专利名称：一种移动体定位跟踪信息采集装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种移动目标定位跟踪信息采集装置及其运行方法，适用于2G或3G网络覆盖区域内的移动危险源、移动污染源、运输途中的贵重物品、移动机械、车辆和飞行器各种移动目标定位监测，涉及工业、农业、物流、交通运输等领域。
背景技术：
随着国家经济技术的发展，国内客流运输和物流运输日益发达，其中包括各种化工原材料、贵重物品和各种车辆。虽然运输技术日趋成熟，但是各种事故依然不断发生。2009年6月5日，四川成都9路公交车在川陕立交下桥处发生燃烧造成27人遇难74人受伤；2011年6月7日，建德境内杭新景高速公路化学品苯酚在运输途中泄露造成新安江部分水体污染；2012年I月31日，山东德州境内20吨液氨槽罐车运输途中泄露，情况危急。 为了加强对对移动危险源(主要指危险化学品、爆炸品运输车、船)的安全管理，保障道路、水路等区域安全畅通，国家安监总局、公安部、交通部发布了《关于加强危险化学品道路运输安全管理的紧急通知》和《关于加强和规范公路水路运输行业卫星定位应用系统建设的指导意见》等国家相关文件。目前移动危险源等移动目标的监测存在以下两种问题第一，对移动目标的监测采取人工观测或者人工操作监测仪器进行监测的方式，严重浪费人力资源、缺乏实时性和应有的科学性；第二，对移动目标的监测没有与目标的实时位置结合起来，导致即使发现异常状况但是无法准确报告所在位置贻误最佳抢救时机，造成势态扩大。
发明内容技术问题本实用新型的目的是提供一种移动目标定位跟踪信息采集装置及其运行方法，应用于移动危险源、移动污染源、运输途中的贵重物品、移动机械、车辆和飞行器及类似的各种移动目标的状态监测，能够解决对移动目标进行人为观测或者人为操作仪器监测造成的非实时性、非科学性和人力资源浪费，同时能够对移动目标进行实时定位，可在移动目标发生状况时准确寻找并对其进行救援，以防止事态进一步扩大。本方法，既可以实时采集移动目标监测信息，同时可将移动目标地理位置信息与其相结合后进行远传，使远程终端可实时监测移动目标的当前状态并准确定位移动目标的地理位置，有效解决现有技术中的上述问题。技术方案本实用新型的一种移动目标定位跟踪信息采集装置，其特征在于包括控制单元、GPS单元、扩展单元、无线通信单元和电源管理单元；所述GPS单元包括GPS天线子单元、表面声波GPS滤波子单元、GPS模块子单元和备用电池子单元；所述控制单元包括处理器子单元和调试接口子单元；所述无线通信单元包括无线通信模块子单元和USM卡子单元；所述扩展单元包括扩展接口电路，扩展接口电路与所述处理器子单元连接；所述电源管理单元为所述GPS单元、控制单元和无线通信单元供电；所述GPS天线子单元的输出端连接表面声波GPS滤波子单元的输入端，表面声波GPS滤波子单元的输出端连接GPS模块子单元的输入端，GPS模块子单元的数据输出端连接处理器子单元的数据输入端，GPS模块子单元的命令输入端连接所述处理器子单元的命令输出端；所述备用电池子单元的电源输出端连接所述GPS模块子单元的电源输入端；所述无线通信模块子单元的数据输入端连接所述处理器子单元的数据输出端；所述无线通信模块子单元的数据输出端连接USIM卡子单元的数据输入端；GPS单元接收卫星信号转换成可用定位数据并发送给控制单元；控制单元接收GPS单元发送的定位数据和扩展单元发送的数据，进行解析处理后发送给无线通信单元；扩展单元接收要采集的信息发送给控制单元；无线通信单元接收控制单元发送的数据并将数据发送到无线公共网；电源管理单元为整个装置进行供电。GPS单元包括GPS天线子单元、表面声波GPS滤波子单元、GPS模块子单元和备用电池子单元，GPS天线子单元用于接收卫星信号并将信号传送给表面声波GPS滤波子单元进行滤波；GPS模块子单元把滤波后的卫星信号转换成可用数据；备用电池子单元为GPS模块子单元备用供电，以实现GPS模块子单元热启动功能。控制单元包括处理器子单元和调试接口子单元，处理器子单元用于向GPS单元发送二进制命令进行配置，接收并解析GPS单元输出的定位数据并所获信息进行软件滤波，接收扩展单元传输的信息，向无线通信单元发送控制指令，并将定位信息和采集信息发送给无线通信单元进行远传；调试接口子单元用于向处理器子单元下载源程序并进行调试。扩展单元包括扩展接口 Jl和扩展接口 J2，扩展接口与所述处理器子单元进行连接。所述扩展单元电路包括两个扩展接口电路Jl和J2，它们用于分别连接相应传感器的输出端，扩展接口电路Jl的与处理器子单元的模拟信号输入端相连，扩展接口电路J2的与处理器子单元的的数字信号输入端相连。无线通信单元包括无线通信模块子单元和USM卡子单元，无线通信模块子单元用于接收控制单元发送的信息并将其发送给远程终端；USIM卡子单元用于给无线通信模块提供无线公共网服务，由US頂卡、US頂卡槽及其外围电路组成，其SM_DETECT、SIM_RESET、SIM_CLK, SIM_DATA, SIM_VSIM管脚分别与无线通信模块子单元的SM_DETECT、SIM_RESET、SIM_CLK, SIM_DATA, SIM_VSIM 管脚相连接。电源管理单元包括第一电源子单元、第二电源子单元和第三电源子单元，第一电源子单元将车载24 36V电源转换成5V电源；第二电源子单元将5V电源转换成4V电源，为备用电池充电以防突然掉电，并为无线通信单元供电；第三电源子单元将4V电源转换成
3.3V电源为控制单元和GPS单元供电。GPS模块子单元将定位数据传输给处理器子单元进行解析，GPS模块子单元由GPS模块“U2”及外围电路组成，处理器子单元由AVR系列芯片“U1”及其外围电路组成，两者间通信由USART 口的连接实现，即芯片Ul的USART 口 TX、RX管脚分别通过电阻与模块U2的USART 口 RX、TX管脚相连接，以完成信息的收发。扩展单元将信息传输给处理器子单元，信息经过处理后进行远传，扩展单元由扩展接口 “J1”和“J2”组成，可连接传感器完成信息采集，Jl的管脚分别与Ul的模拟信号输入管脚相连，J2的管脚分别与Ul的IO管脚相连，以分别完成模拟信息和数字信息的传输。[0019]处理器子单元将解析后的定位信息和采集到的信息发送给所述无线通信模块子单元进行远传，无线通信模块子单元由2G或3G无线通信模块“U3”及其外围电路组成，处理器子单元与无线通信模块子单元之间的通信由USART接口的连接完成，以实现所述处理器子单元向所述无线通信模块子单元发送命令和传输信息的功能，然后无线通信模块子单元再将信息发送到无线公共网。移动目标定位跟踪信息采集装置的运行方法包括如下步骤(I)装置上电后，处理器子单元进行初始化，设置堆栈指针，开全局中断，初始化USARTO接口和USARTl接口，此时不可使能USARTO接口的接收中断；(2)处理器子单元向无线通信模块子单元发送AT指令(Attention command,即终端设备向终端适配器发送的命令，每条AT指令均可实现固定的功能)，完成开启网络上报服务、开启高层协议栈事件上报服务、激活USIM卡、激活协议栈、搜索网络并加入无线公共网五个步骤，使其开机并接入无线公共网；
·[0023](3)处理器子单元向GPS模块子单元发送二进制命令进行配置，实现较大漂移点滤除；(4) GPS模块子单元接收通过GPS天线子单元和表面声波GPS滤波子单元的地理位置信息，将信息解析后转换成定位数据，并滤除较大漂移点，然后通过串口向处理器子单元发送；(5)处理器子单元开启USARTO接口的接收中断，接收GPS模块发送的定位数据；(6)处理器子单元接收到有效定位数据后，屏蔽USARTO接口的接收中断，辨别数据的种类，并分别予以解析、滤波等处理，即可获得移动目标的地理位置信息和模块状态等信息；(7)处理器子单元将通过扩展接口 Jl接收到的信息进行处理，以获得所需信息及正确的信息格式；(8)处理器子单元向无线通信模块U3发送AT指令(Attention command,即终端设备向终端适配器发送的命令，每条AT指令均可实现固定的功能)，开启其短信业务，确定信息发送格式、信息发送模式参数、终端字符集格式和对应的目标号码，然后将要发送的数据传输给无线通信模块，通过其将信息发送到无线公共网；(9)延时一定时间后，从步骤(5)再开始执行，进行下一次的信息采集。有益效果I)本实用新型在系统地研究和设计了移动目标定位跟踪信息采集的基础上，设计并研制了一种移动目标定位跟踪信息采集装置及其运行方法，以有效地解决对移动目标进行人为观测或者人为操作仪器监测造成的非实时性、非科学性和人力资源浪费，同时能够对移动目标进行实时定位，可在移动目标发生状况时准确寻找并对其进行救援，以防止事态进一步扩大。2)本实用新型由于采用GPS技术，可对移动目标进行准确定位，具有定位精度高、观测时间短、全球全天候工作、高效率、应用范围广等特点。3)本实用新型采用的2G或3G无线通信技术，具有实时在线特性，系统无延时，无需轮巡就可以同步收发接收到的数据，可实现移动目标监测的实时性。4)本实用新型采用的2G或3G无线通信技术，具有覆盖范围广的特点，在其覆盖范围内都可以实现都监测信息的收发，同时扩容无限制、接入地点无限制，可满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。5)本实用新型采用的电源管理单元以车载24-36V为输入电源，适用于车载情况，同时电源管理单元内部含有备用锂电池及其充电电路，可有效防止电源突然掉电带来的装
置停工问题。6)本实用新型在设计中由于采用了实用性设计，在充分考虑到其装置在实际应用中适用性的同时，尽量减小其成本。同时注意到其牢固性，部署前焊牢，并注意焊接点的密封性，使得其装置在潮湿、灰尘等环境中都能正常工作，而不会发生腐蚀、线路短路或漏电故障等现象。7)本实用新型由于采用的各元器件的工作温度范围大，使其装置可以在_25C°到+70C°正常工作，这样可使本实用新型适合于世界的绝大多数国家和地区。 8)本实用新型由于具有上面6)、7)中所述的特点，能够抵抗一般强度的高湿、高低温、风沙、撞击和腐蚀等，极大地增强了其装置在恶劣环境下的适应能力。9)本实用新型采用JTAG接口可以使终端对其装置进行调试和编程以及烧写程序；不仅能够控制执行设备，还可以检测执行设备的状态并发出通知，其功能有效并且可
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图I是移动目标定位跟踪信息采集装置的总体原理框图。图2是移动目标定位跟踪信息采集装置的软件流程图。图3是移动目标定位跟踪信息采集装置中控制单元原理图。图4是移动目标定位跟踪信息采集装置中GPS单元原理图。图5是移动目标定位跟踪信息采集装置中扩展单元原理图。图6是移动目标定位跟踪信息采集装置中无线通信单元原理图。图7是移动目标定位跟踪信息采集装置中电源管理单元原理图。
具体实施方式
下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。一种移动目标定位跟踪信息采集装置及其运行方法，其装置总体框图如图I所示，包括控制单元、GPS单元、扩展单元、无线通信单元和电源管理单元。GPS单元接收卫星信号转换成可用定位数据并发送给控制单元；控制单元接收GPS单元发送的定位数据和扩展单元发送的数据，进行解析处理后发送给无线通信单元；扩展单元接收要采集的信息发送给控制单元；无线通信单元接收控制单元发送的数据并将数据发送到无线公共网；电源管理单元为整个装置进行供电。上述控制单元如图3，它由处理器子单元5和调试接口子单元6组成。处理器子单元5由微处理器芯片Ul及其外围电路组成，其中的微处理器芯片Ul选用AT公司的高性能、低功耗AVR 8位高档微处理器ATmega64L。它具有先进的RISC结构，最高8MHz工作频率，大多数指令在一个周期内完成，运算速率高；片内64kFlash、4kSRAM和4kEEPR0M ;支持省电模式、掉电模式等6种睡眠模式；具有多种总线和充足的输入输出接口 ；具有A/D、D/A接口 ；具有2. 7V-5. 5V的宽工作电压范围；具有与IEEE 1149. I标准兼容的JTAG接口 ；具有-55C。到+125C°的工作温度范围。调试接口子单元6的数据线经过电阻“R2 R5”上拉后与微处理器芯片Ul的JTAG接口相连，它的“1、3、5、9”引脚分别与微处理器芯片Ul的“57、56、55、54”引脚相连。根据在本装置实现的功能，可将微处理器芯片Ul分为以下部分I)串行接口 O，微处理器芯片Ul的USARTO 口与GPS模块子单元3的USART 口相连，用于微处理器芯片Ul接收GPS模块子单元3发送的定位数据及微处理器芯片Ul向GPS模块子单元3发送配置信息；2)串行接口 1，微处理器芯片Ul的USARTl 口与无线通信模块子单元7的USART口相连，用于微处理器芯片Ul向无线通信模块子单元7发送处理后的监控信息； 3)处理器内核，它能够访问存储器，执行数据运算、数据校验、数据转换、数据传输以及处理中断。其中，微处理器芯片Ul的“2”管脚(USART0接口的RX端)通过电阻R14与GPS模块子单元3的“20”管脚(USART接口的TX端)相连，“3”管脚(USART0接口的TX端)通过电阻Rl5与GPS模块子单元3的“21”管脚(USART接口的RX端)相连；微处理器芯片Ul的“27”管脚(USART1接口的RX端)与无线通信模块子单元7的“42”管脚(USART接口的TX端)相连，“28”管脚(USART0接口的TX端)与无线通信模块子单元7的“43”管脚(USART接口的RX端)相连。上述GPS单元如图4，它由GPS天线子单元I、表面声波GPS滤波子单元2、GPS模块子单元3和备用电池子单元4组成。GPS天线子单元由GPS天线及其外围电路组成，其中GPS天线选用GPS车载有源天线，选择频率为1575. 42MHz，供电电压为3. 0-5. 0V。其中GPS天线的5管脚与表面声波GPS滤波子单元2的“4”管脚(Output unbalanced)相连，并通过电阻“R31”和电容“L2”与GPS模块子单元的“9”管脚(VCC_RF)相连。表面声波GPS滤波子单元由表面声波滤波器及其外围电路组成，其中表面声波滤波器选用EPCOS公司的B9444芯片，其是应用于移动GPS系统的低损射频滤波器，滤波器阻抗为50欧姆，非常低的插入衰耗，不同频道信号传输选择性高，低振幅波动，可用通频带2.0厘取，具有-30(°到+85C。的工作温度范围。其“I”管脚(Input unbalanced)与GPS模块子单元的“11”管脚(RF_IN)相连。GPS模块子单元3由GPS模块U2及其外围电路组成，其中GPS模块U2选用瑞士u-blox公司的NE0-5Q模块。NE0-5Q是以高性能的u_blox 5定位引擎为特色的独立GPS接收器，适用于对空间和能耗约束非常严格的电池供电移动设备。在最佳状态下，NE0-5Q首次定位时间小于Is,水平定位精度小于2m,时间脉冲信号精度为30ns,最大导航更新频率小于4Hz，速度精度为O. lm/s，其供电电压为2. 7-3. 6V，工作温度范围为-40C。到+85C°。上述扩展单元如图5，它由扩展接口 Jl和扩展接口 J2组成。Jl接口的“2”、“4”、“6”、“8”管脚接地，其“1”、“3”、“5”、“7”管脚接微处理器芯片Ul的“47 44”管脚(模拟信号采集管脚)，同时Jl接口可接4路采集到的模拟信号；J2接口的“2”、“4”、“6”、“8”、“ 10 ”、“ 12 ”、“ 14”、“ 16 ” 管脚接地，其“ I ”、“ 3 ”、“ 5 ”、“ 7 ”、“9 ”、“ 11 ”、“ 13 ”、“ 15 ” 管脚接微处理器芯片Ul的“42 35”管脚(数字信号采集管脚)，同时J2接口可接8路采集到的数字信号。上述无线通信单元如图6，它由无线通信模块子单元7和USM卡子单元4组成。无线通信模块子单元由无线通信模块U3及其外围电路组成，其中无线通信模块U3选用联芯科技的LC6311模块，LC6311是TD-SCDMA (HSDPA) & GGE双模无线模块，其支持TD-SCDMA与GSM系统间跨网自动无缝切换，在TD-SCDMA制式下，支持上下行非对称数据传输能力，上下行数据传输速率可分别达到384kbps ;其支持USART和USB两种通信接口，使用更为方便和灵活，可以满足不同主控设备的需求；其采用2. 9mm装备高度的超薄设计，使其可以方便应用于智能手机和各类数据卡中，内部集成H. 324协议栈，使得视频电话的功能实现更为简单；其内部集成TCP/IP协议，可以方便连接INTERNET。如图6 所示，无线通信模块U3 的 SM_DETECT、SM_RESET、SM_CLK、SM_DATA、SM_VS頂管脚(“52”、“51”、“50”、“49”、“48”管脚)通过电阻与 USM 卡槽的 SM_DETECT、SM_ RESET、SIM_CLK, SIM_DATA, SIM_VSIM 管脚(“8”、“2”、“3”、“6”、“ 1、6、7” 管脚)分别相连接。上述电源管理单元如图7，它由第一电源子单元9、第二电源子单元10和第三电源子单元11组成。第一电源子单元9的作用是将车载24 36V电源转换成5V电源，其中涉及到的电压转换关键元件为WRS24S05-2W，第一电源子单元9为第二电源子单元10供电。第二电源子单元10的作用是将5V电源转换成4V电源，为备用电池充电以防突然掉电，并为无线通信单元供电；其中涉及到的关键电池充电元件为LTC4052，LTC4052是一款锂离子电池脉冲充电器，其输入电压为4. 5-10V，工作温度范围为-40C。到+85C°。第三电源子单元10的作用是将4V电源转换成3. 3V电源为控制单元和GPS单元供电；其中涉及到的电压转换关键元件为TPS73633，TPS73633是无电容晶体管400mA低压差调节器，其具有反向电流保护，其输入电压为1.7-5. 5V，工作温度范围为-40C°到+125C° 。根据本实施例选用的芯片和连接方式，本例的移动目标定位跟踪信息采集装置的工作流程如图2所示，它包括步骤I)处理器子单元5进行初始化，设置堆栈指针，开全局中断，初始化USARTO接口和USARTl接口，此时不可使能USARTO接口的接收中断。步骤2)处理器子单元5向无线通信模块子单元7发送AT指令(Attentioncommand,即终端设备向终端适配器发送的命令,每条AT指令均可实现固定的功能),完成开启网络上报服务、开启高层协议栈事件上报服务、激活USIM卡、激活协议栈、搜索网络并加入无线公共网五个步骤，使其开机并接入无线公共网。步骤3)处理器子单元5向GPS模块子单元3发送二进制命令进行配置，实现较大漂移点滤除。步骤4)GPS模块子单元3开始周期性接收通过GPS天线子单元I和表面声波GPS滤波子单元2的地理位置信息，将信息解析后转换成定位数据，并滤除较大漂移点，然后通过串口向处理器子单元5发送；步骤5)处理器子单元5开启USARTO接口的接收中断，接收GPS模块发送的定位数据。步骤6)处理器子单元5接收到有效定位数据后，屏蔽USARTO接口的接收中断，辨别数据的种类，并分别予以解析、滤波等处理，即可获得移动目标的地理位置信息和模块状态等信息。步骤7)处理器子单元5将通过扩展接口接收到的信息进行处理，以获得所需信息及正确的信息格式。步骤8)处理器子单元5向无线通信模块U3发送AT指令(Attention command,即终端设备向终端适配器发送的命令，每条AT指令均可实现固定的功能)，开启其短信业务，确定信息发送格式、信息发送模式参数、终端字符集格式和对应的目标号码，然后将要发送的数据传输给无线通信模块，通过其将信息发送到无线公共网。步骤9)延时一定时间后，从步骤5再开始执行，进行下一次的信息采集。如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
权利要求1.一种移动体定位跟踪信息采集装置，其特征在于包括控制单元、GPS单元、扩展单元、无线通信单元和电源管理单元；所述GPS单元包括GPS天线子单元、表面声波GPS滤波子单元、GPS模块子单元和备用电池子单元；所述控制单元包括处理器子单元和调试接口子单元；所述无线通信单元包括无线通信模块子单元和USIM卡子单元；所述扩展单元包括扩展接口电路，扩展接口电路与所述处理器子单元连接；所述电源管理单元为所述GPS单元、控制单元和无线通信单元供电； 所述GPS天线子单元的输出端连接表面声波GPS滤波子单元的输入端，表面声波GPS滤波子单元的输出端连接GPS模块子单元的输入端，GPS模块子单元的数据输出端连接处理器子单元的数据输入端，GPS模块子单元的命令输入端连接所述处理器子单元的命令输出端；所述备用电池子单元的电源输出端连接所述GPS模块子单元的电源输入端； 所述无线通信模块子单元的数据输入端连接所述处理器子单元的数据输出端；所述无线通信模块子单元的数据输出端连接USM卡子单元的数据输入端。
2.根据权利要求I所述的移动体定位跟踪信息采集装置，其特征是所述扩展单元电路包括两个扩展接口电路Jl和J2，它们用于分别连接相应传感器的输出端，扩展接口电路Jl的与处理器子单元的模拟信号输入端相连，扩展接口电路J2的与处理器子单元的的数字信号输入端相连。
3.根据权利要求I所述的移动体定位跟踪信息采集装置，其特征是所述无线通信模块子单元是以2G或3G无线通信模块电路为核心的电路。
4.根据权利要求I所述的移动体定位跟踪信息采集装置，其特征是所述电源管理单元由第一电源子单元、第二电源子单元和第三电源子单元组成； 第一电源子单元将车载24 36V电源转换成5V电源； 第二电源子单元将5V电源转换成4V电源，为备用电池充电，并为无线通信单元供电； 第三电源子单元将4V电源转换成3. 3V电源为所述控制单元和GPS单元供电。
专利摘要本实用新型公开一种移动体定位跟踪信息采集装置，可应用于2G或3G网络覆盖区域内的移动危险源、移动污染源、运输途中的贵重物品、移动机械、车辆、飞行器各种移动目标监测。该装置由控制单元、GPS单元、扩展单元、无线通信单元和电源管理单元组成；GPS单元接收卫星信号并转换成定位数据通过USART接口发送给控制单元；扩展单元接收采集到的信息并发送给控制单元；控制单元接收GPS单元和扩展单元发送的信息进行解析处理后通过USART接口发送给无线通信单元；无线通信单元接收控制单元发送的信息，并将信息通过2G或3G网发送给远程无线通信终端；电源管理单元为GPS单元、控制单元和无线通信单元供电。
文档编号G01S19/42GK202614943SQ201220116449
公开日2012年12月19日 申请日期2012年3月26日 优先权日2012年3月26日
发明者陈俊杰, 高虹 申请人:东南大学