Asset Tracker定位器

　　前言

　　Asset Tracker是一種功耗極低的單元，可以借助一片GPS接收機(jī)來(lái)監(jiān)測(cè)自身的位置，然后記錄該信息并通過(guò)一個(gè)GSM 無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器將其報(bào)告給中控機(jī)位。

　　該產(chǎn)品可以控制內(nèi)部所有部件的供電。這一功能以及由eCOG1k微控制器所實(shí)現(xiàn)的極低功耗模式，能共同保證該產(chǎn)品具有低得驚人的空閑功耗。

　　硬件概覽

　　Asset Tracker參考設(shè)計(jì)包含如下的硬件：

　　·eCOG1k 低功耗微控制器

　　·1Mbyte靜態(tài)RAM

　　·1Mbyte閃存ROM

　　·64kbyte I2C串行EEPROM

　　·Fastrax iTrax 0302 GPS模塊

　　·Sony Ericsson GR47 GPRS 無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器和SIM卡座

　　·RS232串行接口

　　·電池電源穩(wěn)壓器

　　產(chǎn)品說(shuō)明

　　eCOG1k 微控制器

　　eCOG1k微控制器構(gòu)成了該產(chǎn)品的核心。它可以控制產(chǎn)品中的所有其他模塊，因此能將功耗要求降至最低。

　　RAM

　　RAM的容量為1Mbyte，由2個(gè)4Mbit的器件組成，為eCOS1k提供了512k×16bit的接口。這用作一個(gè)32kbyte的存儲(chǔ)區(qū)，用于保存程序變量并提供一個(gè)用作數(shù)據(jù)記錄器的分頁(yè)的區(qū)域。

　　閃存ROM

　　閃存ROM的容量為1Mbyte，采用了ST的M29W800DT 8Mbit器件。這提供了到eCOG1的512k×16bit接口。

　　串行EEROM

　　512kbit的I2C串行接口EEPROM，為軟件應(yīng)用提供了64kbyte的非易失性存儲(chǔ)。

　　Fastrax GPS模塊

　　iTrax 0302模塊依靠3.3V電源工作，因此無(wú)需電平平移。它需要兩種電源，一路用于數(shù)字核，一路用于RF核。電源由兩個(gè)線(xiàn)性穩(wěn)壓器提供，而這些穩(wěn)壓器的輸入是非穩(wěn)壓的電池電壓。這些器件的使能信號(hào)由eCOG1來(lái)提供，這樣GPS模塊在不需要使用的時(shí)候可以被關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)電。

　　iTrax0302模塊提供了位置信息。它通過(guò)兩條串行接口連接到eCOG1k。一條串行接口采用了UARTB，另一條通過(guò)一對(duì)GPIO引腳和2個(gè)定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)串行端口(連接到UARTB)執(zhí)行Fastrax的內(nèi)部專(zhuān)有的iTalk協(xié)議，而另一條則是標(biāo)準(zhǔn)的NMEA接口。

　　Sony Ericsson GR47 GPRS模塊和SIM卡

　　這是一種雙頻段(900/1800MHz)模塊，可以提供一條從該產(chǎn)品返回中控服務(wù)器的數(shù)據(jù)連接，以便記錄下該產(chǎn)品的位置和狀態(tài)。它通過(guò)一條串行接口連接到eCOG1k，可通過(guò)AT指令集來(lái)控制。eCOG1k可以控制對(duì)GPRS模塊的供電，因此可完全關(guān)閉對(duì)該模塊的供電。GPRS模塊直接連接到一片SIM卡上，該卡包含用戶(hù)在蜂窩網(wǎng)絡(luò)里的相關(guān)信息。

　　RS232接口

　　RS232接口可以為應(yīng)用提供RS232電平的調(diào)試接口。RS232收發(fā)器可以向eCOG1k發(fā)送一路信號(hào)，指示接收器處存在一個(gè)有效的信號(hào)電平。這可以在PC建立串聯(lián)連接時(shí)用來(lái)喚醒eCOG1k。

　　電源

　　該產(chǎn)品由單個(gè)Varta PoLiFlex電池供電。3.3V電源則通過(guò)一個(gè)由電池驅(qū)動(dòng)的低壓降線(xiàn)性穩(wěn)壓器來(lái)提供。

　　軟件概覽

　　Asset Tracker的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)包含如下的軟件：

　　·調(diào)制解調(diào)器控制軟件，包括建立GPRS會(huì)話(huà)和發(fā)送SMS文本信息功能。

　　·GPS控制軟件，包括用當(dāng)前數(shù)據(jù)和時(shí)間來(lái)對(duì)模塊進(jìn)行初始化從而縮短首次定位時(shí)間的能力。

　　·用于在RAM中記錄事件和數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)記錄器。

　　·命令行串行接口。

　　·用于從I2C串行EEPROM存儲(chǔ)和檢索配置數(shù)據(jù)的配置管理。

　　·演示應(yīng)用，用于展示所用的部件如何協(xié)調(diào)工作。

　　應(yīng)用軟件

　　該應(yīng)用由多個(gè)狀態(tài)機(jī)組成，這些狀態(tài)機(jī)用于控制系統(tǒng)的特定功能。這些狀態(tài)機(jī)均由主程序循環(huán)以一定的間隔服務(wù)，如果它們處于空閑狀態(tài)，則程序讓eCOG1k休眠以節(jié)省電力。

　　主程序循環(huán)

　　這是在啟動(dòng)和初始化代碼執(zhí)行后運(yùn)行的主程序循環(huán)。它順次調(diào)用每一個(gè)管理功能，如果它們都處于空閑狀態(tài)的話(huà)就執(zhí)行電源管理功能。

　　RS232收發(fā)器可以檢測(cè)出與PC的連接的存在，這用于防止eCOG1k在空閑時(shí)完全進(jìn)入休眠狀態(tài)。此外，當(dāng)eCOG1k休眠時(shí)，RS232到PC的連接可以將其喚醒，進(jìn)入低功耗模式。低功耗模式將使用一個(gè)更快的CPU時(shí)鐘(2.5MHz，而不是16kHz)以便讓通信線(xiàn)的接口的響應(yīng)可以令人接受。

　　長(zhǎng)時(shí)間間隔定時(shí)器用來(lái)定期喚醒eCOG1k(間隔定義值可以從數(shù)秒一直到數(shù)天，目前是2分鐘)，這將讓狀態(tài)機(jī)執(zhí)行周期性的任務(wù)。

　　調(diào)制解調(diào)器的管理

　　這包含了3個(gè)狀態(tài)機(jī)，分別用于控制調(diào)制解調(diào)器的電源和網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，GPRS調(diào)制解調(diào)器的管理以及SMS信息的發(fā)送。

　　GPS管理

　　這包含了兩種狀態(tài)機(jī)，用于控制GPS的電源，然后分析來(lái)自于GPS模塊的NMEA數(shù)據(jù)，以確定當(dāng)前的位置。

　　數(shù)據(jù)記錄器管理

　　這包含了一個(gè)周期性處理，由系統(tǒng)的分鐘級(jí)定時(shí)器定期向數(shù)據(jù)記錄器區(qū)內(nèi)存打印時(shí)間印記，并且包含了一個(gè)控制通過(guò)RS232接口來(lái)下載所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的狀態(tài)機(jī)。

　　典型的功耗

　　該產(chǎn)品依靠單個(gè)鋰聚合物電池的單電源供電。該電源經(jīng)過(guò)一個(gè)低壓降、低靜態(tài)電流線(xiàn)性穩(wěn)壓器穩(wěn)壓后，可以得到系統(tǒng)電源所需的3.3V。

　　空閑電流是eCOG1k電流(可以通過(guò)在休眠模式下降低時(shí)鐘速度的方法來(lái)進(jìn)行降低)、SRAM和閃存待機(jī)電流(可以通過(guò)仔細(xì)地選擇這些器件來(lái)降低)、體電容的漏電流和電源靜態(tài)電流組成的。

　　這些是從測(cè)試系統(tǒng)的小樣品所獲得的近似典型值。這些數(shù)據(jù)僅描述eCOG1k處理器和內(nèi)存內(nèi)核系統(tǒng)的性能，排除了任何由主要的外接模塊(GPS模塊、GPS天線(xiàn)偏置和GPRS無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器)所消耗的電源電流。這特別適用于全速執(zhí)行的情形，此時(shí)這些模塊很有可能被啟用而且接通電源。

　　結(jié)語(yǔ)

　　參考設(shè)計(jì)的GPS模塊和GPRS無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器都是用標(biāo)準(zhǔn)的NMEA接口和AT指令集來(lái)控制。所以很容易就能轉(zhuǎn)用其它供貨商的GPS模塊和GPRS無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器。

　　參考設(shè)計(jì)充分考慮到系統(tǒng)的未來(lái)擴(kuò)展性，但亦可因應(yīng)不同的需要而作出刪減。例如一個(gè)最簡(jiǎn)單的Asset Tracker參考設(shè)計(jì)只需包含如下的硬件：

　　·eCOG1k低功耗微控制器(內(nèi)部120B閃存信息區(qū)可以取代串行EEPROM)；

　　·Fastrax iTrax 0302 GPS模塊；

　　·Sony Ericsson GR47 GPRS無(wú)線(xiàn)調(diào)制解調(diào)器和SIM卡座；

　　·電池電源穩(wěn)壓器?！?/p>