引 言
    消費者委員會對當前貨運業(yè)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(tǒng)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(huán)境中，衛(wèi)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(wèi)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(jiān)控系統(tǒng)的傳統(tǒng)解決方案中，GPS車載定位業(yè)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(fā)送到終端用戶的，因而不便于物流公司對整個系統(tǒng)進行實時監(jiān)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(huán)境中實時、準確地定位，又能在發(fā)生盜竊事件時通過Internet及時報警，便于物流公司實時監(jiān)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(tǒng)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(xié)議棧，能方便地連入Inter-net傳輸數據，便于物流公司監(jiān)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(yōu)勢互補。在遠離市區(qū)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(wèi)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(qū)、大型商廈、寫字樓等高層樓宇密集的地方或者室內，衛(wèi)星信號較弱，A-GPS定位不準，但這些地區(qū)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(qū)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(xié)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(xié)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(jiān)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(jiān)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(tǒng))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(jiān)控和管理。整個定位系統(tǒng)如圖1所示。

    定位系統(tǒng)包括定位終端、CDMA網絡、衛(wèi)星系統(tǒng)及物流公司監(jiān)控平臺4個部分。定位終端通過衛(wèi)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(fā)送到Internet上，物流公司監(jiān)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(wèi)星系統(tǒng)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(fā)送到物流公司監(jiān)控平臺上。
    整個定位系統(tǒng)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(jiān)控平臺發(fā)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(jiān)控平臺發(fā)送報警信息和定位信息。物流公司通過監(jiān)控平臺接收這些信息并結合物流調度表，分析事發(fā)時的物流情況，即可判斷是否發(fā)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(jiān)控功能。

2 系統(tǒng)硬件設計
    定位終端硬件總體框圖如圖2所示。

2．1 系統(tǒng)組成
    整個定位終端系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)電壓檢測電路會發(fā)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(wěn)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(fā)動機)為24 V。DTGS-800啟動時首先要初始化系統(tǒng)和尋找網絡，功耗較高，約300～500 mA，穩(wěn)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(wěn)定直流供電，最高不能超過5．5 V?？紤]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(tǒng)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(fā)成本，縮短開發(fā)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(fā)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(fā)。
    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(fā)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(fā)送信號；CTS為清除發(fā)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(tǒng)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(fā)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(tài)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(tǒng)軟件設計
    單片機與DTGS-800通信，分為單片機控制DTGS-800執(zhí)行相應的功能，以及控制 DTGS-800通過網絡向監(jiān)控服務器傳輸數據2部分。單片機控制DTGS-800執(zhí)行相應的功能，只需要通過串口給DTGS-800發(fā)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(fā)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(fā)送給監(jiān)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(jiān)控服務器發(fā)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(jié)定長的R-UIM卡號碼、1字節(jié)的命令標識、1字節(jié)的數據內容長度。當數據內容長度不夠時，按左對齊，右側填0x00。數據內容即發(fā)送的數據。命令標識定義命令的類型，命令類型說明如表1所列。