摘要：锂电池供电的便携式GPS定位终端，其待机时刻是影响产品实践使用的一个首要要素。选用MEMS加快度计作为运动检测开关，在后台区分方针体的动态状况，决议体系CPU作业的作业状况，合理装备GPS、GSM各模块的作业形式，优化整个的节电作业状况，可延伸终端待机时长。
导言
全球定位体系GPS(Global Positioning System)是由美国树立的一个卫星导航定位体系，使用该体系，用户能够在全球范围内完成全天候、接连、实时的三维导航定位和测速。GPS卫星定位技能现已老练，大规模进入商用，可广泛使用于导航、测绘、监测、授时、通讯等多种范畴。近年来，在车辆导航、盯梢和手机定位等方面得到了广泛使用。
便携式GPS定位终端选用锂电池供电，其实践作业时刻和待机时刻是要害方针。为了延伸其使用时刻和待机时刻，加大锂电池容量是一个方法，但随之而来的问题是锂电池的体积和分量也添加了，这关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度十分灵敏，“寸土寸金”，厂家都期望自己的产品“超薄”。
为了处理GPS便携终端的功耗问题，依据实践使用场景以及定位盯梢方针体的特征，当方针移动时需求定位，不移动能够不定位，坚持上一次的定位数据即可。本规划选用MEMS加快度计，检测方针体的移动或停止状况，当方针移动时，GPS模块作业并上报定位数据信息，当方针体不移动时，GPS模块不作业，也不上报数据。通过和谐各模块之间的作业，削减各模块作业时刻，以到达进步续航才能、延伸待机时刻的意图。
1 体系组成与定位终端架构
便携式GPS定位终端可用于方针体(人员或车辆)的定位及盯梢，并具有GSM实时上报定位信息的功用，使用电子地图可实时显现方针体实践方位，到达对方针体(受控人员和重要车辆)进行定位盯梢的意图。整个体系如图1所示，体系由前端和后台两部分组成，前端便携式GPS终端放置于方针体，后台为智能手机及其相关使用软件。定位GPS终端选用GSM移动通讯短信方法，把定位方位信息发送给后台手机，并由后台手机在地图上显现。
详细地说，便携式GPS定位终端包含主操控单元ARM7核、GPS接纳定位模块、GSM无线RF射频模块，以及电源办理模块。其间主操控单元ARM7核和GSM无线RF射频模块选用单芯片MTK6252 GSM模块，整体架构如图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短信的方法发送给后台。
2 MEMS加快度计与整机功耗规划
2.1 整机功耗规划
通观GPS定位终端整机组成，耗电较大的部分是GPS定位模块和GSM通讯模块。GPS定位模块的作业功耗为60 mA(4 V);当GSM处于发射状况时，功耗约为150～200 mA(4 V)。为了使整机低功耗，添加整机的待机时刻，首先应尽量选取功耗较低的模块，其次有必要对各模块的作业形式进行优化，不能让功耗较高的功用模块长期作业，尽量削减大功耗模块的实践运转与作业时刻，没必要作业时就让其进入睡觉状况。
结合便携式定位终端的实践使用场景，当方针体移动时，GPS模块作业，其定位数据才有含义;当方针体不移动时，GPS模块能够不作业，其方位信息能够沿袭之前移动最终一会儿的信息。因而只需判别方针体是否移动，就可决议装备GPS模块和GSM模块的作业与睡觉状况。
怎么判别方针体是否运动，本规划选用MEMS加快计来检测。
2.2 MEMS加快度计选取与硬件规划
跟着MEMS器材本钱的大大下降，MEMS加快度计的使用越来越广，并许多使用于消费电子范畴里的运动感应，如视频、游戏、手机与计步器等。现在MEMS加快度器材厂家许多，如ST Micro、Freescale、ADI、MEMS%&&&&&%等等，出产的产品也林林总总。关于低功耗体系规划，MEMS加快度计的选取也应选用低功耗器材，不然达不到省电的意图。
本规划选用ST的MEMS加快度传感器芯片LIS3DH，其具有功耗低、精度和灵敏度高的特色。在全速丈量形式下，功耗为2 μA。它在芯片器材级到达了低功耗，更重要的一点是本规划用之来作为智能体系的运动激活开关，需求作为体系唤醒源，它具有运动检测和中止输出功用。 LIS3DH具有两个中止输出引脚INT1和INT2，通过恰当的装备，当有运动时，将发生中止信号，如图3所示。当体系运动时，MEMS加快度计会供给一个中止信号，可唤醒体系。
本规划中MEMS加快度计担任检测方针的状况(运动或停止)，以决议体系个模块的作业状况(睡觉或唤醒作业)。把MEMS加快度计作为运动激活开关，用MEMS加快计来检测方针体的运动，只需有运动，并输出中止给体系，中止引脚为处理器供给牢靠的唤醒和无动作侦测信号，唤醒处理器，并装备GSM模块和GPS模块的作业。详细的硬件结构与接口衔接联系如图4所示，处理器是ARM7EJ-S核，ARM7核与GSM RF射频部分选用单芯片MTK6252模块;加快度计通过INT1引脚触发处理器EINT0外部中止端口，处理器与加快度计之间通过I2C总线接口读取方针体的振荡数据;GPS接纳机的数据通过UART接口传给ARM7处理器;关于模块的电源操控通过ARM7处理器的GPIO来操控。
低功耗规划不只要求器材级的低电流，并且期望该器材能够精确地敞开和关闭体系功用，然后完成整体系功耗的智能办理。MEMS加快度不只本身功耗足够低，并且可作为运动开关唤醒CPU。在整个体系运转中，CPU参加得越少越有助于下降功耗，减轻了CPU的担负，在物体的动态转化，主动进行判别，主动检测动态状况。
MEMS加快度计的中止输出引脚，用于衔接体系MCU的中止输入。加快度计可在后台侦测加快度或动作，体系CPU坚持在省电的睡觉形式，当加快度计侦测到中止事情时，微处理器从睡觉形式被唤醒，检查陔中止是否须处理，并作出进一步的处理。
2.3 软件规划
依据体系整机功耗规划，首要是以MEMS加快度计作为运动开关唤醒体系CPU，合理地装备GPS、GSM各模块的作业、睡觉、待机形式，尽量削减其作业耗电时刻。为了防止误检，防止传感器不用要地敞开体系然后缩短电池寿数，当MEMS加快度计检测到运动并发生唤醒CPU中止后，CPU能够进一步查询MEMS加快度值，进行承认，到达“双保险”。整个软件流程图如图5所示。
3 试验与剖析
3.1 方针体运动检测
关于MEMS加快度计规划，最首要的一点是运动判据的确认，人体运动与车辆运动不一样，人体行走与奔驰不一样，反映在加快度的改变上也不一样，有些起伏大，有些起伏小;别的加快度计的放置也有联系，会影响到三个坐标的值。根据很多要素的考虑，需求许多试验来确认，尤其是阈值问题。不过好在本体系不需求精细地、定量地检测方针体的振荡量，只需求辨明停止状况和运动状况，找出一个适宜的阈值，给出运动与停止的边界。
图6是一个典型的方针体停止状况和运动状况下各轴加快度检测值图。图中前半部分与后半部分设备放置方向不同，前半部分设备Z轴与加快度芯片Z轴共同朝下，后半部分X轴朝下。从图和数据能够看出阈值大约为0.4 m/s2，超越这个值就可认力运动了。
为了更明晰明晰地表明加快度值，能够对所采的三轴加快度值进行恰当的数值处理能得到比较清楚的数据和图形，并可方便地看出阈值，如图7所示。从图中更清楚地看出阈值为0.4 m/s2。
阈值的选取需求结合详细的使用场景，屡次试验，找出最适宜的量，以防止误报(多报或许缺报)的状况。
3.2 整机待机状况
本机选用锂电池供电，作业电压为3.3～4.2 V，结构所答应范围内电池容量为1500 mAh，GPS定位模块的作业功耗为60mA(4 V)，GSM发射状况时功耗约为150～200 mA(4 V)，在没有选用MEMS加快度计省电规划时，大约作业6个多小时。选用MEMS加快度计低功耗规划，能够显着节电，只要方针体运动时耗费大电流;通过实践使用场景测验，待机时刻远超越6小时，按每天方针体运动2小时的场景，可待机3～4天;结合其他的省电计划，如长期距离数据传输，还能够待机更长期，这样即可到达实践运用的要求。
结语
本文选用MEMS加快度计作为运动检测开关，区分便携式GPS定位终端地点方针体的动态状况，并由此决议是否唤醒体系CPU作业，合理装备GPS、GSM各功耗较大模块的作业时刻，到达整个体系低功耗，延伸锂电池供电待机时长，能够实践使用。
