引 言

消費者委員會對當前貨運業存在的問題進行了調查分析，消費者委托運輸的貴重物品在運輸過程中丟失情況嚴重，致使消費者的受損金額越來越大。物流公司常常承擔運輸貴重物品的任務，而這些貴重物品的丟失將會導致他們巨額的損失。GPS英文全名是“Navigation Satellite Timing And Ranging / Global Position System”，其意為“衛星測時測距導航/全球定位系統”，簡稱GPS系統。該系統是以衛星為基礎的無線電導航定位系統。GPS全球衛星定位導航系統，開始時只用于軍事目的，后轉為民用被廣泛應用于商業和科學研究上。GPS空間部分使用了二十四顆衛星組成的星座，衛星高度約20200公里，分布在六條升交點互隔60度的軌道面上，每條軌道上均勻分布四顆衛星，相鄰兩軌道上的衛星相隔40度，使得地球任何地方至少同時可看到四顆衛星。傳統的GPS定位技術在戶外運轉良好，但在室內或衛星信號無法覆蓋的地方效果較差，而且如果所在位置上空沒有3顆以上的衛星，那么系統就無法從冷啟動狀態實現定位。

為滿足物流公司跟蹤定位貴重物品的迫切需要，本文提出了一組基于GPSOne技術的解決方案。在移動通信網絡中，通常有以下幾種定位技術： 一是基于Cell ID的定位技術，它由網絡側獲取用戶當前所在的基站Cell信息以獲取用戶當前位置，其精度取決于移動基站的分布及覆蓋范圍的大小； 二是基于AFLT的定位技術，AFLT（Advanced Forward Link Trilateration）是CDMA獨有的技術，在定位操作時，手機/終端同時監聽多個基站的導頻信息，利用碼片時延來確定到附近基站的距離，最后用三角定位法算出具體位置； 三是基于AGPS（無線網絡輔助GPS定位技術）的定位技術，AGPS將終端的工作簡化，由網絡側的定位服務器與終端相互配合完成定位工作，就是將衛星掃描及定位運算等最為繁重的工作從終端一側轉移到網絡一側的定位服務器完成。

1 定位系統方案

使用CDMA的DTGS-800模塊定位是一種很好的物流跟蹤管理方案。該模塊基于GPSOne技術，GPSOne是一種應用和改善GPS技術的方案，又稱為輔助GPS（Assistant GPS）定位技術。GPSOne移動定位技術，結合了GPS衛星信號和CDMA網絡信號進行混合定位。隨著社會的發展、科技的進步，人們的活動范圍越來越大，越來越不確定。移動通信最顯著的特點就是位置的移動，從而自然衍生出一些和位置相關的服務需求。在移動通信蓬勃發展的今天，通過無線通信網絡提供的定位服務，移動通信用戶不僅可以通過這項技術隨時了解自己所處的位置，還可延伸到周圍有什么自己感興趣的東西（或場所），或者他人想知道移動者（或移動物）在什么位置等等。

GPSOne是一種由A-GPS（Assisted Global PositionSystem，網絡輔助的GPS）與CDMA三角定位結合而成的混合定位技術。兩者的有機結合使兩種定位技術優勢互補。在遠離市區的郊外和農村，CDMA三角定位技術因無線基站稀少而精度較差，但這些地方衛星信號較強，可充分利用A-GPS提供的位置信息實現精確定位；在城市繁華地區、大型商廈、寫字樓等高層樓宇密集的地方或者室內，衛星信號較弱。

同時，DTGS-800模塊采用的是機卡分離技術，只要將一片R-UIM卡開通上網和GPSOne定位功能，然后插入模塊就可獲得上網和定位服務。 DTGS-800模塊自帶TCP／IP協議棧，只需通過單片機給模塊相應的命令，模塊就能自動通過無線方式使用TcP協議連接到Internet。進行連接前，設定所連接的IP地址和端口號為監控端服務器的IP地址和端口號，就可以實現Internet數據傳輸功能。GIS是以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺的全球空間分析即時技術。這是GIS的本質，也是核心。物質世界中的任何事物都被牢牢地打上了時空的烙印。人們的生產和生活中百分之八十以上的信息和地理空間位置有關。GIS作為獲取、存儲、分析和管理地理空間數據的重要工具、技術和學科，近年來得到了廣泛關注和迅猛發展。由于信息技術的發展，數字時代的來臨，理論上來說，GIS可以運用于現階段任何行業。從技術和應用的角度，GIS 是解決空間問題的工具、方法和技術；整個定位系統如圖1所示。

定位系統包括定位終端、CDMA網絡、衛星系統及物流公司監控平臺4個部分。定位終端通過衛星或者CD-MA基站獲取了當前的時間、經緯度信息后，通過 CDMA網絡發送到Internet上，物流公司監控平臺利用軟件接收來自Internet的相應信息。只要R-UIM卡開通了CD-MA的GPSOne 定位和上網功能，就可獲得CDMA網絡和衛星系統的相應服務。

整個定位系統的工作方式如下：將DTGS-800模塊、行程開關、天線和其他輔助電路封裝成一個獨立單元制成定位終端，固定在存放物品集裝箱的開箱口。運輸過程中，當集裝箱密封完好并正常運輸時，此定位終端可以定時向監控平臺發送經緯度、時間等信息；而當集裝箱被非正常開啟時會觸及行程開關，該定位終端可及時向監控平臺發送報警信息和定位信息。

2 系統硬件設計

定位終端硬件總體框圖如圖2所示。

2.1 系統組成

整個定位終端系統包括電源和電池供電模塊、MCU模塊及外圍電路、DTGS-800模塊及外圍電路。由一片單片機來控制具有定位功能的DTGS-800，它們之間的通信是通過串口來完成的。由于所選單片機和DTGS-800的工作電平都在各自的工作電平范圍之內，所以可以直接互連，無需額外的電平變換電路。

2.2 系統各模塊設計

2.2.1 電源和電池供電模塊

電源供電部分包括兩部分：專門的電池供電和汽車電源供電。整個終端系統使用的是專門的電池供電，在運輸行程較長而導致電池供電不足時，系統電壓檢測電路會發出報警，這時可以轉換成由汽車電源對其進行供電。

專門的電池供電。DTGS-800供電有兩種方法：電池供電（VBATT_INT引腳輸入）和外部供電（VEXT_DC引腳輸入）。當用電池供電時，要求供電電壓VBATT_INT范圍為+4.O V±10%。因此選用的是容量為10Ah、輸出電壓為3.7 V的鋰聚合物電池。由于選擇的單片機是3.3 V供電，故電池在向單片機供電時需加一片LDO（低壓差線性穩壓器）芯片MIC5219，其最小壓差可以達到0.3 V，滿足設計要求。

汽車電源供電。目前汽車用的電池多為鉛酸蓄電池，小型汽車用電池一般為12 V，大中型汽車（柴油發動機）為24 V。DTGS-800啟動時首先要初始化系統和尋找網絡，功耗較高，約300～500 mA，穩定下來后最高功耗（打電話或者上網、定位的情況下）大約在300 mA。設計時要留有余量，因此供電電源要求在外部供電（VEXT_DC）的情況下能有4.5～5 V、1 A的穩定直流供電，最高不能超過5.5 V。考慮到壓差較大，且要求輸出電流大于1 A，選用的是輸出電壓為5 V、輸出電流最大為3 A的DC-DC（開關電源）芯片LM2576-5。電源及電池供電模塊電路如圖3所示。

2.2.2 MCU模塊及外圍電路

MCU按其存儲器類型可分為無片內ROM型和帶片內ROM型兩種。對于無片內ROM型的芯片，必須外接EPROM才能應用（典型芯片為8031）。帶片內ROM型的芯片又分為片內EPROM型（典型芯片為87C51）、MASK片內掩模ROM型（典型芯片為8051）、片內FLASH型（典型芯片為89C51）等類型，一些公司還推出帶有片內一次性可編程ROM（One Time Programming, OTP）的芯片（典型芯片為97C51）。MASKROM的MCU價格便宜，但程序在出廠時已經固化，適合程序固定不變的應用場合。

MCU選用的是宏晶科技公司的STC12LE5410AD，其工作電壓為3.3 V，便于在所選定的系統電源下工作。這是一款帶A／D轉換的單片機芯片，具有超強抗干擾的特性，并且具有超低的功耗，正常工作時電流僅為4～7mA，空閑時電流<1 mA。它的工作周期僅為一個時鐘周期，可以大大降低使用的晶振頻率，從而降低EMI（Elec-tromagnetic Interference，電磁干擾）。

MCU外圍電路包括晶振電路、復位電路、開關檢測電路和電壓測量部分。開關檢測電路用來檢測行程開關的動作，電壓測量部分利用單片機的A／D轉換功能是來測量DTGS-800供電的電池電壓，當檢測到電池電壓不足時會發出報警，此時需將供電部分轉換到汽車電源上。MCU及外圍模塊電路如圖4所示。

2.2.3 DTGS-800模塊及外圍電路

CDMA模塊選用的是美國高通公司帶有GPSOne定位功能的集成MSM6050芯片組的DTGS-800。此模塊接口共有100個引腳，可提供電話、短信、音頻、傳真、定位、上網和數據傳輸等功能，還提供多種用戶接口，用戶可方便地根據需要進行開發。

DTGS-800與單片機接口使用的是3線（TXD，RXD，GND）串口，利用AT指令可以實現打電話、發短信及定位等功能，但是在上網和數據傳輸時需要接串口的流控信號（如RTS、CTS及DTR等）。RTS為請求發送信號；CTS為清除發送信號，起流控作用；DTR為數據終端準備好信號，用來指示上網時數據連接的有效性，系統中使用單片機的一個I／O口來控制。當DTR=1時，表示允許數據連接。此時單片機向DTGS-800發送上網指令，DTGS -800就被允許連接到Internet，單片機即可通過串口控制DTGS-800向指定IP地址和端口號的服務器上傳輸數據。

3 系統軟件設計

單片機與DTGS-800通信，分為單片機控制DTGS-800執行相應的功能，以及控制 DTGS-800通過網絡向監控服務器傳輸數據2部分。單片機控制DTGS-800執行相應的功能，只需要通過串口給DTGS-800發送AT指令，不同的AT指令可以實現不同的功能。AT命令是以“AT”為首，字符結束的字符串。單片機每向模塊發送一個AT指令，模塊都會返回數據。返回的數據是以結束的字符串。單片機收到數據之后，要經過一定的解析和處理，才能重新發送給監控服務器。串口的設置如下：115 200 bps，8位數據位，1位停止位。單片機控制DTGS-800向監控服務器發送數據時，定義了相應的數據格式：幀頭+數據內容。幀頭包括以下內容：16字節定長的R-UIM卡號碼、1字節的命令標識、1字節的數據內容長度，命令類型說明如表1所列。

例如，當發送的數據是定位信息時，幀數據依次是：16字節的R-uIM卡號碼（通常為11字節），類似于手機號碼，不夠16字節時，后面補0x00；1字節的數據內容長度，用來說明每幀幀頭后面發送的數據內容的字節數；1字節的命令標識，表明發送的數據幀的意義，如果是定位信息，則發送的是0x12；緊接著是數據內容。

系統軟件工作過程如下：在運輸過程中，單片機使用定時器定時向監控平臺服務器發送定位信息。發送的數據格式遵照前面所述的通信協議數據格式。首先，單片機向DTGS-800發送定位指令“AT+GPSSRT”，CD-MA模塊完成定位后向單片機返回定位信息。單片機對此信息進行解析，提取經緯度及當前時間等有效信息后對數據進行轉換；再向模塊發送上網指令“ATDT1123”，數據連接狀態有效后，就開始向監控服務器發送定位信息。軟件流程如圖5所示。

注意：在TCP連接并發送數據時使用了握手機制，即應答機制。為使系統的流程更加清晰，圖5中未給出握手過程。當DTGS-800模塊向監控端發送數據時，監控端需要根據情況返回應答信號；模塊如果在規定的時間內沒有得到應答，默認為連接超時。

結 語

傳統的GPS定位技術在物流中應用時，除了使用GPS模塊之外，還需要另外使用GSM模塊等其他輔助硬件才能實現定位報警功能。而在本文基于GPSOne技術的定位終端中，DTGS-800模塊融合了定位、GSM及CDMA網絡服務等多種功能，集成度和性價比高。系統測試表明，本方案在樓群密集的市區或者室內實現了精確定位，克服了GPS技術定位盲區的缺點。此系統裝置體積小，便于安裝在物品集裝箱內；定位數據能及時地通過網絡發送到物流公司的監控平臺服務器上，便于實時監控和管理；還可以在發生物品被盜事件時及時報警，便于物流公司查清事實，追究責任，在一定程度上能防止物流公司內部員工盜竊。