隨著光纖通信傳輸網的延伸以及通信維護任務的增加，為加強通信線路的維護，并及時發現維護過程中存在的各種問題，迫切需要開發一套成本低廉、適合通信總站通信線路維護任務、實用性強的巡護監管系統。對于在通信線路維護中存在維護人員分散、線路分布地域廣、管理部門難以掌握線路巡護情況，某些單位存在線路巡護不及時、不到位、缺少有效的監管手段的實際情況。為徹底解決線路維護管理這一難題，本文研制了一套通信線路巡檢監管系統，可實現對線路巡護的實時監控，及時掌握每條線路巡護出勤率、工作量，并發現線路巡護過程中存在的各種問題。

本文中的硬件設備采用嵌入式開發設計，MCU采用MSP430F149芯片進行系統控制，并預設JTAG接口這種簡單方便的程序下載方式，以便對終端設備功能進行完善和修改。GPS模塊采用德國FALCOM公司的JP13模塊，定位速度快、性能穩定、信息準確、功耗低。GSM短信息模塊采用明基公司的BENQ-M32模塊，具有體積小，信號穩定、支持900/1，800MHz雙頻、接通率高、信號質量好等特點。設備結構簡單、成本低、操作使用和維護方便，并且集成度高、能耗低、體積小、便于攜帶。

一、功能實現

1. GPS定位信息采集通信的實現

使用單片機的串口與GPS模塊的通信口相連，系統上電后，對MCU進行初始化，開始串口工作、設置波特率，使MCU與GPS模塊建立通信連接，當GPS模塊接收到定位信息數據后，以全報文的方式發送給MCU。數據是實時的，因此MCU可根據接收的數據判斷當前的時間和定位情況。

2. GSM短信息收發通信的實現

使用AT指令集對GSM模塊進行初始化，實時接收控制中心發送的設置信息和查詢信息，通過設定的通信協議來修改終端設備的各項保密設置，并查詢終端的當前位置和當前狀態。

3. 手持設備的操作和顯示

本文設計的手持終端采用簡潔、易懂、便于使用的按鍵和顯示器。可以通過簡單的按鍵操作和易懂的顯示方法對手持終端進行操作，查詢當前的位置信息、已發送和未發送信息，還可以隨時發送當前的位置信息給控制中心。

4. 存儲功能的實現

可以存儲200條已讀和未讀短信息，IIC總線控制，擦出重寫次數為十萬次。

二、硬件電路實現

如圖1中的電路設計框圖所示，手持終端設備主要由MSP430F149 FLASH型單片機、GPS模塊（JP13）、短信收發控制模塊（BENQ-M32）、FLASH存儲器、LCD顯示器及天線等部分組成。

1. MSP430F149單片機及其主要功能

本系統采用的MSP430F149單片機是德州儀器公司（TI）的MSP430F14x系列，這是一款超低功耗Flash型16位RISC指令集單片機。它采用“馮-紐曼”結構，RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內，兩通道串行通信接口可用于異步或同步（UART/SPI）模式。它具有豐富的片內外圍，是F14x系列中功能最強大的一款，非常適合于構成一個全功能的便攜式單片機應用系統。該器件在本系統中的作用主要包括：管理控制整機工作，對各模塊進行上電自檢，處理鍵盤輸入，液晶板的字符顯示，指示燈的狀態顯示，按鍵提示音的生成，控制GSM、GPS模塊的協調工作，根據操作完成定位信息的編碼發送等等。上電啟動過程如圖2所示。

上電開機時首先對BENQ-M32模塊、LCD顯示器、JP13模塊進行初始化。預置英文字符及漢字字符信息，發送數據給LCD顯示器，顯示開機信息。發送指令給BENQ-M32模塊檢測SIM卡，檢測GSM信號強度。由JP13獲取GPS定位信息，并將信息格式輸出至LCD上顯示。當上述檢測完成后，終端自動發送一個開機信息給信息中心，告知中心該終端已登錄系統。

當檢測到無SIM卡時，顯示錯誤信息后程序中斷，終端不再工作；若SIM卡檢測正常，則繼續執行。

終端工作方式有自動定時上報位置信息和手動上報兩種工作方式，當系統中心以GSM短信的形式發送給終端“自動發信”指令時，BENQ-M32在接收到信息后，將該信息傳送至MSP430F149單片機，單片機進行處理后獲得自動發送間隔時間（發送間隔時間取值范圍為0~255分鐘，“0”表示終端手動發送），此時終端進入自動發送狀態。

MSP430F149單片機將終端號、信息內容、經緯度坐標和發送時間格式轉化成字符串，再將字符串傳送至BENQ-M32，以短信的形式發送給系統中心。

2. GPS定位信息的采集及處理

GPS模塊采用德國FALCOM公司GPS模組JP13，它采用了美國SiRF公司Star III芯片組，具有如下優點：定位精度高：定位誤差小于10m；定位速度快：冷啟動時間小于30s；超高靈敏度：靈敏度達-159dbm；功耗低：工作電壓+3.3V DC，功耗105mw。JP13獲得定位數據后通過串口輸出至單片機，通信波特率為115200，輸出數據格式是NMEA-0183。

GPS坐標的提取過程：接收機只要處于工作狀態就會源源不斷地將接收并計算出的GPS導航定位信息傳送至單片機UART串行接口。在未經過分類提取之前，這些信息是無法加以利用的。與其它通信協議類似，對GPS進行信息提取必須首先明確其幀結構，然后才能根據結構完成對各個定位信息的提取。發送至單片機的數據主要由幀頭、幀尾和幀內數據組成，根據數據幀的不同，幀頭也不相同，主要有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”以及“$GPRMC”等。這些幀頭標識了后續幀內數據的組成結構，各種幀均以回車符和換行符作為幀尾標識一幀的結束。本文所關心的定位數據是經緯度、速度、時間等信息，這些信息均可以從“$GPRMC”幀中獲得。

其它幾種幀格式則沒有使用，雖然接收機在不斷向單片機發送各種數據幀，但在處理時可以先通過對幀頭的判斷而僅對“$GPRMC”幀進行數據提取，從中提取出所關心的時間（日期和時間）和地理坐標（經、緯度）信息進行處理。

從GPS接收機中獲得的時間信息為格林尼治時間，因此需要在獲取時間上加8小時才為中國標準時間。而且GPS使用的WGS-84坐標系也與中國采用的坐標系不同，在使用過程中也需要對此進行變換。

3. 數據傳輸的實現

由于GSM網絡在全中國范圍內實現了聯網和漫游，用戶無需另外組網，因而在極大提高網絡覆蓋范圍的同時節省了昂貴的建網費用、設備成本和維護費用。同時，GSM網絡對用戶的數量也沒有限制，克服了傳統的專網通信系統投資成本大、維護費用高，且網絡覆蓋范圍和用戶數量受限的缺陷。與傳統的集群系統相比在網絡覆蓋上具有無法比擬的優勢，再加上GSM的短信息服務（Short Message Service， SMS）本身具備無線雙向數據傳輸功能，性能穩定，為遠程數據傳送和監控設備的通信提供了一個強大的支持平臺。因此，我們在信息傳輸中采用了GSM的SMS平臺。

在設計實現中我們選用的短信收發模塊是***明基公司的BENQ-M32模塊，采用內置天線，支持900/1，800MHz雙頻，其主要功能是完成短信息的收、發，進行SIM卡檢測，將收到的信息傳送至單片機進行處理，并將單片機傳送來的信息發送出去。單片機通過UART串行接口直接向GSM模塊發出AT命令，從而可以方便地實現基于GSM的短信息的收發、查找和管理。

4. 對GSM無信號情況的處理

由于通信線路中可能存在手機信號無法覆蓋的情況，系統設計了信息自動存儲功能。當無GSM信號時，終端會自動將待發送的信息存儲在AT24C64存儲器中，等待有GSM信號時再自動發送。

5. 各信號指示燈的控制和含義

在正常狀態下3個指示燈的作用分別是：LED1為GPS狀態指示，當獲取GPS信號時此信號燈閃爍，正常工作時不亮，此信號燈的控制由MSP430F149單片機完成，P54輸出脈沖，使得LED閃爍；LED2燈為GSM信號指示，當無信號時無顯示，信號正常時閃爍，此信號的控制由短信模塊通過P46腳輸出來完成；LED3為充電指示燈，充電過程中此燈亮，充電完成后燈自動熄滅。

6.硬件原理圖

該手持終端設備（圖3）由電池供電，電池輸出電壓為4.2V，系統配備了充電器。GPS模塊和MCU的工作電壓是3.3V，由S818將4.2V電壓降到3.3V的標準工作電壓。

三、本文小結

本文設計的手持終端由GPS接收模塊、GSM射頻收/發模塊、單片機控制單元三大部分組成。監控中心由電子地圖系統、資料數據庫系統、信息接收單元及數據處理部分組成。傳輸網絡采用現有的中國移動或中國聯通的GSM短信數據平臺SMS實現信息傳輸。

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