Asset Tracker定位器

　　前言

　　Asset Tracker是一種功耗極低的單元，可以借助一片GPS接收機來監測自身的位置，然后記錄該信息并通過一個GSM 無線調制解調器將其報告給中控機位。

　　該產品可以控制內部所有部件的供電。這一功能以及由eCOG1k微控制器所實現的極低功耗模式，能共同保證該產品具有低得驚人的空閑功耗。

　　硬件概覽

　　Asset Tracker參考設計包含如下的硬件：

　　·eCOG1k 低功耗微控制器

　　·1Mbyte靜態RAM

　　·1Mbyte閃存ROM

　　·64kbyte I2C串行EEPROM

　　·Fastrax iTrax 0302 GPS模塊

　　·Sony Ericsson GR47 GPRS 無線調制解調器和SIM卡座

　　·RS232串行接口

　　·電池電源穩壓器

　　產品說明

　　eCOG1k 微控制器

　　eCOG1k微控制器構成了該產品的核心。它可以控制產品中的所有其他模塊，因此能將功耗要求降至最低。

　　RAM

　　RAM的容量為1Mbyte，由2個4Mbit的器件組成，為eCOS1k提供了512k×16bit的接口。這用作一個32kbyte的存儲區，用于保存程序變量并提供一個用作數據記錄器的分頁的區域。

　　閃存ROM

　　閃存ROM的容量為1Mbyte，采用了ST的M29W800DT 8Mbit器件。這提供了到eCOG1的512k×16bit接口。

　　串行EEROM

　　512kbit的I2C串行接口EEPROM，為軟件應用提供了64kbyte的非易失性存儲。

　　Fastrax GPS模塊

　　iTrax 0302模塊依靠3.3V電源工作，因此無需電平平移。它需要兩種電源，一路用于數字核，一路用于RF核。電源由兩個線性穩壓器提供，而這些穩壓器的輸入是非穩壓的電池電壓。這些器件的使能信號由eCOG1來提供，這樣GPS模塊在不需要使用的時候可以被關閉，從而實現節電。

　　iTrax0302模塊提供了位置信息。它通過兩條串行接口連接到eCOG1k。一條串行接口采用了UARTB，另一條通過一對GPIO引腳和2個定時器來實現。一個串行端口(連接到UARTB)執行Fastrax的內部專有的iTalk協議，而另一條則是標準的NMEA接口。

　　Sony Ericsson GR47 GPRS模塊和SIM卡

　　這是一種雙頻段(900/1800MHz)模塊，可以提供一條從該產品返回中控服務器的數據連接，以便記錄下該產品的位置和狀態。它通過一條串行接口連接到eCOG1k，可通過AT指令集來控制。eCOG1k可以控制對GPRS模塊的供電，因此可完全關閉對該模塊的供電。GPRS模塊直接連接到一片SIM卡上，該卡包含用戶在蜂窩網絡里的相關信息。

　　RS232接口

　　RS232接口可以為應用提供RS232電平的調試接口。RS232收發器可以向eCOG1k發送一路信號，指示接收器處存在一個有效的信號電平。這可以在PC建立串聯連接時用來喚醒eCOG1k。

　　電源

　　該產品由單個Varta PoLiFlex電池供電。3.3V電源則通過一個由電池驅動的低壓降線性穩壓器來提供。

　　軟件概覽

　　Asset Tracker的基準設計包含如下的軟件：

　　·調制解調器控制軟件，包括建立GPRS會話和發送SMS文本信息功能。

　　·GPS控制軟件，包括用當前數據和時間來對模塊進行初始化從而縮短首次定位時間的能力。

　　·用于在RAM中記錄事件和數據的數據記錄器。

　　·命令行串行接口。

　　·用于從I2C串行EEPROM存儲和檢索配置數據的配置管理。

　　·演示應用，用于展示所用的部件如何協調工作。

　　應用軟件

　　該應用由多個狀態機組成，這些狀態機用于控制系統的特定功能。這些狀態機均由主程序循環以一定的間隔服務，如果它們處于空閑狀態，則程序讓eCOG1k休眠以節省電力。

　　主程序循環

　　這是在啟動和初始化代碼執行后運行的主程序循環。它順次調用每一個管理功能，如果它們都處于空閑狀態的話就執行電源管理功能。

　　RS232收發器可以檢測出與PC的連接的存在，這用于防止eCOG1k在空閑時完全進入休眠狀態。此外，當eCOG1k休眠時，RS232到PC的連接可以將其喚醒，進入低功耗模式。低功耗模式將使用一個更快的CPU時鐘(2.5MHz，而不是16kHz)以便讓通信線的接口的響應可以令人接受。

　　長時間間隔定時器用來定期喚醒eCOG1k(間隔定義值可以從數秒一直到數天，目前是2分鐘)，這將讓狀態機執行周期性的任務。

　　調制解調器的管理

　　這包含了3個狀態機，分別用于控制調制解調器的電源和網絡注冊，GPRS調制解調器的管理以及SMS信息的發送。

　　GPS管理

　　這包含了兩種狀態機，用于控制GPS的電源，然后分析來自于GPS模塊的NMEA數據，以確定當前的位置。

　　數據記錄器管理

　　這包含了一個周期性處理，由系統的分鐘級定時器定期向數據記錄器區內存打印時間印記，并且包含了一個控制通過RS232接口來下載所存儲的數據的狀態機。

　　典型的功耗

　　該產品依靠單個鋰聚合物電池的單電源供電。該電源經過一個低壓降、低靜態電流線性穩壓器穩壓后，可以得到系統電源所需的3.3V。

　　空閑電流是eCOG1k電流(可以通過在休眠模式下降低時鐘速度的方法來進行降低)、SRAM和閃存待機電流(可以通過仔細地選擇這些器件來降低)、體電容的漏電流和電源靜態電流組成的。

　　這些是從測試系統的小樣品所獲得的近似典型值。這些數據僅描述eCOG1k處理器和內存內核系統的性能，排除了任何由主要的外接模塊(GPS模塊、GPS天線偏置和GPRS無線調制解調器)所消耗的電源電流。這特別適用于全速執行的情形，此時這些模塊很有可能被啟用而且接通電源。

　　結語

　　參考設計的GPS模塊和GPRS無線調制解調器都是用標準的NMEA接口和AT指令集來控制。所以很容易就能轉用其它供貨商的GPS模塊和GPRS無線調制解調器。

　　參考設計充分考慮到系統的未來擴展性，但亦可因應不同的需要而作出刪減。例如一個最簡單的Asset Tracker參考設計只需包含如下的硬件：

　　·eCOG1k低功耗微控制器(內部120B閃存信息區可以取代串行EEPROM)；

　　·Fastrax iTrax 0302 GPS模塊；

　　·Sony Ericsson GR47 GPRS無線調制解調器和SIM卡座；

　　·電池電源穩壓器。■