多功能北斗定位监控系统

阮太元+周昊+陈虹安+蔡雄友

摘要：针对上述问题小孩走失或被绑架、老人或智障人员走失或迷路、强制监管人员逃脱监管监控及机动车被盗等问题，依托我国北斗卫星导航系统，设计一种多功能北斗定位监控系统，把空间信息技术与通信技术、多媒体、电子服务等技术融合，能实时获取监测目标的地理位置，并显示与控制中心的地图上，实现监管对象管理系统的管控一体化。经半年多试验表明：系统情况运行良好，系统工作流程符合特殊人员及机动车监控管理工作要求，有效监管对象安全管理问题，大大减轻了管理工作者、监护人及监管场所等工作强度。

关键词：北斗定位监控；无线传感网络；技术融合

中图分类号：TN967.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）05-0087-02

1 引言

随着经济的发展，关爱需求（人员定位）已广泛渗透到老人、智障群体、儿童、宠物、旅游、车辆看护等社会服务的各个角落，目前的定位仪大多数采用GSP+GSM的手段来达到定位的目的，仅使用GPS定位方式，对走进室内群体无法定位，达不到理想的追踪效果，很难解决消费者的问题。

本文研发并试产一种多功能北斗定位监控系统。系统根据不同的应用领域及服务对象，设计符合应用领域的北斗定位监控终端，并构建基于北斗卫星通信协议规范的通信控制系统，兼容GPS、移动基站和无线传感网络为辅助的定位技术，较好解决了目前市场定位仪的定位限制等技术难题，大大的提高了定位的可靠性。通过控制中心地理信息综合管理平台实时获取监测目标的地理位置，实现管控一体化。

2 系统总体设计

系统总体设计：本系统由北斗定位终端、GIS控制中心两大核心部分构成。GIS控制中心地图显示界面编程引用Google地图，地图显示道路清晰详细，界面简洁明了，操控簡单。北斗定位终端通过定位模块进行定位，等待定位完成后，把定位数据通过北斗的短报文或无线网络传到控制中心，管理员便可以在控制中心看到所定位的目标。为了减少该系统电流的损耗，本系统使用软件和硬件结合方式，使北斗定位终端在不工作时处于睡眠状态。当需要定位时，管理员通过打电话或控制中心来唤醒特定目标进行工作，达到定位目的。该系统的总体设计框图如图1。

本系统工作原理： 定位采用我国自主研制的北斗定位系统进行定位，在搜索不到北斗卫星的情况下，则自动切换，依次向下采用GPS、移动基站或无线传感网络（特定范围）进行定位，保证定位的可靠性。北斗定位终端与GIS控制中心的通讯采用北斗系统特有的短报文通信，在某些特殊情况下自动切换至GPRS通信方式，确保通讯的安全。GIS控制中心采用地图显示、人员管理和控制面板方式，既可以显示目标位置信息，又可以对目标操作。

3 系统硬件设计

北斗定位终端主要包括微处理器控制系统模块、北斗定位信息接收模块、GPS模块、GPRS通讯模块、无线网络模块以及电池及电源管理模块。

各模块主要工作原理：目标携带着北斗定位终端，当需要知道目标位置时，GIS控制中心通过网络向终端发送命令，终端通过GPRS模块接收命令给微处理器处理命令，把命令发送到北斗模块，指挥北斗模块搜索卫星并接收定位等信息传给微处理器处理提取有用定位信息，然后把定位信息传递给北斗系统短报文或者GPRS模块发往GIS控制中心。在这里考虑到便携性，采用大容量电池供电，其中电池及电源管理模块为北斗定位终端提供正常的工作电源以及相关的高级电源管理功能。总体框图如图2所示。

主要工作流程：参照图4，北斗定位终端组成框图，北斗定位终端主要由北斗定位模块A、GPS定位模块B、zigbee无线传感网络C、GPRS和基站定位一体模块D、超低功耗微处理器控制系统模块E、电池及电源管理模块F组成，各模块之间电气连接。其中电池及电源管理模块F是给为各个模块提供正常的工作电源，由电池控制；超低功耗微处理器控制系统模块E向各工作模块提供工作控制信号，而各模块间将信号变化传输给微处理器控制系统E，超低功耗微处理器控制系统模块E根据各模块传来的数据进行提取。提取完成后把数据封装和校验，然后传送给通信模块发送。

4 系统软件设计

采用TI公司的MSP430系列超低功耗16位单片机的专用开发软件，针对硬件设计紧密编程，全程实时监测与进行数据处理，要求外围配置少，系统可靠性强。在本系统的设计中对Msp430F149单机进行编程，控制北斗定位模块、GPS定位模块等模块工作，为了解决功耗问题，在该程序中设计有控制北斗定位模块、GPS定位模块、GPRS模块等的睡眠、唤醒功能进行节能。同时利用Msp430F149控制了GPRS通信模块，对来电和信息进行自动化处理，为定位的性能和可靠性，设计了自动挂断对方的来电，并自动进入睡眠状态。智能化地将控制中心发来的指令进行分析，然后再决定是否使能北斗定位模工作。当在定位时，北斗定位模块搜索不到卫星时，系统会自动依次切换为GPS定位或者基站定位，程序的设计；灵活而只能，保证了终端的稳定运行。程序设计框图如图3所示。

控制中心采用C#进行编写。为了缩短系统的开发时间，同时使地图显示更美观，更详细，更准确，在地图模块调用了谷歌提供给地图开发者的API接口，这套接口使用简单，运行稳定，功能强大，而且是免费给开发者提供，大大地减少了开发的费用。对于人员的管理，采用了数据库的管理方式，把所有的点位信息都保存到数据库中，方便了对人员的集中地管理，减少管理者的管理难度。

5 结语

多功能北斗定位监控系统包括北斗定位、GPS定位、GSM基站定位、电源优化管理模块、无线传感网络通信、越界监控范围多种报警器、多种显示终端、地图界面实时数据查看模式等多项功能。通过实际使用表明：该系统采用了低功耗的定位模块与msp430单片机，解决了在该系列产品功耗大，定位模式单一等问题。对特殊人员和被监控对象进行全程自动监测，实时报警和提示各种突发及危险情况等功能；系统具有多种显示终端，可将接收到的相关数据显示在监控工作站的主机上或监控人随身携带的手机或掌上电脑上，监控人员能及时被监控对象的实时信息，实现了现代化数字管理模式。

参考文献

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