摘要：介紹了一種基于GPS的校園電子巡更系統設計。利用GPS衛星數據接收器接收巡更人員所處的位置信息，通過單片機對有效位置信息進行存儲和控制，巡更儀主要通過標準串行通信接口RS-232與上位PC機進行數據通信，在特殊情況下也可通過無線收發模塊NRF905與控制中心進行數據通信。PC機在Maplnfo軟件平臺上制作校園電子地圖，并通過VB編程控制，在得到巡更儀的數據后能重現巡更人員的巡更軌跡。詳細討論了電子巡更儀的硬件電路設計，包括控制模塊、GPS衛星定位模塊和無線傳輸模塊等。經實驗表明，該系統性能穩定，通信效率高，功耗低，適合于保安巡更管理系統領域。
關鍵詞：ATmegal6L；GPS；巡更
O 引言
隨著經濟的發展，人們對安全防范的要求也越來越高。安防行業迅速發展，其應用范圍也在不斷擴大，在智能化樓宇和智能化小區相繼熱潮之后，又一個新興的領域一校園的智能安全管理系統的建設在各地也相繼掀起了熱潮。學校是人口密集區，場地分散、管理人員少，而且學生生性好動、防范意識差。不法分子潛入校園進行盜竊、搶劫、以及校園暴力事件時有發生，而保安在校園安全維護方面起著舉足輕重的作用，巡更保安必須盡職盡責，以減少校園犯罪事件的發生，對保安系統的規范化管理則顯得意義重大，在這種情況下，校園電子巡更系統應運而生。
校園電子巡更系統應用美國的GPS全球衛星定位系統、GIS系統結合現代通信技術，存儲保安的巡更時間、巡更路線的地理數據，能夠在控制終端重現巡更軌跡，并能夠在遇到突發事件的時候及時向控制中心發出警報信號。
1 總體設計
校園電子巡更系統主要包括兩部分：手持巡更儀部分利用GPS衛星定位模塊接收GPS衛星數據，通過單片機提取時間、經度、緯度等有用數據并對得到的有用數據進行存儲和控制，而且在出現緊急突發事件的時候，巡更人員能夠通過無線收發模塊向控制終端發送攜帶巡更人員地理位置數據的警報信息。控制終端部分主要由控制界面和具體的校園電子地圖組成，巡更人員需要把每天的巡更數據通過串口傳送給上位PC機，以便重現巡更人員的巡更軌跡。系統總體框圖如圖1。
2 巡更儀電路設計
電路主要包括：Atmegal6L單片機控制電路、GPS接收電路、數據存儲電路、無線傳輸電路、電源管理電路。電路結構如圖2。
2．1 核心控制部分
處理核心選用8位低功耗微控制器ATmegal6L，具有片內16 K字節的程序存儲器，1 K字節的數據存儲器和512字節的E2PROM。它具有32個通用I／O口線、32個通用工作寄存器、實時時鐘RTC、1個USART、8通道10位ADC、具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、與IEEE1149．1規范兼容的JTAG測試接口，此接口同時還可以用于片上調試，以及六種可以通過軟件選擇的省電模式。其中使用了PD0(RXD)引腳接受Leadtek 9548GPS傳送的GPS數據，并對數據進行處理，考慮到單片機內部的flash存儲空間較小，可利用ATmegal6L的PA組口進行存儲擴展，這里使用的是K9F3208并口數據存儲芯片。可以通過兩種方式向上位PC機傳送數據，一是通過ATmegal6L的串口外接MAX232芯片，輔助外圍電路，通過PC機的RS232通用串行接口傳輸，二是通過ATmegal6L的SPI接口外接NRF905無線收發模塊向控制中心傳輸數據，這種傳輸功耗較大，只在出現突發情況的時候采用這種傳輸方式。ATmegal6L模塊控制電路如圖3。
2．2 GPS定位部分
GPS衛星定位部分由Leadtek 9548GPS核心模塊，輔助以外圍電路組成。Leadtek 9548GPS模塊核心采用美國瑟孚公司設計的SIRFStarIII低耗電量衛星定位接收晶片，有20個通道，能夠確保最高的接收靈敏度；內部有可充電電池，可以保存星歷數據，便于快速定位；標準的MMCX天線接口，便于連接GPS天線；標準NMEA0183信號輸出；工作電壓低(3．3～5．0V直流)，工作電流小(49 mA)，接收靈敏度為-159 dBm；TTL電平數據輸出，每秒一次GPS全數據；支持多種串口通訊波特率，標準設定為4800 bpsc。Leadtek9548GPS電路圖如圖4。
2．3 無線部分
無線傳輸部分以無線收發模塊NRF905為核心。該模塊使用433 M開放ISM頻段，最高工作速率50 kbps，高效GFSK調制，抗干擾能力強，內置硬件CRC檢錯，最大發射功率：+33 dBm，模塊在以最大功率發射信號時瞬間電流<=500 mA，TX Mode：在+33 dBm情況下，平均工作電流小于300 mA；RX Mode：12．5mA。模塊在收發模式切換時間<1 ms，模塊可軟件設地址，只有收到本機地址時才會輸出數據，可直接接各種單片機使用，軟件編程非常方便。放置在開闊地無線通信距離可達2000m，如果配置高增益天線，則通信距離可以達到更遠。由于該模塊發射功率較大，在不需要發送數據的情況下要切換到接收模式或者睡眠模式。
NRF905利用SPI接口與ATmegal6L進行通信，該模塊提供了9×2標準DIP間距接口，方便我們與單片機的連接，接口電路如圖5。
2．4 數據存儲部分
數據存儲采用三星公司的K9F3208存儲芯片，存儲容量4 MB，工作電壓(2．7～5．5 V)數據地址共用內部總線，接口簡單。
3 上位機PC端
上位機PC端接收數據有兩種方式，一是通過標準RS232串口，二是通過帶串口擴展的NRF905收發模塊，只需要把該模塊的串口插頭直接插在PC機上供電，通過軟件設定收發模塊地址相匹配即可正常使用。軟件主要包括兩部分：一是校園電子地圖的制作，針對不同的學校需要制作不同的電子地圖。本設計在MapInfo軟件平臺上載入中北大學jpg格式的校園圖，并把實地采集的經緯度信息錄入校園圖中從而完成電子圖的配準。按照高校特點將電子地圖分為道路層、教學實驗樓、學生公寓樓、教師公寓樓、商業服務建筑、文娛體育設施等圖層。運行MapX下的Geoset Manager應用程序，新建一個名為NUC的Geoset文件，將上述圖層添加進去，組成一個后綴為gst的地圖文件：NUC．gst，通過MapX控件將校園地圖圖嵌入到系統界面中，從而完成電子地圖的繪制和顯示。上位機PC端用VB6．0編程。
4 PC機通過串口提取數據流程圖
本設計中，巡更儀FLASH中存儲的數據主要通過標準RS232串行通信口向PC機傳送。PC機通過串口向巡更儀發送獲取數據請求，巡更儀CPU檢測到該請求后開始向PC機發送數據，流程圖如圖6。
5 實驗結果
本設計實現了電子地圖的制作與控制、巡更儀對巡更人員位置數據的提取與處理。系統運行后的界面如圖7。
6 結束語
結合現在電子巡更技術的發展，本文采用ATmegal6L、Leadtek 9548GPS、NRF905、K9F3208，在VB環境下結合MapInfo軟件平臺設計了校園電子巡更系統。實驗表明，該系統性能穩定，通信效率高，功耗低，適合應用于小區電子巡更領域。