基于GPRS&GPS的防盗追踪系统的设计方案

图2 系统数据流示意

　　3 系统硬件设计

　　3. 1 电源部分

　　系统采用锂电池供电， 供电电压为3. 6 V , 而GPRS模块的工作电压为4 V, 系统其他部分则为3. 3 V。由于采用的是电池供电， 因而在低功耗方面有严格的控制， 这就要求在电源管理方面必须科学管理系统的各部分功耗。

　　本设计采用了多个带使能控制引脚的电源芯片， 对于不需要工作的模块， 则用处理器关掉其供电， 只有在需要的时候， 重新打开开关， 从而做到电能的节约使用， 大大降低系统功耗。

　　系统电源部分设计如图3 所示。GPRS、GPS 分别采用带使能控制的电源芯片LT3125 和LP3996 进行供电。

图3  电源系统[!--empirenews.page--]

　　正常情况下， MCU 关断这2 个模块的电源， 只间隔一定的时间启动这两个模块报告设备状况。当传感器一旦检测到有异动， 处理器马上打开这2 个模块的供电， 使用GPS进行位置定位， GPRS 向用户发送设备状况以及报警。

　　L T3125 是凌力特尔公司的一款DC-DC 电源芯片， 输入电压可在1. 8~ 5. 5 V, 输出在2~ 5 V 可调， 输出峰值电流1. 2 A, 并带使能控制开关。此芯片刚好能满足本系统的要求， 在电池低于3. 6 V, 一直到1. 8 V 也能确保GPRS 能正常工作。

　　L P3996 是美国国家半导体公司生产的一款带控制开关的LDO 芯片， 能把3. 6 V 输入电压转成3. 3 V 电压稳定输出， 具有低纹波特点， 刚好满足GPS 模块低纹波输入要求。

　　3. 2 处理器与通信模块

　　GPRS 与GPS 模块都是通过UA RT 接口对外进行通信， 如图4 所示。GPRS 模块对外的接口为一个标准的9线U ART 接口， 其电平为2. 8 V, 而处理器的电平为3. 3V, 因此在GPRS 模块与处理器之间需要有一个电平转换的buffer , 实现接口的电平匹配。系统采用的是IDT74FCT 3244Q8 作为电平转换的芯片。GPS 模块也是通过一个U ART 串行接口与单片机进行通信， 此串行接口使用起来比较简单， 只有收发2 根线。

图4  GPRS、GPS 通信模块

　　处理器采用的是ATMEL 公司的A T91SAM7S 系列的A RM7 芯片， 具有3 个U ART , 其中一个为标准的9 线串口， 8 路A D, 内嵌512K 的Flash, 能满足系统的需求。

　　GPRS 模块则采用的是WAV ECOM 公司的Q 24PLUS 型号， 此模块集成了T CP/ IP 协议栈， 对外的接口为一9 线标准串口， 通过此串口利用AT 指令控制模块， 能够实现数据的透明传输。支持GSM、GPRS 网络， 以及4 频段载波。GPS 模块采用的是U blox 公司的LEA-5H 型号，支持冷热双启动模式、快速定位， 内含RAM, 在有后备电池的情况下能保存位置信息， 实现快速热启动。输出的信息为国际标准的NMEA 格式的字符串， 对外接口为2 线串行接口， 用户只需接收NMEA 字符串， 并按格式提取相应信息即可。

　　3. 3 处理器与传感器

　　传感器采用的是Analog Device 生产的一款三维重力加速度传感器， 其型号是ADXL335, 此传感器能精确的实时的测量三维方向上的加速的大小， 并量化成电压值从3个接口输出， 用户只需测量这3 个电压值的大小， 并通过特定的公式计算， 从而得知3 个方向上的加速度大小。系统采用3 路10 位的AD 对输出的电压进行采样， 从而得到较为精确的电压值， 并在处理器内部通过一定的算法，把这3 个电压值换算成加速度值， 从而判断物体是否发生运动。

　　4 系统软件设计

　　系统的处理器为A RM7 处理器， 并采用ECOS 嵌入式操作系统, 所有的软件都是基于ECOS 平台进行开发的。系统的软件架构如图5 所示。最底层的是位于硬件层之上的驱动层， 包括GPRS、GPS、传感器， FLASH 等一些驱动模块； 再上一层就是操作系统层， 这些模块都在ECOS 操作系统目录下而被ECOS 调用； 位于操作系统之上的即为应用层。应用层包含了系统要求的各项功能： 系统初始化、GPS 追踪定位、运动检测、用户命令处理等。

图5  系统软件架构

　　4. 1 追踪定位过程

　　一般情况下， 系统处于休眠模式， 并侦听唤醒信号的到来， 一旦接收到唤醒信号， 开始检查物体是否被移动， 若没有移动， 则仍然用以前的位置信息作为现在的位置信息， 一旦检测到移动， 则马上启动GPS 模块， 实时获取当前的位置信息， 并覆盖以前的位置信息， GPRS 再把新获取的位置信息报告给上位机， 实现位置的实时跟踪。[!--empirenews.page--]

　　用户是通过GPRS 远程控制系统的工作状态， 由于GPRS 不能一直处于网络连接状态， 用户什么时候发起通信， 这些都是未知的。因此， 系统必须为GPRS 模块设置一个工作状态， 定时的开启GPRS, 如果检测到有新的信息传来， 则让GPRS 进入工作状态， 接收并处理用户发过来的命令， 如果没有， 则继续进入休眠状态。处理完命令后， 更改并保存用户新设置的参数， 系统按照用户要求进入一个新的工作状态。此过程的工作流程图如图6 所示。

图6 GPRS 工作流程

　　4. 3 上位机部分

　　上位机主要功能是管理GPRS 终端设备， 通过T CP/IP 协议发送或接受数据包， 实现与终端的数据通信。上位机位于互联网上， 具有独立的IP 地址， GPRS 终端可以利用此唯一的的IP 地址寻找到上位机并发起通信。上位机开放特定的端口， 并一直对此端口进行侦听， 一旦收到终端发过来的请求， 便建立连接， 并开始进行通信。

　　上位机的软件流程如图7 所示。

图7 上位机流程

　　5 结束语

　　采用基于GPRS、GPS 双网络结合的防盗追踪系统，相对于传统的防盗监控系统， 不但能实现远程实时监控的功能， 同时还能对于被盗设备能追踪定位， 对被盗设备的找回提供准确的位置信息， 从而挽救财产降低损失。目前GPRS, GPS , Internet 都是应用的十分广泛的技术， 采用这3 种技术的结合， 无疑是强强联手， 发挥出更强大的功效。

　　市场需求也将十分巨大， 在各个行业的财产管理将得到充分应用， 因而具有广泛的应用前景。

　　本系统的创新点： 1） 加入GPS 技术， 即使设备被盗很远， 利用GPS 定位， 亦可追回， 亡羊补牢； 2） 低功耗， 采用先进的电源管理系统， 使功耗降到最低； 3） 兼容性好， 能应用于不同的工作场所， 实现不同设备的防盗追踪。