全球定位系統(tǒng)GPS是目前最先進(jìn)的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng), GPS衛(wèi)星定位技術(shù)已經(jīng)普遍應(yīng)用于車輛防盜,、人員定位等領(lǐng)域。但傳統(tǒng)的GPS設(shè)備定位精度低,、不能傳輸圖像和續(xù)航能力有限等問題突出，雖然衛(wèi)星系統(tǒng)可以查看道路信息,，但由于其本身固有的缺陷,，所拍攝的照片都是從上往下式的，而且是非實(shí)時(shí)的路況信息,。因此研制一種定位精確,、可視化、采用新型能源供電的定位系統(tǒng)很有必要,。

　　針對以上問題,，本文設(shè)計(jì)了一種基于OV2640傳感器的定位系統(tǒng)，以圖片信息加以輔助定位,。OV2640可以直接輸出壓縮的JPEG格式圖像,，降低了圖像的數(shù)據(jù)量，圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間大大降低,。同時(shí)針對電源續(xù)航的問題,，提出了以太陽能供電的方式為系統(tǒng)供電，確保系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)殡娫磫栴}而停止工作,，為系統(tǒng)的長時(shí)定位提供最有力的保障,。

　　1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

　　定位系統(tǒng)主要由6個(gè)模塊構(gòu)成，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示,。

　　1.1 單片機(jī)控制模塊

　　單片機(jī)控制模塊對GPS定位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，并根據(jù)用戶的設(shè)置做出相應(yīng)的處理,。單片機(jī)控制電路選用STC12C5A60S2單片機(jī)，它是1個(gè)時(shí)鐘/機(jī)器周期,、低成本,、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī),，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,；具有8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，60 KB的Flash程序存儲(chǔ)器和1 280 B的片內(nèi)RAM,，應(yīng)用于定位系統(tǒng)中非常理想,；內(nèi)部集成MAX810專業(yè)復(fù)位電路，提高了電路的整體可靠性,。STC12C5A60S2與通信電路通信連接如圖2所示,。

　　1.2 電源管理模塊

　　MCU需要一個(gè)穩(wěn)定的電源供電才能正常工作，因此電源管理模塊的設(shè)計(jì)對系統(tǒng)的工作起著至關(guān)重要的作用,。電源管理模塊主要分為太陽能充電電路和供電控制電路,。太陽能充電電路由單晶硅太陽能電池片和充電電路組成，防止系統(tǒng)在電源耗盡時(shí)無法查詢到被保護(hù)對象的信息,，提高系統(tǒng)的長時(shí)可靠性,，太陽能充電電路的設(shè)計(jì)可參閱參考文獻(xiàn)。

　　供電控制電路由9 V鋰電池提供電源,，由LM2576S,、MIC29302和AMS1117作為電壓轉(zhuǎn)換芯片，分別輸出5 V,、4.2 V和3.3 V為單片機(jī)模塊,、GSM/GPRS模塊、GPS模塊和攝像頭供電,。

　　1.3 圖像采集模塊

　　圖像采集模塊包括CMOS圖像傳感器OV2640,、驅(qū)動(dòng)電路、紅外LED,，如圖3所示,。從OV2640獲取圖像數(shù)據(jù)，需要用到的信號(hào)線包括：8位數(shù)據(jù)總線,、幀同步信號(hào)VSYNC,、行同步信號(hào)HREF、像素同步信號(hào)PCLK,，其時(shí)序圖如圖4所示,。當(dāng)VSYNC為高電平時(shí)，表示一幀數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備就緒,；當(dāng)電平翻轉(zhuǎn)時(shí),，則表明一幀圖像數(shù)據(jù)傳輸開始,。當(dāng)HREF無效時(shí)，則不輸出像素同步信號(hào),。為了使OV2640獲得夜間拍攝能力,，在電路的設(shè)計(jì)中添加了紅外LED。

　　1.4 GPS衛(wèi)星定位模塊

　　衛(wèi)星定位模塊主要負(fù)責(zé)接收定位數(shù)據(jù),，本設(shè)計(jì)選用瑞士U-blox公司的第6代高靈敏度小型化NEO-6M衛(wèi)星定位接收模塊,，其具有多達(dá)50個(gè)通道衛(wèi)星接收功能，同步追蹤GPS衛(wèi)星信號(hào),；并有多個(gè)電源工作模式可供選擇以降低功耗,；串口通信波特率(b/s)有4 800、9 600,、38 400,、57 600四檔(標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為4 800 b/s)；該芯片的定位精度在2.5 m以內(nèi),；接收靈敏度冷啟動(dòng)為-144 dBm,、跟蹤靈敏度為-160 dBm、捕獲靈敏度為-160 dBm,，因此非常適合本次設(shè)計(jì),。衛(wèi)星定位模塊電路圖如圖5所示。

　　1.5 GSM/GPRS通信模塊

　　GSM/GPRS通信模塊包括SIM卡電路和GSM電路,。其作用是實(shí)現(xiàn)被保護(hù)對象與監(jiān)控用戶之間的數(shù)據(jù)通信,。系統(tǒng)采用SIMCOM公司的SIM300模塊，支持AT命令集實(shí)現(xiàn)雙向傳輸指令和數(shù)據(jù),，通過運(yùn)用2 B的UNICODE編碼（USC2）的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU（Protocol Data Unit）編碼實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊的通信。工作在EGSM 900 MHz,、DCS 1 800 MHz和PCS 1 900 MHz 3個(gè)頻段,，支持中文短信和彩信（SMS）。GSM/GPRS通信模塊的設(shè)計(jì)可參閱參考文獻(xiàn),。

　　1.6 數(shù)據(jù)接口電路

　　STC12C5A60S2單片機(jī)與GPS接收機(jī),、GSM模塊通信采用MAX232芯片，通過MAX232口可以完成對GPS接收機(jī)和GSM模塊的配置,。而MAX232接口芯片是專門為PC和RS232串口設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換電路,，它利用電荷泵倍壓器電路，可以將5 V的供電電壓轉(zhuǎn)換成正負(fù)電壓的電器特性,，可以實(shí)現(xiàn)在單電源供電情況下的正負(fù)電源的應(yīng)用,。

　　2 主要軟件設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的編程環(huán)境是Keil C51，整個(gè)系統(tǒng)的軟件編程采用模塊化的設(shè)計(jì)思路,。當(dāng)需要查看保護(hù)對象的定位信息時(shí),，可以發(fā)送短信到GSM模塊,，通過串口使單片機(jī)接收到信號(hào)后，控制GPS接收器接收對象的位置信息,，并將接收到的位置信息傳送給單片機(jī)后,，再通過GSM模塊發(fā)回到監(jiān)控用戶的手機(jī)上；為了彌補(bǔ)GPS存在的誤差,，可以使用系統(tǒng)中的圖像采集電路,，將采集到的圖像數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到手機(jī)上顯示。系統(tǒng)的程序主要包括GPS模塊程序和圖像采集模塊程序,。

　　2.1 GPS模塊程序

　　GPS接收機(jī)每隔1 s向串口發(fā)送一串字符串,，根據(jù)GPS接收器模塊型號(hào)的不同，字符串的開頭字段也不同,，主要有$GPRMC和$GPGGA等,。U-blox NEO-6M采用的是$GPGGA開頭方式。為了保證接收到的是有效的數(shù)據(jù),，必須對語句進(jìn)行判斷,，判斷是否以“$GPGGA”語句為開頭。如果無效,，則丟棄數(shù)據(jù)包,，讀取下一次的定位數(shù)據(jù)。GPS定位流程如圖6所示,。

　　2.2 圖像采集程序

　　通過VSYNC為高電平時(shí)判斷一幀圖像的起始位置,。當(dāng)PCLK為下降沿時(shí)讀取8位總線數(shù)據(jù)，等待VSYNC由高電平變成低電平時(shí),，將存入內(nèi)存的數(shù)據(jù)經(jīng)GSM模塊發(fā)送出去,，完成圖像數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。圖像采集流程如圖7所示,。

　　3 測試結(jié)果與性能分析

　　3.1 定位精度測試

　　對所開發(fā)的定位系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn),，測試地點(diǎn)為金華城區(qū)，測試包含有隧道,、山頂,、市中心等6個(gè)情況較復(fù)雜的地點(diǎn)。用專業(yè)高精度的GPS接收機(jī)測定這6個(gè)點(diǎn)的位置坐標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)值,，與測試系統(tǒng)在同一位置得到的6個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行對比,，測試結(jié)果如表1所示。

　　3.2 圖像采集測試

　　圖像數(shù)據(jù)幀的起始標(biāo)志為0XFFD8,，結(jié)束標(biāo)志為0XFFD9,。盡管圖片經(jīng)過壓縮，但還是得到較為清晰的圖像，如圖8所示,。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,，用本文系統(tǒng)采集得到的位置信息與標(biāo)準(zhǔn)值的誤差不超過2 m，其誤差主要是由GPS本身的誤差所導(dǎo)致的,。若采用更高頻的GPS（20 Hz以上）接收模塊,，可進(jìn)一步提高精度；圖像數(shù)據(jù)也較為清晰,，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)實(shí)地的圖像采集,；系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，在整個(gè)測試過程中無任何自動(dòng)關(guān)機(jī),、死機(jī)等現(xiàn)象發(fā)生,；太陽能充電電路也能保證非常好的續(xù)航，其發(fā)熱性和抗干擾性能均反應(yīng)正常,。該技術(shù)可以應(yīng)用于視覺導(dǎo)航,、車輛防盜、老人,、小孩定位,、犯人管理等領(lǐng)域，經(jīng)濟(jì)效益顯著,，具有較好的市場競爭力,。