,系统处理不够用可将其改成两秒一帧),系统必须制定一个合理的时序以便统一分配时间。

电子巡查系统中GPS智能移动终端设计
图3 终端工作流程

MCU控制各个功能模块工作可参考图4的时间安排。

电子巡查系统中GPS智能移动终端设计
图4 终端MCU控制时序分配

如图4所示,在1秒时隙内,先接收GPS信号(图中GPS表示),经采集后再发送给调制芯片(图中Send_data),然后控制LCD显示(图中LCD),显示完毕后开始等待接收总台命令信号,等待直至下一秒的到来,相隔大约0.6秒。若下一秒到来前没有命令信号则转入下一个循环;若下一秒到来前有接收到命令信号则进入接收程序(图中Receive_data),经过短暂的数据处理时间段(图中process)后再启动显示(图中LCD2),然后驱动语言芯片发音(图中Speak)。成功收到命令信息后,下一周期的“Send_data”将改变前导码以反馈给总台。

硬件电路设计

电子巡查系统中GPS智能移动终端设计
图5  智能终端整体硬件电路

MCU

本设计采用AT89S52作为MCU,其中P0口与P1口的2,3,4控制LCD1602;P1口的5,6,7作为同步串口控制调制解调芯片MSM6882;串口的RX接收GPS数据,TX发送语音数据(见图5)。

GPS模块

设计采用u-blox公司的GPS接收模块nr-86,该模块体积小重量轻,集成高灵敏度、低功耗的NemeriX芯片方案于设计中。本模块能快速定位,1Hz导航更新频率,并可以对16颗卫星进行同时跟踪。支持WGS-84的数据协议。它接口简单,TTL电平串口输出NMEA-0183格式的数据,只须连接模块的TX端与51单片机的RX端,另外单片机P1.0与模块的RESET端相连,以控制模块复位。本设计采用NMEA默认格式中的$GPRMC协议,是由于该协议精简,信息覆盖面广,数据容易被单片机采集处理。

调制解调芯片MSM6882

在设计时,89S52单片机通过同步串口与该芯片相连,然后由芯片把信号调制到模拟信道,再将信号加载到对讲机(PTT)上,由对讲机实现无线传输。单片机CLK引脚的输入时钟周期应在0.42μs到1.35μs范围内,通过可调电阻调节调制信号输入到电台的幅值。信号一路经信号限幅后送入MSM6882的AI引脚,另外一路经放大、检波、幅值比较后送入单片机,以作为载波检测信号。当系统检测到该信号时,可以采取延时发送的方式来避免同频干扰和信道阻塞。

语音合成芯片XF1M01

语音合成芯片XF1M01通过异步串口接收待合成的文本,它内含GB-2312汉字字库,外接单支三极管驱动扬声器,即可实现文本到声音(TTS)的转换,设计中音频输出通过功放再送给扬声器,以获得较大音量,适应户外环境。只须送给它汉字的内码(即16位二进制字符),即可读出一字,多送多读,因此对存放空间的要求要低,适合电子巡查系统的应用。芯片空闲时Ready端输出低电平,因此将其连至单片机P3.2,单片机即可扫描该引脚,当芯片空闲时就通过异步串口给它发送数据。传输波特率由Baud_0、Baud_1两个引脚决定,设计中采用的是9600bps。单片机的P1.1与芯片RESET端相连以控制芯片复位。

结语

设计了一个嵌入式智能移动定位终端,经过实物调试成功。巧妙利用低成本硬件实现了GPS的信号采集、处理、传输等的功能。设计通过低成本的设备改良制作出了智能移动终端,实现总台对保安位置等信息的掌握,监控。本设计巧妙地运用原有对讲机网络作为数字通信媒介,使得成本更低应用更方便。另外语音合成文本芯片的运用简化了硬件的开发。

参考文献:

[1] 何立民,单片机原理及应用,北京航空航天大学出版社,1990.
     [2] 刘大杰,GPS原理与数据处理,同济大学出版社,1996,
     [3] NR-86 datasheet,u-blox
     [4] MSM6882 datasheet,OKI
     [5] XF1M01 datasheet,科大讯飞

关键字:电子巡查系统  GPS  单片机  无线传输 引用地址:电子巡查系统中GPS智能移动终端设计

上一篇:一种基于GSM的远程智能汽车温控系统的方案设计
下一篇:AT89C51多路数控直流稳压电源

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:44

一种基于单片机的多模式蓄电池充电电路设计
引言 一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有举足轻重的作用,智能充电器具有操作简单、可靠性高和通用性强等优点,是充电器家族中的一个重要的组成部分,也是未来充电器发展的主要方向。所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式、对不同类型的充电电池进行充电、并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压和温度过高的一种智能化充电器。 充电控制器需要长时间控制并要进行电压检测,若用传统电路实现则电路复杂,采用单片机控制可大大减化电路,降低成本。本充电器用AT89C51单片机进行充电定时控制。在定时充电期间若电池电压高于另一值则停止充电。采用从涓流充电、恒流充电、恒压充电到浮充电的方法,充电完成后,自动转为浮充电, 以防止电池放
[电源管理]
一种基于<font color='red'>单片机</font>的多模式蓄电池充电电路设计
在处理PIC单片机的中断服务程序时需要注意哪些问题
单片机中的中断系统对电子工程师来说是解决突发事件和多任务实时处理的最好方法,熟练掌握中断技术的应用是一个合格电子工程师必备的能力。 PIC与51系列单片机一个显著的区别就是:PIC只有一个中断入口地址(为04H),而51有多个中断源。这样对PIC来说,无论发生何种中断程序将自动转移执行04H处的程序语句,为了区分到底是哪种中断发生就必须在中断服务程序中通过判断中断标志位来确定并转移到相应的中断服务程序中。在发生中断时,断点地址被首先压入硬件堆栈,而现场的一些参数须用户通过软件保存,必须保存的寄存器包括W寄存器、程序寄存器的高位字节PCLATH及状态标志寄存器STATUS等,另外一些在中断服务程序和主程序中均使用到的寄存器也必须
[单片机]
在处理PIC<font color='red'>单片机</font>的中断服务程序时需要注意哪些问题
STM32F767XX微控制器的功能及特性分析
STM32F765XX、STM32F767XX、STM32F768AX和STM32F769XX设备基于高性能ARM®Cortex®-M7 32位RISC核心,工作频率高达216兆赫。Cortex®M7内核具有一个浮点单元(FPU),支持ARM®双精度和单精度数据处理指令和数据类型。它还实现了一套完整的DSP指令和一个内存保护单元(MPU),提高了应用程序的安全性。 STM32F765XX、STM32F767XX、STM32F768AX和STM32F769XX设备采用高速嵌入式存储器,闪存高达2兆字节、512千字节SRAM(包括128千字节的数据,用于关键实时数据的tcm ram)、16千字节的指令tcm ram(用于关键实时例
[单片机]
STM32F767XX<font color='red'>微控制器</font>的功能及特性分析
车载GPS监控定位系统工作原理示意图
从运营商的角度上,视频监控已经发展成为中国电信重要的增值业务,为中国电信向综合信息提供商转型奠定了坚实的基础。同时,在国内移动增值业务多元发展的大环境下,监控本身也向着移动化、智能化方向发展。车载监控产品就是移动监控业务的车载应用。中国电信的车载监控产品依托于“全球眼”平台及EV- DO(cdma20001x)无线网络,通过车载移动采集视频等信息,实现远程视频浏览、远程控制等功能,满足客户远程视频查看、远程应急指挥的需求,向 “全球眼”应用客户提供随时随地的无线视频监控服务。 车载移动监控组成 车载监控构架由车载终端、传输网络和监控中心组成三层联网式综合监管系统,提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控、车内车外视频图像实时无线传
[嵌入式]
电子鼓电路TH3670C设计与应用
    HT3670C是HOLTEK公司为电子鼓音响应应用而专门设计的CMOS VLSI芯片。文中介绍了它的内部结构、特点、功能及典型应用,并详细描述了它的韵律表和鼓键开关等功能。   1 概述   电子鼓是一种表型乐器,它的芯片不像一般的音响IC。其设计与制作难度都较大,要求也比较荷刻。HOLTEK公司推出的HT3670C,是专为电子鼓音响应用而设计的高品质CMOS VLSI。   HT3670C本身带有18种器械的广泛音域,并注入了36个韵律,可提供特殊的音响柔度总量,另外,还有便于调节节拍的音量键控。这种高品质的CMOS VLSI除具有重播(replay)和解调基调(demo key)功能外,还可外部音键垫整(k
[嵌入式]
基于CPLD的单片机PCI接口设计
    摘要: 详细阐述一种利用CPLD实现的8位单片机与PCI设备间的通信接口方案,给出用ABEL HDL编写的主要源程序。该方案在实践中检验通过。     关键词: 单片机 CPLD PCI 8位单片机在嵌入式系统中应用广泛,然而让它直接与PCI总线设备打交道却有其固有缺陷。8位单片机只有16位地址线,8位数据端口,而PCI总线2.0规范中,除了有32位地址数据复用AD 外,还有FRAME、IRDY、TRDY等重要的信号线。让单片机有限的I/O端口来直接控制如此众多的信号线是不可能的。一种可行的方案就是利用CPLD作为沟通单片机与PCI设备间的桥梁,充分利用CPLD中I/O资源丰富,用户可自定制
[应用]
基于RTX51 的单片机软件设计
1 概述 很多单片机的应用中都需要同时执行很多任务,对于这样的应用,我们可以利用实时操作系统来灵活地安排系统资源。RTX51是美国Keil公司开发的一种小型的应用于MCS51系列单片机的实时多任务操作系统,它可以工作所有8051单片机以及派生家族中,简化了复杂的软件设计,缩短了项目周期。我们实践中用RTX51来开发单片机软件。设计单片机控制的GPS接收板软件,取得了很好的效果。 2 RTX51介绍 RTX51有2个模式:RTX51完全模式和最小模式。RTX51最小模式版是RTX51完全版的一个子集,可以很容易地运行在8051系统上,而不需要外部RAM(DXATA)。RTX51完全模式有4个任务优先级,可以和中断函数并行处理,各
[单片机]
基于RTX51 的<font color='red'>单片机</font>软件设计
观点与探讨4:Flash MCU应用前景
Flash MCU应用前景 Flash MCU有诸多优点 Flash MCU应用日趋增多 在MCU技术方面没有所谓的摩尔定律来遵循,还是要根据市场需求,不过频率会提高,功耗会降低,市场需求是千变万化的。随着Flash MCU技术的成熟,其应用会越来越多,OTP MCU主要面临价格问题。 降低功耗和使用电压来满足便携式电池管理和卫生保健领域的应用是市场的强烈需求。我们新的32位STR7和STR9产品线可以很好地满足这些需求。 MRAM(MagneticRAM)技术和高速Flash(等同于RAM的读写速度)技术在嵌入式系统中的应用已被更多的研发团队所关注。 技术的发展还是比较快。目前Flash MCU产品占的比例已经很大了。Flas
[单片机]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved