基于GSM、GPS模塊的手持無線線路巡護(hù)終端的設(shè)計

1、    基于GSM、GPS模塊的手持無線線路巡護(hù)終端的設(shè)計摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計和仿真驗證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte隨著光纖通信傳輸網(wǎng)的延伸以及通信維護(hù)任務(wù)的增加，為加強通信線路的維

2、護(hù)，并及時發(fā)現(xiàn)維護(hù)過程中存在的各種問題，迫切需要開發(fā)一套成本低廉、適合通信總站通信線路維護(hù)任務(wù)、實用性強的巡護(hù)監(jiān)管系統(tǒng)。對于在通信線路維護(hù)中存在維護(hù)人員分散、線路分布地域廣、管理部門難以掌握線路巡護(hù)情況，某些單位存在線路巡護(hù)不及時、不到位、缺少有效的監(jiān)管手段的實際情況。為徹底解決線路維護(hù)管理這一難題，本文研制了一套通信線路巡檢監(jiān)管系統(tǒng)，可實現(xiàn)對線路巡護(hù)的實時監(jiān)控，及時掌握每條線路巡護(hù)出勤率、工作量，并發(fā)現(xiàn)線路巡護(hù)過程中存在的各種問題。本文中的硬件設(shè)備采用嵌入式開發(fā)設(shè)計，MCU采用MSP430F149芯片進(jìn)行系統(tǒng)控制，并預(yù)設(shè)JTAG接口這種簡單方便的程序下載方式，以便對終端設(shè)備功能進(jìn)行完善和修改

3、。GPS模塊采用德國FALCOM公司的JP13模塊，定位速度快、性能穩(wěn)定、信息準(zhǔn)確、功耗低。GSM短信息模塊采用明基公司的BENQ-M32模塊，具有體積小，信號穩(wěn)定、支持900/1,800MHz雙頻、接通率高、信號質(zhì)量好等特點。設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作使用和維護(hù)方便，并且集成度高、能耗低、體積小、便于攜帶。功能實現(xiàn)1. GPS定位信息采集通信的實現(xiàn)使用單片機的串口與GPS模塊的通信口相連，系統(tǒng)上電后，對MCU進(jìn)行初始化，開始串口工作、設(shè)置波特率，使MCU與GPS模塊建立通信連接，當(dāng)GPS模塊接收到定位信息數(shù)據(jù)后，以全報文的方式發(fā)送給MCU。數(shù)據(jù)是實時的，因此MCU可根據(jù)接收的數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的時

4、間和定位情況。2. GSM短信息收發(fā)通信的實現(xiàn)使用AT指令集對GSM模塊進(jìn)行初始化，實時接收控制中心發(fā)送的設(shè)置信息和查詢信息，通過設(shè)定的通信協(xié)議來修改終端設(shè)備的各項保密設(shè)置，并查詢終端的當(dāng)前位置和當(dāng)前狀態(tài)。3. 手持設(shè)備的操作和顯示本文設(shè)計的手持終端采用簡潔、易懂、便于使用的按鍵和顯示器。可以通過簡單的按鍵操作和易懂的顯示方法對手持終端進(jìn)行操作，查詢當(dāng)前的位置信息、已發(fā)送和未發(fā)送信息，還可以隨時發(fā)送當(dāng)前的位置信息給控制中心。4. 存儲功能的實現(xiàn)可以存儲200條已讀和未讀短信息，IIC總線控制，擦出重寫次數(shù)為十萬次。硬件電路實現(xiàn)如圖1中的電路設(shè)計框圖所示，手持終端設(shè)備主要由MSP430F149

5、FLASH型單片機、GPS模塊(JP13)、短信收發(fā)控制模塊(BENQ-M32)、FLASH存儲器、LCD顯示器及天線等部分組成。1. MSP430F149單片機及其主要功能本系統(tǒng)采用的MSP430F149單片機是德州儀器公司(TI)的MSP430F14x系列，這是一款超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機。它采用“馮-紐曼”結(jié)構(gòu)，RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內(nèi)，兩通道串行通信接口可用于異步或同步(UART/SPI)模式。它具有豐富的片內(nèi)外圍，是F14x系列中功能最強大的一款，非常適合于構(gòu)成一個全功能的便攜式單片機應(yīng)用系統(tǒng)。該器件在本系統(tǒng)中的作用主要包括：管理控制整

6、機工作，對各模塊進(jìn)行上電自檢，處理鍵盤輸入，液晶板的字符顯示，指示燈的狀態(tài)顯示，按鍵提示音的生成，控制GSM、GPS模塊的協(xié)調(diào)工作，根據(jù)操作完成定位信息的編碼發(fā)送等等。上電啟動過程如圖2所示。上電開機時首先對BENQ-M32模塊、LCD顯示器、JP13模塊進(jìn)行初始化。預(yù)置英文字符及漢字字符信息，發(fā)送數(shù)據(jù)給LCD顯示器，顯示開機信息。發(fā)送指令給BENQ-M32模塊檢測SIM卡，檢測GSM信號強度。由JP13獲取GPS定位信息，并將信息格式輸出至LCD上顯示。當(dāng)上述檢測完成后，終端自動發(fā)送一個開機信息給信息中心，告知中心該終端已登錄系統(tǒng)。當(dāng)檢測到無SIM卡時，顯示錯誤信息后程序中斷，終端不再工作；

7、若SIM卡檢測正常，則繼續(xù)執(zhí)行。終端工作方式有自動定時上報位置信息和手動上報兩種工作方式，當(dāng)系統(tǒng)中心以GSM短信的形式發(fā)送給終端“自動發(fā)信”指令時，BENQ-M32在接收到信息后，將該信息傳送至MSP430F149單片機，單片機進(jìn)行處理后獲得自動發(fā)送間隔時間(發(fā)送間隔時間取值范圍為0255分鐘，“0”表示終端手動發(fā)送)，此時終端進(jìn)入自動發(fā)送狀態(tài)。MSP430F149單片機將終端號、信息內(nèi)容、經(jīng)緯度坐標(biāo)和發(fā)送時間格式轉(zhuǎn)化成字符串，再將字符串傳送至BENQ-M32，以短信的形式發(fā)送給系統(tǒng)中心。2. GPS定位信息的采集及處理GPS模塊采用德國FALCOM公司GPS模組JP13，它采用了美國SiRF

8、公司Star III芯片組，具有如下優(yōu)點：定位精度高：定位誤差小于10m；定位速度快：冷啟動時間小于30s；超高靈敏度：靈敏度達(dá)-159dbm；功耗低：工作電壓+3.3V DC，功耗105mw。JP13獲得定位數(shù)據(jù)后通過串口輸出至單片機，通信波特率為115200，輸出數(shù)據(jù)格式是NMEA-0183。GPS坐標(biāo)的提取過程：接收機只要處于工作狀態(tài)就會源源不斷地將接收并計算出的GPS導(dǎo)航定位信息傳送至單片機UART串行接口。在未經(jīng)過分類提取之前，這些信息是無法加以利用的。與其它通信協(xié)議類似，對GPS進(jìn)行信息提取必須首先明確其幀結(jié)構(gòu)，然后才能根據(jù)結(jié)構(gòu)完成對各個定位信息的提取。發(fā)送至單片機的數(shù)據(jù)主要由幀頭

9、、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不同，幀頭也不相同，主要有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”以及“$GPRMC”等。這些幀頭標(biāo)識了后續(xù)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)，各種幀均以回車符和換行符作為幀尾標(biāo)識一幀的結(jié)束。本文所關(guān)心的定位數(shù)據(jù)是經(jīng)緯度、速度、時間等信息，這些信息均可以從“$GPRMC”幀中獲得。其它幾種幀格式則沒有使用，雖然接收機在不斷向單片機發(fā)送各種數(shù)據(jù)幀，但在處理時可以先通過對幀頭的判斷而僅對“$GPRMC”幀進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，從中提取出所關(guān)心的時間(日期和時間)和地理坐標(biāo)(經(jīng)、緯度)信息進(jìn)行處理。從GPS接收機中獲得的時間信息為格林尼治時間，因此需要在獲取時間上加8小時才為中

10、國標(biāo)準(zhǔn)時間。而且GPS使用的WGS-84坐標(biāo)系也與中國采用的坐標(biāo)系不同，在使用過程中也需要對此進(jìn)行變換。3. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)由于GSM網(wǎng)絡(luò)在全中國范圍內(nèi)實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，用戶無需另外組網(wǎng)，因而在極大提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的同時節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費用、設(shè)備成本和維護(hù)費用。同時，GSM網(wǎng)絡(luò)對用戶的數(shù)量也沒有限制，克服了傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信系統(tǒng)投資成本大、維護(hù)費用高，且網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和用戶數(shù)量受限的缺陷。與傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)相比在網(wǎng)絡(luò)覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢，再加上GSM的短信息服務(wù)(Short Message Service, SMS)本身具備無線雙向數(shù)據(jù)傳輸功能，性能穩(wěn)定，為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設(shè)備的通信提供了一個強

11、大的支持平臺。因此，我們在信息傳輸中采用了GSM的SMS平臺。在設(shè)計實現(xiàn)中我們選用的短信收發(fā)模塊是臺灣明基公司的BENQ-M32模塊，采用內(nèi)置天線，支持900/1,800MHz雙頻，其主要功能是完成短信息的收、發(fā)，進(jìn)行SIM卡檢測，將收到的信息傳送至單片機進(jìn)行處理，并將單片機傳送來的信息發(fā)送出去。單片機通過UART串行接口直接向GSM模塊發(fā)出AT命令，從而可以方便地實現(xiàn)基于GSM的短信息的收發(fā)、查找和管理。4. 對GSM無信號情況的處理由于通信線路中可能存在手機信號無法覆蓋的情況，系統(tǒng)設(shè)計了信息自動存儲功能。當(dāng)無GSM信號時，終端會自動將待發(fā)送的信息存儲在AT24C64存儲器中，等待有GSM信

12、號時再自動發(fā)送。5. 各信號指示燈的控制和含義在正常狀態(tài)下3個指示燈的作用分別是：LED1為GPS狀態(tài)指示，當(dāng)獲取GPS信號時此信號燈閃爍，正常工作時不亮，此信號燈的控制由MSP430F149單片機完成，P54輸出脈沖，使得LED閃爍；LED2燈為GSM信號指示，當(dāng)無信號時無顯示，信號正常時閃爍，此信號的控制由短信模塊通過P46腳輸出來完成；LED3為充電指示燈，充電過程中此燈亮，充電完成后燈自動熄滅。6.硬件原理圖該手持終端設(shè)備(圖3)由電池供電，電池輸出電壓為4.2V，系統(tǒng)配備了充電器。GPS模塊和MCU的工作電壓是3.3V，由S818將4.2V電壓降到3.3V的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓。本文小結(jié)本文設(shè)計的手持終端由GPS接收模塊、GSM射頻收/發(fā)模塊