基于GPS的校園電子巡更系統(tǒng)設(shè)計

　　O 引言

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對安全防范的要求也越來越高。安防行業(yè)迅速發(fā)展，其應(yīng)用范圍也在不斷擴大，在智能化樓宇和智能化小區(qū)相繼熱潮之后，又一個新興的領(lǐng)域一校園的智能安全管理系統(tǒng)的建設(shè)在各地也相繼掀起了熱潮。學校是人口密集區(qū)，場地分散、管理人員少，而且學生生性好動、防范意識差。不法分子潛入校園進行盜竊、搶劫、以及校園暴力事件時有發(fā)生，而保安在校園安全維護方面起著舉足輕重的作用，巡更保安必須盡職盡責，以減少校園犯罪事件的發(fā)生，對保安系統(tǒng)的規(guī)范化管理則顯得意義重大，在這種情況下，校園電子巡更系統(tǒng)應(yīng)運而生。

　　校園電子巡更系統(tǒng)應(yīng)用美國的GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)，存儲保安的巡更時間、巡更路線的地理數(shù)據(jù)，能夠在控制終端重現(xiàn)巡更軌跡，并能夠在遇到突發(fā)事件的時候及時向控制中心發(fā)出警報信號。

　　1 總體設(shè)計

　　校園電子巡更系統(tǒng)主要包括兩部分：手持巡更儀部分利用GPS衛(wèi)星定位模塊接收GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過單片機提取時間、經(jīng)度、緯度等有用數(shù)據(jù)并對得到的有用數(shù)據(jù)進行存儲和控制，而且在出現(xiàn)緊急突發(fā)事件的時候，巡更人員能夠通過無線收發(fā)模塊向控制終端發(fā)送攜帶巡更人員地理位置數(shù)據(jù)的警報信息。控制終端部分主要由控制界面和具體的校園電子地圖組成，巡更人員需要把每天的巡更數(shù)據(jù)通過串口傳送給上位PC機，以便重現(xiàn)巡更人員的巡更軌跡。系統(tǒng)總體框圖如圖1。

　　2 巡更儀電路設(shè)計

　　電路主要包括：Atmegal6L單片機控制電路、GPS接收電路、數(shù)據(jù)存儲電路、無線傳輸電路、電源管理電路。電路結(jié)構(gòu)如圖2。

　　2.1 核心控制部分

　　處理核心選用8位低功耗微控制器ATmegal6L，具有片內(nèi)16 K字節(jié)的程序存儲器，1 K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器和512字節(jié)的E2PROM。它具有32個通用I/O口線、32個通用工作寄存器、實時時鐘RTC、1個USART、8通道10位ADC、具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、與IEEE1149.1規(guī)范兼容的JTAG測試接口，此接口同時還可以用于片上調(diào)試，以及六種可以通過軟件選擇的省電模式。其中使用了PD0(RXD)引腳接受Leadtek 9548GPS傳送的GPS數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理，考慮到單片機內(nèi)部的flash存儲空間較小，可利用ATmegal6L的PA組口進行存儲擴展，這里使用的是K9F3208并口數(shù)據(jù)存儲芯片?？梢酝ㄟ^兩種方式向上位PC機傳送數(shù)據(jù)，一是通過ATmegal6L的串口外接MAX232芯片，輔助外圍電路，通過PC機的RS232通用串行接口傳輸，二是通過ATmegal6L的SPI接口外接NRF905無線收發(fā)模塊向控制中心傳輸數(shù)據(jù)，這種傳輸功耗較大，只在出現(xiàn)突發(fā)情況的時候采用這種傳輸方式。ATmegal6L模塊控制電路如圖3。

　　2.2 GPS定位部分

　　GPS衛(wèi)星定位部分由Leadtek 9548GPS核心模塊，輔助以外圍電路組成。Leadtek 9548GPS模塊核心采用美國瑟孚公司設(shè)計的SIRFStarIII低耗電量衛(wèi)星定位接收晶片，有20個通道，能夠確保最高的接收靈敏度;內(nèi)部有可充電電池，可以保存星歷數(shù)據(jù)，便于快速定位;標準的MMCX天線接口，便于連接GPS天線;標準NMEA0183信號輸出;工作電壓低(3.3～5.0V直流)，工作電流小(49 mA)，接收靈敏度為-159 dBm;TTL電平數(shù)據(jù)輸出，每秒一次GPS全數(shù)據(jù);支持多種串口通訊波特率，標準設(shè)定為4800 bpsc。Leadtek9548GPS電路圖如圖4。

　　2.3 無線部分

　　無線傳輸部分以無線收發(fā)模塊NRF905為核心。該模塊使用433 M開放ISM頻段，最高工作速率50 kbps，高效GFSK調(diào)制，抗干擾能力強，內(nèi)置硬件CRC檢錯，最大發(fā)射功率：+33 dBm，模塊在以最大功率發(fā)射信號時瞬間電流<=500 mA，TX Mode：在+33 dBm情況下，平均工作電流小于300 mA;RX Mode：12.5mA。模塊在收發(fā)模式切換時間<1 ms，模塊可軟件設(shè)地址，只有收到本機地址時才會輸出數(shù)據(jù)，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便。放置在開闊地無線通信距離可達2000m，如果配置高增益天線，則通信距離可以達到更遠。由于該模塊發(fā)射功率較大，在不需要發(fā)送數(shù)據(jù)的情況下要切換到接收模式或者睡眠模式。

　　NRF905利用SPI接口與ATmegal6L進行通信，該模塊提供了9×2標準DIP間距接口，方便我們與單片機的連接，接口電路如圖5。

　　2.4 數(shù)據(jù)存儲部分

　　數(shù)據(jù)存儲采用三星公司的K9F3208存儲芯片，存儲容量4 MB，工作電壓(2.7～5.5 V)數(shù)據(jù)地址共用內(nèi)部總線，接口簡單。

　　3 上位機PC端

　　上位機PC端接收數(shù)據(jù)有兩種方式，一是通過標準RS232串口，二是通過帶串口擴展的NRF905收發(fā)模塊，只需要把該模塊的串口插頭直接插在PC機上供電，通過軟件設(shè)定收發(fā)模塊地址相匹配即可正常使用。軟件主要包括兩部分：一是校園電子地圖的制作，針對不同的學校需要制作不同的電子地圖。本設(shè)計在MapInfo軟件平臺上載入中北大學jpg格式的校園圖，并把實地采集的經(jīng)緯度信息錄入校園圖中從而完成電子圖的配準。按照高校特點將電子地圖分為道路層、教學實驗樓、學生公寓樓、教師公寓樓、商業(yè)服務(wù)建筑、文娛體育設(shè)施等圖層。運行MapX下的Geoset Manager應(yīng)用程序，新建一個名為NUC的Geoset文件，將上述圖層添加進去，組成一個后綴為gst的地圖文件：NUC.gst，通過MapX控件將校園地圖圖嵌入到系統(tǒng)界面中，從而完成電子地圖的繪制和顯示。上位機PC端用VB6.0編程。

　　4 PC機通過串口提取數(shù)據(jù)流程圖

　　本設(shè)計中，巡更儀FLASH中存儲的數(shù)據(jù)主要通過標準RS232串行通信口向PC機傳送。PC機通過串口向巡更儀發(fā)送獲取數(shù)據(jù)請求，巡更儀CPU檢測到該請求后開始向PC機發(fā)送數(shù)據(jù)，流程圖如圖6。

　　5 實驗結(jié)果

　　本設(shè)計實現(xiàn)了電子地圖的制作與控制、巡更儀對巡更人員位置數(shù)據(jù)的提取與處理。系統(tǒng)運行后的界面如圖7。

　　6 結(jié)束語

　　結(jié)合現(xiàn)在電子巡更技術(shù)的發(fā)展，本文采用ATmegal6L、Leadtek 9548GPS、NRF905、K9F3208，在VB環(huán)境下結(jié)合MapInfo軟件平臺設(shè)計了校園電子巡更系統(tǒng)。實驗表明，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定，通信效率高，功耗低，適合應(yīng)用于小區(qū)電子巡更領(lǐng)域。