一種可穿戴定位器的設計與實現(xiàn)

孫憲福

摘要 隨著通信技術的不斷發(fā)展，可穿戴定位產(chǎn)品日益滲透到我們的生活，用戶可以通過手機APP對終端位置定位，并且可以設置電子圍欄，查看行走的歷史軌跡。針對可穿戴定位器，本文從系統(tǒng)設計、硬件設計和軟件設計較全面的闡述其整體開發(fā)流程，對相關定位產(chǎn)品開發(fā)起到借鑒作用。

【關鍵詞】MTK 定位器 GPS LBS Wi-Fi 可穿戴

目前定位技術主要分為兩種，一種是基于GPS的衛(wèi)星定位，一種是基于GMS網(wǎng)絡的基站（LBS）的定位。前者定位精度高但室內(nèi)、樹蔭、高樓下等無GPS信號或GPS信號弱的地方是無法定位的，具有很大局限性。而后者可以在收到GSM信號的地方都可以定位。隨著Wi-Fi熱點部署越來越多，Wi-Fi定位優(yōu)勢日益凸顯出來，其定位速度快，功耗低，特別適合大城市樓群密集的定位場合，而GPS對這些場合非常敏感，容易產(chǎn)生定位漂移。本文設計的定位器是將三者定位方式結(jié)合起來，各取所長，相互補充，從而提高了定位的準確性，擴大了定位的范圍，避免了因收不到GPS信號而無法定位的問題。

1 系統(tǒng)設計

本方案涉及的可穿戴定位器采用MTK6261D的平臺作為基礎，該平臺自帶GSM的基礎功能，需要外掛GPS和Wi-Fi芯片，平臺軟件采用MTK指定的Nucleus多任務系統(tǒng)。其整體架構(gòu)圖如圖1所示。

可穿戴定位器通過內(nèi)部GPS、Wi-Fi、GSM天線接收相應的信號，解析出定位信息，然后將定位信息通過GPRS傳輸至遠端服務器。手機APP通過服務器讀取可穿戴定位器的定位信息后，將該點顯示到手機地圖上。

2 硬件設計

總體來說，硬件設計分為電源設計部分、射頻設計部分及基帶控制單元設計部分，具體內(nèi)容如下：

2.1 供電電源設計

根據(jù)器件工作電壓，采用3.7V電池直接進行供電，不需要額外電壓轉(zhuǎn)換芯片。電池正常工作范圍在3.4V～4.2V。充電電路設計最高電壓為4.2V。

2.2 天線設計

可穿戴定位器包含三款天線，分別為GSM天線、GPS天線和Wi-Fi天線。依據(jù)可穿戴定位器尺寸、使用環(huán)境的特點、性能及成本綜合考慮，GSM天線使用FPC天線，GPS天線選擇陶瓷有源天線。

2.3 基帶單元設計

基帶處理器選擇MTK6261D處理器，內(nèi)置FLASH，方便遠程升級。基帶電路設計為常規(guī)設計，處理器通過nc接口配置加速度傳感器的工作參數(shù)，接收傳感器件采集數(shù)據(jù)進行處理;處理器通過SD卡接口配置MT5931工作參數(shù)，接收周圍Wi-Fi信號;處理器通過USART接口配置UBLOX-G7020KT芯片接收GPS信息。

3 軟件設計

軟件設計分為：調(diào)度層軟件設計、任務層軟件設計、解析層軟件設計、驅(qū)動層軟件設計。如圖2所示。

3.1 調(diào)度層軟件設計

由MTK公司提供成熟的內(nèi)核調(diào)度算法，封閉源代碼。

3.2 任務層軟件設計

多任務設計，分別用于處理協(xié)議數(shù)據(jù)，GPS數(shù)據(jù)。

3.3 解析層軟件設計

該層對由驅(qū)動層獲取的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)幀進行解析，并將解析結(jié)果返回到協(xié)議層進行數(shù)據(jù)分析及狀態(tài)調(diào)度。同時對要發(fā)送數(shù)據(jù)進行組幀等操作。

3.4 驅(qū)動層軟件設計

（1） Wi-Fi驅(qū)動模塊功能，讀取周圍Wi-Fi熱點信息，為Wi-Fi定位功能提供接口。

（2）電壓檢測驅(qū)動模塊功能，檢測電池電量狀態(tài)。

（3） GPS驅(qū)動模塊功能，控制GPS芯片開關，讀取GPS芯片內(nèi)GPS信息，為GPS定位功能提供接口。

（4） G-senser驅(qū)動模塊功能，通過nc接口讀取傳感器的加速度信息，為記步功能提供接口。

4 功能驗證

4.1 編譯

Source Insight建立整個MTK軟件工程，調(diào)試好驅(qū)動和添加完畢應用層代碼，在ARM編譯器使用make new編譯整個代碼工程，編譯后生成二進制bin文件;

4.2 下載

打開MTK燒錄工具Flash tool，選擇“USBdownload”下載，導入生成的二進制文件，點擊download下載，USB線一端插入PC，另一端插入定位器燒錄口，持續(xù)大概15秒完成下載，下載完畢插入SIM卡。

4.3 寫IMEI

下載完畢后，通過META工具導入合法的IMEI序列號，每個定位器設備都有不同的IMEI號，這些序列號需要事先錄入定位服務器后臺，設備請求服務器需要帶IMEI參數(shù)。

4.4 開機驗證

寫入完IMEI后，長按定位器開機鍵，使之處于開機狀態(tài);打開手機定位APP，向后臺請求綁定指定的IMEI，綁定完畢后，可以查看定位器的在線狀態(tài)、位置狀態(tài)、歷史軌跡回放。