MEMS加速度计的GPS终端的低功耗系统设计.docx

ＭＥＭＳ加速度计的 ＧＰＳ终端的低功耗系统设计 王国辉 （普天信息技术研究院 ，北 京 １０００８０） 摘要 ：锂 电池供电的便携式 ＧＰＳ定 位终端 ，其 待机时间是影响产品实际应用的一个主要因素。 采用 ＭＥＭＳ加 速度计作 为运动检测开关 ，在 后台辨别目标体的动静状态 ，决 定系统 ＣＰＵ 工作的工作状态 ，合 理配置 ＧＰＳ、ＧＳＭ 各模块的工作模 式 ，优 化整个的节电工作状态 ，可 延长终端待机时长。 关键词：ＭＥＭＳ加 速度计 ；ＧＰＳ定 位终端 ；低 功耗 中图分类号 ：ＴＰ３６８．１ 文献标识码 ：Ａ ＬｏｗＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ ＤｅｓｉｇｎｏｆＧＰＳＴｅｒｍｉｎａｌＢａｓｅｄｏｎＭＥＭＳＡｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ ＷａｎｇＧｕｏｈｕｉ （ＰｏｔｅｖｉｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳｔａｎｄｂｙｔｉｍｅｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｔｈａｔａｆｆｅｃｔｓｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＧＰＳｔｅｒｍｉｎａｌｓｅｔ，ｗｉｔｈｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ．Ａ ＭＥＭＳａｃｃｅｌ－ ｅｒｏｍｅｔｅｒｉｓｕｓｅｄａｓａｍｏｔｉｏｎａｃｔｉｖａｔｅｄｓｗｉｔｃｈ．Ｉｔｄｅｔｅｃｔｓｔｈｅｓｔａｔｅｏｆｔａｒｇｅｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｓｔａｔｅ，ｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆＣＰＵ，ＧＰＳａｎｄ ＧＳＭ ｍｏｄｕｌｅａｒｅｓｅｔ．Ｔｈｅｐｏｗｅｒｓａｖｅｍｏｄｅｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ，ａｎｄＧＰＳｔｅｒｍｉｎａｌｓｅｔｃａｎｗｏｒｋｆｏｒａｌｏｎｇｅｒｔｉｍｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＥＭＳａｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅｒ；ＧＰＳｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｔｅｒｍｉｎａｌ；ｌｏｗｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ 引 言 全球定位 系 统 ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）是 由 美国建立的一个卫星 导 航 定 位 系 统 ，利 用 该 系 统 ，用 户 可 以在全球范围内实现 全 天 候 、连 续 、实时的三维导航定位 和测速。ＧＰＳ卫 星定位 技 术 已 经 成 熟 ，大规模进入商用 ， 可广泛应用 于 导 航 、测 绘 、监 测 、授 时 、通信等多种领域 。 近年来 ，在 车辆导航 、跟 踪 和 手机定位等方面得到了广泛 应用［１－２］。 便携式 ＧＰＳ定 位终端采用锂电池供电 ，其 实 际 工 作 时间和待机时间是 关 键 指 标。 为了延长其使用时间和待 机时间 ，加 大锂电池容 量 是 一 个 办 法 ，但随之而来的问题 是锂电池的体积和重量也增加了 ，这对于便携式终端 产品 来说是不可取的 ，便 携 式 产 品对外形结构尺寸非常敏感， “寸 土寸金”，厂家都希望自己的产品“超 薄”。 为了解决 ＧＰＳ便携终端的功耗问题 ，根 据 实 际 应 用 场景以及定 位跟踪目标体的特征 ，当目标移动时需要定 位 ，不移动可以不定 位 ，保持上一次的定位数据即可 。 本 设计采用 ＭＥＭＳ加 速 度 计 ，检测目标体的移动或静止状 态 ，当 目标移 动 时 ，ＧＰＳ 模块工作并上报定位数据信息， 当目标体不移动时 ，ＧＰＳ 模 块 不 工 作 ，也 不 上 报 数 据。 通 过协调各模块之间的 工 作 ，减少各模块工作时间 ，以 达 到 提高续航能力 、延长待机时间的目的 。 １ 系统组成与定位终端架构 便携式 ＧＰＳ定位终端可用于目标体（人员或车辆）的定 位及跟踪，并具有 ＧＳＭ 实时上报定位信息的功能，利用电子 地图可实时显示目标体实际位置，达 到对目标体（受 控人员 和重要车辆）进行定位跟踪的目的。整 个系统如图 １ 所示， 图 １ 定位系统示意图 ５４ Ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ ＆ ＥｍｂｅｄｄｅｄＳｙｓｔｅｍｓ ２０１４ 年第６ 期 ｗｗｗ．ｍｅｓｎｅｔ．ｃｏｍ．ｃｎ 系统由前端和后台两部分组成，前端便携式 ＧＰＳ终端放置于 目标体，后台为智能手机及其相关应用软件。定位 ＧＰＳ终端 采用 ＧＳＭ 移动通信短信方式，把定位位置信息 发送给后台 手机，并由后台手机在地图上显示。 具体地 说 ，便 携 式 ＧＰＳ 定位终端包括主控制单元 ＡＲＭ７核 、ＧＰＳ接 收 定 位 模 块 、ＧＳＭ 无 线 ＲＦ 射 频 模 块， 以及电源管 理 模 块。 其中主控制单元 ＡＲＭ７ 核 和 ＧＳＭ 无线 ＲＦ 射频模块采用单芯片 ＭＴＫ６２５２ＧＳＭ 模块 ，总 体 架构如图 ２ 所示。ＧＰＳ 定位模块通过 串口把定位数据传 送给 ＡＲＭ７，并 通过 ＳＭＳ短信的方式发送给后台 。 图 ２ 定位终端总体架构 ２ ＭＥＭＳ