隨著光纖通信傳輸網(wǎng)的延伸以及通信維護任務的增加,為加強通信線路的維護,并及時發(fā)現(xiàn)維護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任務、實用性強的巡護監(jiān)管系統(tǒng)。對于在通信線路維護中存在維護人員分散、線路分布地域廣、管理部門難以掌握線路巡護情況,某些單位存在線路巡護不及時、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)對線路巡護的實時監(jiān)控,及時掌握每條線路巡護出勤率、工作量,并發(fā)現(xiàn)線路巡護過程中存在的各種問題。
本文中的硬件設備采用嵌入式開發(fā)設計,MCU采用MSP430F149芯片進行系統(tǒng)控制,并預設JTAG接口這種簡單方便的程序下載方式,以便對終端設備功能進行完善和修改。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。設備結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作使用和維護方便,并且集成度高、能耗低、體積小、便于攜帶。
一、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進行初始化,開始串口工作、設置波特率,使MCU與GPS模塊建立通信連接,當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)判斷當前的時間和定位情況。
2. GSM短信息收發(fā)通信的實現(xiàn)
使用AT指令集對GSM模塊進行初始化,實時接收控制中心發(fā)送的設置信息和查詢信息,通過設定的通信協(xié)議來修改終端設備的各項保密設置,并查詢終端的當前位置和當前狀態(tài)。
3. 手持設備的操作和顯示
本文設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行操作,查詢當前的位置信息、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。
二、硬件電路實現(xiàn)
如圖1中的電路設計框圖所示,手持終端設備主要由MSP430F149 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:管理控制整機工作,對各模塊進行上電自檢,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模塊進行初始化。預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)。
當檢測到無SIM卡時,顯示錯誤信息后程序中斷,終端不再工作;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0~255分鐘,“0”表示終端手動發(fā)送),此時終端進入自動發(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-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、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識一幀的結(jié)束。本文所關心的定位數(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”幀進行數(shù)據(jù)提取,從中提取出所關心的時間(日期和時間)和地理坐標(經(jīng)、緯度)信息進行處理。
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小時才為中國標準時間。而且GPS使用的WGS-84坐標系也與中國采用的坐標系不同,在使用過程中也需要對此進行變換。
3. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)
由于GSM網(wǎng)絡在全中國范圍內(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)絡覆蓋范圍的同時節(jié)省了昂貴的建網(wǎng)費用、設備成本和維護費用。同時,GSM網(wǎng)絡對用戶的數(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、維護費用高,且網(wǎng)絡覆蓋范圍和用戶數(shù)量受限的缺陷。與傳統(tǒng)的集群系統(tǒng)相比在網(wǎng)絡覆蓋上具有無法比擬的優(yōu)勢,再加上GSM的短信息服務(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,為遠程數(shù)據(jù)傳送和監(jiān)控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。因此,我們在信息傳輸中采用了GSM的SMS平臺。
在設計實現(xiàn)中我們選用的短信收發(fā)模塊是***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),進行SIM卡檢測,將收到的信息傳送至單片機進行處理,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)設計了信息自動存儲功能。當無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的標準工作電壓。
三、本文小結(jié)
本文設計的手持終端由GPS接收模塊、GSM射頻收/發(fā)模塊、單片機控制單元三大部分組成。監(jiān)控中心由電子地圖系統(tǒng)、資料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息接收單元及數(shù)據(jù)處理部分組成。傳輸網(wǎng)絡采用現(xiàn)有的中國移動或中國聯(lián)通的GSM短信數(shù)據(jù)平臺SMS實現(xiàn)信息傳輸。
責任編輯:gt
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