一种基于GPSOne技术的个人定位终端

摘要：为克服传统GPS定位系统在室内或建筑物密集区存在盲点的缺陷，更好地满足个人定位的需求，基于GPS0ne技术，提出了一种便携式个人定位终端的设计与实现方案。该终端由定位单元、主控单元MCU、UIM单元、LED显示等模块组成，其中定位单元使用AnyData公司的DTGS-800 GPSOne模块，主控单元选用超低功耗的16位单片机MSP430F147，借助于AT指令与CDMA网络实现了对个人的位置监控、定位和报警等功能。测试结果表明，该终端的定位误差室外小于20 m，室内小于500 m，初始定位时间小于20s，报警信息能在1s内传送到CDMA网络控制中心。
关键词：全球定位系统(GPS)；GPSOne；个人定位；位置监控；CDMA

    目前集定位、监控、报警功能于一体的个人定位系统多采用基于GPS／GSM(GPRS)技术。虽然全球定位系统GPS(Global Positioning Sys-tem)可以提供高精度、覆盖全球的定位，但必须保证GPS接收机和卫星之间有直射路径，这就使得GPS定位系统在建筑物密集的城区和建筑物内部存在盲区。
    GPSOne综合了GPS、CDMAlX(码分多址分组数据交换网络)、GIS(地理信息系统)和互联网技术，是美国高通公司为基于位置业务而开发的定位技术，采用Client／Server方式。它将无线辅助A-GPS和高级前向链路AFLT三角定位技术有机结合，实现高精度、高可用性和较高速度的定位。在A-GPS定位技术无法使用的环境中，会自动切换到AFLT三角定位技术，确保定位的成功率和精确度。这里基于GPSOne模块DTGS-800和低功耗单片机MSP430设计并实现了具有定位、监控和报警功能的个人定位终端。

1 系统硬件设计

    个人定位终端的硬件组成如图1所示。为了解决GPS在室内和高层建筑密集区难以定位的问题，选用AnyData公司的DTGS-800 GPSOne模块；为了缩小体积、降低功耗和成本，主控单元MCU选用超低功耗的16位单片机MSP430F147，显示器选用LED。单片机负责控制GPSOne模块发起定位请求，接收并解析CDMA网络控制中心发送的信息，获取当前的经、纬度及其他信息，并以短信的方式送至控制中心或操作者的手机。主控单元MCU如图2所示。它包括MSP430F147，外接高速晶振和低速晶振，在不需要高速处理时，可将高速晶振关闭，只使用低速晶振，以降低功耗；MSP430F147有2个串行异步通信接口(USART)，其中一个(DCD、CTS、DTR、RI、RFR／RTS、TXD、RXD引脚)接口连接DTGS-800的UAR-T1，另一个(URXD0、UTXDO)接口与PC机的串口相连，供系统调试使用。nRst、MS、TCK、TDI、TD0引脚连接JTAG插座，用于程序下载和在线调试；keyl和key2引脚分别接"Help"和预留按键。外接的LED DS3和LED DS4分别用指示电池电量不足和DTGS-800与MSP430之间的通信；BatTest用于检测电池电量。

    DTGS-800模块是定位终端的主体，其内部集成有GPSOne器件，采用GPSOne解决方案定位；支持机卡分离RUIM，提供标准RS-232数据接口和标准的AT命令接口，为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输。该模块可采用外接电源或电池供电，电池供电电压为+4．0 V±10％，外接电源供电电压+4．5 V±10％，外接电源还能通过模块内部的电源管理器件为电池充电。

    DTGS-800模块的电路如图3所示。其中DCD、CTS、DTR、RI、RFR／RTS、TXD、RXD引脚连接MSP430F147的UART1，是DTGS-800与MSP430F147的通信通道；UIM_DATA、UIM_CLK、UIM_PWR_EN、UIM_RESET接UIM卡(图4)；Sgl_SMS、Sgl_IDEL、Sgl_GPS、Sgl_busy、Sgl_power、Sgl_ch-arge是系统状态指示信号，分别连接6个LED，用于指示新短信信号、CDMA网络信号、GPS信号、CDMA网络忙、系统上电和电池充电等状态；BatGauge接电池测试端，用于检测电池温度(图5)。

    UIM卡是CDMA手机的一种智能卡，其功能类似于GSM手机中的SIM卡。它支持专用的鉴权加密算法和0TA技术(0ver The Air)，可以通过无线空中接口方式对卡上的数据进行更新和管理。UIM卡固定在卡座上，通过卡座的6个引脚与外部连接，如图4所示，其中UIM_RESET和UIM_CLK需通过100 kΩ电阻下拉，UIM_DATA需通过10 kΩ电阻上拉。
    电源Battery和Charger模块如图5所示。DTGS-800模块的第88、90引脚是专用于电池供电的电源输入引脚。若需模块既可用外接电源又可用电池供电，可将外接电源接到第87和89引脚，电池接到第88、90引脚。此时，外接电源还能通过模块内部电源管理器件为电池充电。在模块只采用电池供电的情况下，需要给该模块一个power on信号；对该引脚进行第2次触发时，模块power off。

2 系统软件设计
    该终端的软件设计有主程序、按键检测、电池检测、存储和串口通信5个模块。图6为主程序流程。
    主程序模块负责其他4个模块的初始化和数据处理与存储。该模块判断接收数据的正确性，从中提取位置和其他有用信息，实现数据的分离和有效数据在片上RAM的临时存储，并将有用信息通过串口发送给DTGS8-800，DTGS-800再以短信的形式传给第三方。系统启动时，首先进行初始化，包括看门狗、定时器、电压检测模块(含MD转换器)、UART、按键检测模块和DTGS-800的初始化；系统初始化完成后，如果没有中断请求则进入低功耗模式，以节约电量。
    按键检测模块和电池检测模块都是以中断方式执行的。当有按键按下时，就会产生中断，通知控制器进行扫描，判断是哪个键按下，然后进行相应的处理；电池检测模块以一定时间间隔检测电池电量，如果电池电量不足则通知控制器开始计数，如果连续检测到电压过低状态超过一定次数后，则使相应的LED闪烁，提醒用户充电。
    如果用户发送报警信息，即按下Help键，则产生中断请求，执行中断服务子程序，系统退出低功耗模式，进入“HELP”状态，发起定位请求，接收并解析定位信息，将有用信息和报警信息打包后，以短信的形式发送给HelpNum指定的服务器，发送成功后，系统进入低功耗模式。
    如果是第三方发起定位请求，系统则退出低功耗模式，进入“MPC定位”状态，发起定位请求，接收并解析定位信息，将有用信息以短信的形式发送给指定手机或服务器，成功后系统返回低功耗模式。服务密码及MPC的地址可通过短信以特定的格式远程设置。

3 系统测试
    通过在不同环境下的综合测试，结果表明：该系统具有以下功能：1)进行MPC第三方定位(即网络侧发起定位)；2)直接控制终端进行主动定位(即终端侧发起定位)；3)支持单次定位和连续定位；4)支持MS-Based和MS-Assist定位模式；5)能远程设置各种参数；6)具有紧急报警、越区报警和超速报警等功能。
    系统初始定位时间在20 S内，室内定位误差在500 m内，室外定位误差在20 m内；报警信息能在1 s内传到控制中心，出界、超速、电池电量过低等报警灵敏度高，系统可连续工作24 h，待机72 h，运行稳定可靠，可以满足个人定位系统基本的功能需求。

4 结束语
    本文基于GPSOne模块DTGS-800和低功耗单片机MSP430F147，设计并实现了一个集个人定位、监控和报警于一体的个人定位终端，解决了在室内、隧道等场合GPS无法定位的问题。由于采用低功耗处理器，使整个系统功耗降到最低。能够长期待机工作，为用户带来了极大方便，具有较高的实用价值。但由于系统使用CDMA网络的短消息信道传输信息，实时性还不够理想。为了提高系统的实时性，可考虑改用GPSOne模块内置的TCP／IP协议来进行信息传输。