基于FPGA的防盜定位追蹤系統(tǒng)

1 系統(tǒng)方案

　　GSM(Global System for Mobile Communications)為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其開(kāi)發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶(hù)使用一部手機(jī)就能行遍全球。GSM通信系統(tǒng)為傳輸需要的各種信令，設(shè)置了多種專(zhuān)門(mén)的控制信道。GSM通信收取一定費(fèi)用，但通信距離長(zhǎng)，死角少，可以實(shí)現(xiàn)全球通信，無(wú)論兩終端相距多遠(yuǎn)都可以通過(guò)GSM進(jìn)行通信。

　　所以為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的對(duì)物品的跟蹤，我們采用了GSM模塊進(jìn)行通信。

　　1.2 功能與指標(biāo)

　　1) 防盜功能：這是設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的最終目的。將防盜目標(biāo)終端放到防止被盜的物品上，當(dāng)物品丟失后，按下尋找指引終端上的按鍵后，可以在LCD液晶屏上看到防盜目標(biāo)終端相對(duì)于尋找指引終端的位置和方位，從而達(dá)到防盜的目的。

　　2) 定位功能：這是本系統(tǒng)的最基礎(chǔ)功能，它是實(shí)現(xiàn)防盜功能的一個(gè)步驟，當(dāng)用戶(hù)按下尋找指引終端上的按鍵后可以在液晶屏上顯示自身經(jīng)緯度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自身的的定位。

　　3) 追蹤功能 ：這是本系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。防盜目標(biāo)終端除了作為防盜器以外還可用作定位器，將防盜目標(biāo)終端放到需要追蹤的目標(biāo)上，通過(guò)尋找指引終端可以準(zhǔn)確的知道追蹤目標(biāo)的位置從而對(duì)追蹤目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。

　　指標(biāo)：本系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差主要是由GPS信號(hào)接收器導(dǎo)致，因?yàn)橄到y(tǒng)所使用的GPS信號(hào)接收器屬于較低端的信號(hào)接收器，信息誤差大約在5米左右， 所以本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)尋找指引終端對(duì)防盜目標(biāo)終端的定位，相對(duì)距離誤差不超過(guò)10米，尋找指引終端對(duì)自身經(jīng)緯度進(jìn)行定位誤差不超過(guò)0.0001’。

　　2 實(shí)現(xiàn)原理

　　系統(tǒng)原理

　　當(dāng)按下尋找指引終端上的按鍵時(shí)，尋找指引終端通過(guò)GSM模塊向防盜目標(biāo)終端發(fā)出請(qǐng)求信息，防盜目標(biāo)終端接收到該信息后，通過(guò)GPS信號(hào)接收器接收衛(wèi)星信號(hào)，FPGA通過(guò)DTE接口接受該信息并在GPS模塊中提取出經(jīng)緯度信息，該信息在加密模塊中進(jìn)行加密然后又通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的DCE接口傳送給GSM模塊，GSM模塊將該信息發(fā)送給尋找指引終端，尋找指引終端通過(guò)GSM模 塊接收該信息，并在解密模塊中對(duì)信息進(jìn)行解密，同時(shí)用與防盜目標(biāo)終端相同方式確定自身位置，防盜目標(biāo)終端傳來(lái)的位置信息和尋找指引終端自身接受的位置信息 一并傳入相對(duì)位置計(jì)算模塊。在相對(duì)位置計(jì)算中尋找指引終端計(jì)算出兩終端的相對(duì)位置以及防盜目標(biāo)終端相對(duì)于尋找指引終端的方位。系統(tǒng)原理示意圖如圖2所示。

　　圖2.1 系統(tǒng)原理示意圖
2.2 各模塊實(shí)現(xiàn)原理

　　2.2.1 UART模塊實(shí)現(xiàn)原理

　　本系統(tǒng)的UART模塊是在EDK 10.1環(huán)境中開(kāi)發(fā)完成，利用了開(kāi)發(fā)環(huán)境所提供的uartns550_v1_00_b驅(qū)動(dòng)程序，該驅(qū)動(dòng)提供了發(fā)送函數(shù)void XuartNs550 SendByte (Xuint32 BaseAddress, Xuint8 Data)和接收函數(shù)unsigned int XuartNs550 RecvByte(Xuint32 BaseAddress)。從而使程序可以通過(guò)Uart每次發(fā)送接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

　　2.2.4 經(jīng)緯度提取模塊原理

　　如果設(shè)備和衛(wèi)星的通訊正常，可以接收到如下格式的字符數(shù)據(jù)： $GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6En。

　　數(shù)據(jù)說(shuō)明如下：

　　$GPRMC 代表GPS推薦的最短數(shù)據(jù),3403.868 代表緯度值，N表示北緯，S表示南緯;11709.432代表經(jīng)度值，W表示西經(jīng)，E表示東經(jīng)。

　　在接收進(jìn)程receive 中收到“n”之后，表示收到一條完整的信息。系統(tǒng)在void GPS_parse(GPS_INF度 *GPS) 方法中進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析，若信號(hào)有效則提取GPS信號(hào)中的經(jīng)緯度信息。GPS信號(hào)的經(jīng)度緯度是字符串類(lèi)型，需要轉(zhuǎn)化為double類(lèi)型。

　　2.2.3 GSM模塊實(shí)現(xiàn)原理

　　GSM控 制程序最基本的實(shí)現(xiàn)原理是通過(guò)Xuint8 XUartNs550_RecvByte(Xuint32 BaseAddress),void XuartNs550_SendByte uint32 BaseAddress,Xuint8 Data)兩個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)的。這兩個(gè)函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送都是阻塞的，該阻塞機(jī)制確保了發(fā)送與接受的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。綜上所述，通過(guò)使用這兩個(gè)基本的串口通 信函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了FPGA對(duì)GSM模塊的控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)短信息的接收與發(fā)送。AT命令是被廣泛采用的調(diào)制解調(diào)器命令語(yǔ)言，它提供了計(jì)算機(jī)或終端對(duì)調(diào)制解調(diào)器的控制接口。在GSM模塊的應(yīng)用中，AT命令實(shí)現(xiàn)了對(duì)GSM大多數(shù)的操作控制，本系統(tǒng)即使用了AT指令集對(duì)GSM進(jìn)行控制。