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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。物流公司使用傳統的 GPS定位技術跟蹤貴重物品，可以減小物品丟失的機率。但在高架橋下或城市建筑物密集等復雜地理環境中，衛星信號容易丟失；且在整個物品的運輸過程中，貴重物品放在貨車的金屬集裝箱內或者存放在室內時，利用GPS技術也無法獲得衛星定位信號，難以實現對貴重物品的有效跟蹤定位。同時，在物流公司監控系統的傳統解決方案中，GPS車載定位業務是以GSM或CDMA移動網絡短消息作為通信媒介的，定位和報警信息是通過手機短信的方式發送到終端用戶的，因而不便于物流公司對整個系統進行實時監控、查詢和管理。 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。該方案既能在各種環境中實時、準確地定位，又能在發生盜竊事件時通過Internet及時報警，便于物流公司實時監控、查詢和管理，從而可以更加有效地防止物品丟失，并及時追究責任。 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，不僅可以實現定位，而且內置TCP／IP協議棧，能方便地連入Inter-net傳輸數據，便于物流公司監控管理。 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，A-GPS定位不準，但這些地區CD-MA基站較密集，可利用AFLT(Advanced Forward LinkTrilateration，高級前向鏈路三角定位法)技術克服A-GPS的定位盲區缺點，實施精確定位。 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。監控服務器上打開相應的軟件接收這些信息然后保存到數據庫，利用GIS(Geographic Information System，地理信息系統)即可實現實時跟蹤和查詢物流車輛及物品的位置等功能，便于物流公司實時監控和管理。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。數據傳輸的過程可視作透明傳輸，即可看作數據直接從定位終端發送到物流公司監控平臺上。 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。物流公司通過監控平臺接收這些信息并結合物流調度表，分析事發時的物流情況，即可判斷是否發生異常，并及時作出處理，從而實現物流過程跟蹤、防盜、查詢和管理等實時監控功能。 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。DTGS-800采用機卡分離技術，提供與R-UIM卡的連接接口。 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。下面從兩個方面介紹電源部分。 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。與LDO壓差較大時功耗高且轉換效率低的缺點相比，DC-DC電源芯片具有較高的轉換效率，且在壓差較大時保證功耗不會太大。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)。STC12LE5410AD具有引腳少、體積小、價格低、使用方便等特點，可降低開發成本，縮短開發周期。 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，如串口、鍵盤及LCD等接口，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。注意，當模塊處于數據連接有效狀態時，是不響應任何AT指令的。當數據傳輸完畢時，將DTR置0可斷開數據連接，此時DTGS-800就可以再次響應AT指令。 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，
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。在通信協議里還規定了不同信息內容的數據格式。 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。當行程開關動作時，首先要發送上網指令和報警信息，然后按照上面的步驟進行通信。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。為避免在TCP連接過程中由于沒有收到應答而出現死機情況，系統中運用了超時重傳機制，保證了通信的可靠性。 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。 參考文獻 1. 上海國際海事信息與文獻網.貨運中貴重物品丟失嚴重[EB/OL],2006[2009-01-15].http://www.simic.net.cn/news/detail.jsp? id-726. 2. 蔡熙雁.CDMA GPSONE定位技術介紹及在物流行業應用的探討[J].移動通信,2003(S2):190-193. 3. 蔡青青,陳家松,周青松.基于ARM7的車載定位終端系統設計[J].航空計算技術,2007,37(2):77-79. 4. AnyDATA.NET Inc.CDMA Data Terminal DTGS-800 Reference Manual Application Information. 5. AnyDATA.NET Inc.CDMA模塊使用注意事項. 6. AnyDATA.NET Inc.AnyDATA模塊使用說明. 7. AnyDATA (Shanghai) Co.,Ltd.AnyDATA CDMA module AT手冊[DTE與ME之間的AT協議]. 作 者：華中師范大學 徐慧平 黃光明 作者：《單片機與嵌入式系統應用》 來源：2009（8） |
