CN102645664A - 基于gps、gsm、加速度计的载体位置信息处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法及装置，其中方法包括1)初始化；2)GSM芯片接收三轴加速度计数据后执行步骤3)，同时接收GPS数据后执行步骤5)；3)GSM芯片根据三轴加速度计数据来标定三轴加速度计的参数，并保存；4)GSM芯片采用加速度计运动趋势滤波算法对接收的三轴加速度计的数据进行滤波处理，并执行步骤6)等步骤；其中装置包括GSM模块、GPS模块、三轴加速度计、连接器，所述的GSM模块分别与GPS模块、三轴加速度计连接，所述的连接器分别与GSM模块、GPS模块等连接。与现有技术相比，本发明具有体积小、功能多、功耗低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种载体位置与运动状态检测与传输方法及装置，尤其是涉及一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法及装置。
背景技术
基于GPS定位与GSM通信网络的服务业，通常涉及到GPS技术、GSM技术和计算机技术，在技术实现上，通常采用GPS模块、GSM/GPRS模块和微处理器等；为了减少设备体积和成本，已经出现GPS/GSM模块，现有的GPS/GSM模块技术状态如下：
1)GPS与GSM两个部分只是物理上制作在同一块电路板上，对用户来说，分别使用两个模块；
2)少数模块可以通过GPRS部分的AT指令集管理GPS模块，但模块功能比较简单，缺少GPS天线短路保护、运动检测等功能；
3)模块没有与三轴加速度计的算法融合；
为了方便定位、追踪、防盗服务、物流监控等手持、车载终端产品的实现，发明了本带三轴加速度计GPS/GSM紧融合模块产品，能够紧耦合方式提供GPS定位信号、GPS天线保护短路、载体的运动模式判断和基于GSM技术的数据传输和语音通信。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种体积小、功能多、功耗低的基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法及装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化；
2)GSM芯片接收三轴加速度计数据后执行步骤3)，同时接收GPS数据后执行步骤5)；
3)GSM芯片根据三轴加速度计数据来标定三轴加速度计的参数，并保存；
4)GSM芯片采用加速度计运动趋势滤波算法对接收的三轴加速度计的数据进行滤波处理，并执行步骤6)；
5)GSM芯片对GPS数据进行畸点过滤处理，并判断GPS定位是否正常，若为是，执行步骤6)，若为否，执行步骤7)；
6)加速度计根据GPS数据对加速度计参数进行自适应校准；
7)GSM芯片采用加速度计/GPS联合滤波算法对三轴加速度计数据和GPS数据进行处理，得到载体的位置信息并输出；
8)通过三轴加速度计判断载体是否运动，若为是，执行步骤9)，若为否，执行步骤10)；
9)GSM芯片根据三轴加速度计数据计算得到载体的速度和航向信息并输出；
10)GSM芯片根据三轴加速度计数据计算得到载体的姿态信息并输出。
所述的三轴加速度计的参数包括X/Y/Z轴加速度测量值、X/Y/Z轴出厂标定参数、X/Y/Z轴温度补偿系数、X/Y/Z轴安装标定参数。
所述的加速度计运动趋势滤波算法包括以下步骤：
1)对加速度计数据队列进行更新；
2)对加速度数据进行刺波过滤，并对加速度趋势进行分析。
所述的畸点过滤处理过程如下：
1)判断接收到的GPS数据是否为首次定位点，若为是，执行步骤2)，若为否，继续执行步骤1)；
2)对GPS数据队列进行更新；
3)对GPS定位点趋势进行分析；
4)以GPS速度、航向、两次定位点间的距离和GPS连续定位点趋势为依据进行GPS定位畸点过滤。
所述的加速度计/GPS联合滤波算法如下：
1)加速度计判断载体是否为运动，若为是，执行步骤2)，若为否，执行步骤3)；
2)以GPS速度、航向、两次定位点间的距离和GPS连续定位点趋势为依据进行运动中的GPS定位跳点过滤；
3)进行静止时GPS跳点过滤。
一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理装置，其特征在于，包括GSM模块、GPS模块、三轴加速度计、连接器，所述的GSM模块分别与GPS模块、三轴加速度计连接，所述的连接器分别与GSM模块、GPS模块。
所述的GSM模块包括GSM芯片、射频收发模块、存储器，所述的GSM芯片分别与射频收发模块、存储器连接。
所述的GPS模块包括GPS芯片、LDO，所述的GPS芯片分别与LDO、过流保护电路连接。
所述的连接器包括ADC接口、GSM串口接口、I/O接口、SPI接口、SIM卡接口、音频输出接口、麦克风接口、电源接口、天线供电接口、GPS天线接口、GPS串口接口、GPS状态接口，所述的ADC接口、GSM串口接口、I/O接口、SPI接口、SIM卡接口、音频输出接口、麦克风接口、电源接口分别与GSM芯片连接，所述的GPS天线接口、GPS串口接口、GPS状态接口分别与GPS芯片连接，所述的天线供电接口与过流保护电路连接，所述的过流保护电路与GPS天线接口连接，所述的SPI接口与三轴加速度计连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1)除支持GPS卫星定位、GSM通话和短信、GPRS外，还带有三轴加速度计，从而联合GPS，能够准确判断载体的运动状态，在系统应用上实现低功耗。
2)自带过流保护电路，能在外部GPS有源天线短路时，自动保护，并且在短路解除时自动恢复。
3)GSM芯片中直接运行应用软件，从而能节省外部硬件电路；
4)使用GSM芯片对GPS进行有效管理，外部CPU使用AT指令即可全面管理GPS；GPS与GSM紧融合模块，体积小。
5)采用GPS和GSM紧融合技术的M2M模块，直接利用网络，缩短GPS冷启动定位时间和降低功耗；
6)外部CPU除了可以直接通过GPS串口使用GPS提供的时间、位置、高度、速度、航向等信息外，还可以通过GSM主芯片直接使用GPS数据而不需要管理GPS；
7)外部CPU可以透过GSM主芯片，使用AT指令管理GPS；从而外部CPU使用一个串口可以同时连接GSM设备和GPS设备。
8)直接使用模块内部的CPU资源运行应用程序，从而节省外部MCU和存储器，降低功耗和终端产品成本，减少应用系统开发时间。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，包括以下步骤：
步骤101、初始化；
步骤102、GSM芯片接收三轴加速度计数据后执行步骤103，同时接收GPS数据后执行步骤105；
步骤103、GSM芯片根据三轴加速度计数据来标定三轴加速度计的参数，并保存；
步骤104、GSM芯片采用加速度计运动趋势滤波算法对接收的三轴加速度计的数据进行滤波处理，并执行步骤106；
步骤105、GSM芯片对GPS数据进行畸点过滤处理，并判断GPS定位是否正常，若为是，执行步骤106，若为否，执行步骤107；
步骤106、加速度计根据GPS数据对加速度计参数进行自适应校准；
步骤107、GSM芯片采用加速度计/GPS联合滤波算法对三轴加速度计数据和GPS数据进行处理，得到载体的位置信息并输出；
步骤108、通过三轴加速度计判断载体是否运动，若为是，执行步骤109，若为否，执行步骤110；
步骤109、GSM芯片根据三轴加速度计数据计算得到载体的速度和航向信息并输出；
步骤110、GSM芯片根据三轴加速度计数据计算得到载体的姿态信息并输出。
本发明为位置服务终端设备提供具有GPS定位、语音与数据通信、电池充电管理功能、过流保护、短路检测、运动模式检测的核心部件；通过GSM芯片对GPS芯片的管理，降低GPS功耗；通过运行在GSM模块中的运动与姿态检测算法，使用模块上的三轴加速度计和GPS信息，确定终端运动模式和姿态；通过运行下载到GSM内核的应用软件，实现终端整体功能；
本发明除了传统的GSM和GPS功能外，发明特别之处在于：
1)采用三轴加速度计和GPS信息的算法，感知模块运动状态，从而实现GPS、GSM低功耗管理和异常运动与姿态报警；
2)采用GSM芯片对GPS进行充分管理，实现GSM与GPS的紧融合，使用者除了传统的直接使用GPS芯片通信口管理GPS外，还可以透过新发明的AT指令集管理控制GPS；这样实现了外部CPU通过一个串口同时管理GSM和GPS；
3)通过内置过流检测电路，提供GPS有源天线的短路保护和短路检测。
4)支持在基带芯片中运行用户应用程序。
为实现使用一个串口，透过GSM管理GPS，设计了6条专用AT指令集：
打开GPS：AT！GPSON
关闭GPS：AT！GPSOFF
GPS进入睡眠模式：AT！GPSSLEEP＝<MODE>
GPS输出数据格式设定：AT！GPSDATACFG＝<TYPE>
获取GPS数据：AT！GETGPSDATA＝<MODE>，<time>
重启GPS/GSM模块：AT！RESTHW。
如图2所示，一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理装置，包括GSM模块、GPS模块、三轴加速度计3、连接器，所述的GSM模块分别与GPS模块、三轴加速度计连接，所述的连接器分别与GSM模块、GPS模块。
所述的GSM模块包括GSM芯片11、射频收发模块、存储器，所述的GSM芯片分别与射频收发模块、存储器连接。
所述的GPS模块包括GPS芯片21、LDO，所述的GPS芯片分别与LDO、过流保护电路连接。
所述的连接器包括ADC接口、GSM串口接口、I/O接口、SPI接口、SIM卡接口、音频输出接口、麦克风接口、电源接口、天线供电接口、GPS天线接口、GPS串口接口、GPS状态接口，所述的ADC接口、GSM串口接口、I/O接口、SPI接口、SIM卡接口、音频输出接口、麦克风接口、电源接口分别与GSM芯片连接，所述的GPS天线接口、GPS串口接口、GPS状态接口分别与GPS芯片连接，所述的天线供电接口与过流保护电路连接，所述的过流保护电路与GPS天线接口连接，所述的SPI接口与三轴加速度计连接。
1)LDO使用线性稳压器件XC6221B 18AGR-G，将3.3VDC电源转化为1.8V电源供GPS使用；
2)GSM芯片采用STE公司SI4904-X-GL，具有两个串行通信接口，3路模拟、音频输入、模拟音频输出、多个IO口、SPI接口、PWM接口，LCD接口等；
3)GPS模块采用Jupiter F2，GPS定位信息以57600bps速率和NMEA0183格式，送给GSM芯片；GPS状态送外部指示，而且GPS的工作状态受Si4904控制。外部CPU可以通过GPS AT指令，通过GSM，然后控制GPS。
4)采用Spansion公司64Mb NOR Flash和32MbPSRAM一体式MCP作为程序存储器和数据存储器；
5)采用Skyworks公司SKY77548作为RF功率放大器；
6)采用松下公司AXK6F60547YG作为连接器，该60PIN板到板连接器种包括2个串行通信接口、1路模拟音频输入、1路模拟音频输出、20个独立GPIO口、2个独立SPI设备、2个独立ADC接口、1个独立PWM接口和GPS定位状态指示等；
7)射频收发模块：采用IPEX规范射频插座，也设计了焊盘，便于同轴电缆的焊接。
8)过流保护电路采用MAXIM公司MAX4786，短路时，切断对外部GPS的供电，并且将报警信号送给Si4904.
9)三轴加速度计采用Freescale公司MMA8452，加速度信号通过总线传送给Si4904；根据加速度信号与GPS信号联合解算算法，得到载体的姿态和运动状态。
本发明能实现功能如下：
1)模块电源供电：3.2V-4.5V，支持锂电池充电；
2)频段GSM：GSM850/EGSM900/DCS1800/PCS1900；
3)支持GPRS class B和多连接class 10；
4)支持GSM网络协议PPP，USSD；
5)支持语音业务和短消息；
6)内置TCP/IP和UDP协议；
7)支持GPS定位；
8)GSM与GPS两个串行通信接口；
9)1路模拟音频输入；
10)1路模拟音频输出；
11)支持20个独立GPIO口；
12)支持2个独立SPI设备；
13)支持2个独立ADC接口；
14)支持1个独立PWM接口；
15)支持GPS定位状态指示；
16)结构尺寸：32mmX37mmX3.5mm；
17)采用板对板连接器，定位脚焊接；
18)射频天线连接方式：同时兼容IPEX连接器和焊接方式；
19)除GSM AT指令外，增加6条GPS AT指令。
Claims (9)
1.一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)初始化；
2)GSM芯片接收三轴加速度计数据后执行步骤3)，同时接收GPS数据后执行步骤5)；
3)GSM芯片根据三轴加速度计数据来标定三轴加速度计的参数，并保存；
4)GSM芯片采用加速度计运动趋势滤波算法对接收的三轴加速度计的数据进行滤波处理，并执行步骤6)；
5)GSM芯片对GPS数据进行畸点过滤处理，并判断GPS定位是否正常，若为是，执行步骤6)，若为否，执行步骤7)；
6)加速度计根据GPS数据对加速度计参数进行自适应校准；
7)GSM芯片采用加速度计/GPS联合滤波算法对三轴加速度计数据和GPS数据进行处理，得到载体的位置信息并输出；
8)通过三轴加速度计判断载体是否运动，若为是，执行步骤9)，若为否，执行步骤10)；
9)GSM芯片根据三轴加速度计数据计算得到载体的速度和航向信息并输出；
10)GSM芯片根据三轴加速度计数据计算得到载体的姿态信息并输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，其特征在于，所述的三轴加速度计的参数包括X/Y/Z轴加速度测量值、X/Y/Z轴出厂标定参数、X/Y/Z轴温度补偿系数、X/Y/Z轴安装标定参数。
3.根据权利要求1所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，其特征在于，所述的加速度计运动趋势滤波算法包括以下步骤：
1)对加速度计数据队列进行更新；
2)对加速度数据进行刺波过滤，并对加速度趋势进行分析。
4.根据权利要求1所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，其特征在于，所述的畸点过滤处理过程如下：
1)判断接收到的GPS数据是否为首次定位点，若为是，执行步骤2)，若为否，继续执行步骤1)；
2)对GPS数据队列进行更新；
3)对GPS定位点趋势进行分析；
4)以GPS速度、航向、两次定位点间的距离和GPS连续定位点趋势为依据进行GPS定位畸点过滤。
5.根据权利要求1所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理方法，其特征在于，所述的加速度计/GPS联合滤波算法如下：
1)加速度计判断载体是否为运动，若为是，执行步骤2)，若为否，执行步骤3)；
2)以GPS速度、航向、两次定位点间的距离和GPS连续定位点趋势为依据进行运动中的GPS定位跳点过滤；
3)进行静止时GPS跳点过滤。
6.一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理装置，其特征在于，包括GSM模块、GPS模块、三轴加速度计、连接器，所述的GSM模块分别与GPS模块、三轴加速度计连接，所述的连接器分别与GSM模块、GPS模块。
7.根据权利要求6所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理装置，其特征在于，所述的GSM模块包括GSM芯片、射频收发模块、存储器，所述的GSM芯片分别与射频收发模块、存储器连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理装置，其特征在于，所述的GPS模块包括GPS芯片、LDO，所述的GPS芯片分别与LDO、过流保护电路连接。
9.根据权利要求6所述的一种基于GPS、GSM、加速度计的载体位置信息处理装置，其特征在于，所述的连接器包括ADC接口、GSM串口接口、I/O接口、SPI接口、SIM卡接口、音频输出接口、麦克风接口、电源接口、天线供电接口、GPS天线接口、GPS串口接口、GPS状态接口，所述的ADC接口、GSM串口接口、I/O接口、SPI接口、SIM卡接口、音频输出接口、麦克风接口、电源接口分别与GSM芯片连接，所述的GPS天线接口、GPS串口接口、GPS状态接口分别与GPS芯片连接，所述的天线供电接口与过流保护电路连接，所述的过流保护电路与GPS天线接口连接，所述的SPI接口与三轴加速度计连接。
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