摘要

系統(tǒng)由防盜目標(biāo)終端和尋找指引終端兩部分組成，防盜目標(biāo)終端通過(guò)GPS信號(hào)接收器接收衛(wèi)星信號(hào)，F(xiàn)PGA通過(guò)DTE接口接受該位置信息并在gps模塊中提取出經(jīng)緯度信息，該信息在加密模塊中進(jìn)行加密然后又通過(guò)開發(fā)板上的DCE接口傳送給GSM模塊，GSM模塊將該息發(fā)送給尋找指引終端，尋找指引終端通過(guò)GSM模塊接收該信息，并對(duì)信息進(jìn)行解密，同時(shí)用與防盜目標(biāo)終端相同方式確定自身位置，并通過(guò)兩者各自的絕對(duì)位置計(jì)算出防盜目標(biāo)終端相對(duì)于尋找指引終端位置。當(dāng)裝有防盜目標(biāo)終端的物品丟失時(shí)，可通過(guò)尋找指引終端計(jì)算出的防盜目標(biāo)終端的相對(duì)位置并通過(guò)FPGA開發(fā)板上的LCD顯示給用戶，可以最大限度的幫助人們找回丟失的物品。

關(guān)鍵字

防盜定位追蹤系統(tǒng) FPGA GPS GSM

1.項(xiàng)目背景

1.1技術(shù)背景分析

GPS（ global Positioning System）即全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是一個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由美國(guó)國(guó)防部（DOD）投資建設(shè)，并免費(fèi)向全世界民間用戶開放。它是真正實(shí)現(xiàn)了全球、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)、以空中衛(wèi)星為基礎(chǔ)的高精度無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)。GPS由地面控制站、空間設(shè)備（SV）、GPS用戶接收機(jī)和地面通信網(wǎng)部分組成。要建立大型GPS綜合服務(wù)系統(tǒng)必須首先在較大范圍內(nèi)建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，通信網(wǎng)的好壞是這個(gè)系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。為這樣一個(gè)系統(tǒng)專門建立通信網(wǎng)在經(jīng)濟(jì)上有點(diǎn)得不償失。因此近幾年發(fā)展起來(lái)的價(jià)格合理、性能可靠的公用網(wǎng)（如GSM系統(tǒng)的短消息服務(wù)）成為最佳的選擇。隨著GPS技術(shù)的發(fā)展和電子、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，一些先進(jìn)國(guó)家的GPS應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普及，建立我國(guó)自己的GPS產(chǎn)業(yè)和GPS綜合服務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)成為電信、郵政、公安、銀行、交通等政府職能部門和企事業(yè)單位領(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)專家的共識(shí)。

1.2 社會(huì)需求背景分析

近年來(lái)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的日益活躍，人們物質(zhì)生活水平不斷提高，流動(dòng)人口越來(lái)越多，盜搶犯罪率成升高趨勢(shì)，給人們的的財(cái)產(chǎn)造成了重大損失與威脅。各地的治安任務(wù)也越來(lái)越重，為了保障人們財(cái)物的安全，并配合公安部門的接處警，GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)因?yàn)榭梢愿呔鹊赜行瓿蓪?duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)度，所以廣泛應(yīng)用于地面移動(dòng)目標(biāo)防盜搶。對(duì)于GPS，市場(chǎng)有著強(qiáng)烈的需求；對(duì)于GPS，市場(chǎng)孕育著巨大的商機(jī)。投資GPS項(xiàng)目功在社會(huì)，利在企業(yè)，該項(xiàng)目系統(tǒng)運(yùn)作和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)相吻合，取之于社會(huì)，服務(wù)于社會(huì)，市場(chǎng)廣闊，生命力強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，投資實(shí)施二項(xiàng)目具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。

1.3市場(chǎng)行業(yè)分析

GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到軍事定位，大型物品（如車輛）防盜等領(lǐng)域，這些高端GPS定位追蹤系統(tǒng)大都在7000以上價(jià)格昂貴。而且此類防盜系統(tǒng)應(yīng)用范圍狹窄，不便攜帶。因此，操作簡(jiǎn)單，攜帶方便，價(jià)格低廉的個(gè)人GPS防盜定位系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)生命力。

2系統(tǒng)方案

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)實(shí)施原則，是建立在對(duì)系統(tǒng)需達(dá)到的近遠(yuǎn)期目標(biāo)、系統(tǒng)的功能要求、團(tuán)隊(duì)人員的接受能力、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)和潮流等因素基礎(chǔ)上的。系統(tǒng)實(shí)施原則的確立將對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件和無(wú)線通信作方法起到指導(dǎo)作用?？紤]到以上眾多因素，本方案設(shè)計(jì)原則可扼要概括為：完備性、普適性、開放性、容錯(cuò)性、可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性七大原則。具體闡述如下：

2.1.1 普適性

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的普適性原則是指設(shè)計(jì)應(yīng)滿不同種類用戶，不同場(chǎng)合全方位的需要，覆蓋各種防盜定位需求，既適合汽車這類大型物品的防盜又適合小型貴重物品的防盜，同時(shí)本系統(tǒng)還可以放到人的身上用來(lái)進(jìn)行對(duì)人的追蹤，擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。

2.1.2 開放性

系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性，留有充分的二次開發(fā)接口，以便于未來(lái)的功能擴(kuò)充。

2.1.3 高效性

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮到硬件的開銷，合理利用硬件資源，提高運(yùn)算速度，是系統(tǒng)達(dá)到高效

2.1.4 容錯(cuò)性

容錯(cuò)性原則指充分考慮實(shí)際數(shù)據(jù)的各種復(fù)雜情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，使其都能夠處理。如gps收不到信號(hào)，收到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)等。

2.1.5 可靠性

保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定可靠，是一個(gè)系統(tǒng)最基本的要求。系統(tǒng)本身的質(zhì)量必須得到保證，數(shù)據(jù)正確性必須在提交給前進(jìn)行全面的測(cè)試。

2.1.6 安全性

安全性是指可靠性、保密性和數(shù)據(jù)一致性。，提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護(hù)，防止數(shù)據(jù)未經(jīng)授權(quán)的泄露和未被察覺的修改；具有相當(dāng)高的復(fù)雜性，使得破譯的開銷超過(guò)可能獲得的利益，同時(shí)又要便于理解和掌握。

2.1.7 經(jīng)濟(jì)性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮實(shí)際投產(chǎn)成本，力求少花錢、多辦事，能通過(guò)成本較低的軟件方案解決的不應(yīng)通過(guò)加大硬件投入解決，對(duì)現(xiàn)有投資考慮最大可能的保護(hù)。

2.2系統(tǒng)方案的選擇與論證

2.2.1基本方案論證

系統(tǒng)由防盜目標(biāo)終端和尋找指引終端兩部分組成，兩個(gè)終端均分別在Spartan-3E開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)，通過(guò)無(wú)線傳輸模塊通信，另外加上GPS信號(hào)接收器接收衛(wèi)星信號(hào)。

無(wú)線傳輸模塊方案選擇與論證

方案一 選擇cc2420模塊進(jìn)行通信

CC2420是Chipcon公司推出的一款符合IEEE 802.15.4規(guī)范的2.4GHz射頻芯片，用來(lái)開發(fā)業(yè)無(wú)線傳感及家庭組網(wǎng)等PAN網(wǎng)絡(luò)的ZigBee設(shè)備和產(chǎn)品。cc2420通信免費(fèi)，但通信距離短，室外傳輸距離只有300米左右，室內(nèi)傳輸距離只有幾十米，而本產(chǎn)品所使用的gps信號(hào)接收器定位誤差為50米，若使用CC2420則定位的范圍非常小，而在小范圍內(nèi)定位又不精確，從而使本產(chǎn)品的應(yīng)用范圍和應(yīng)用價(jià)值都大打折扣。

方案二 選擇GSM模塊進(jìn)行通信

GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)，俗稱全球通，是一種起源于歐洲的移動(dòng)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，是第二代移動(dòng)通信技術(shù)，其開發(fā)目的是讓全球各地可以共同使用一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶使用一部手機(jī)就能行遍全球。 GSM通信系統(tǒng)為了傳輸需的各種信令，設(shè)置了多種專門的控制信道。GSM通信隨收取一定費(fèi)用，但通信距離長(zhǎng)，死角少，可以實(shí)現(xiàn)全球通信，無(wú)論兩終端相距多遠(yuǎn)都可以通過(guò)GSM進(jìn)行通信。

2.2.2最終方案設(shè)計(jì)思想及框架示意圖

防盜目標(biāo)終端和尋找指引終端兩部分均分別在Spartan-3E開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)，利用GPS信號(hào)接收器接受信息，使用GSM模塊進(jìn)行傳輸。防盜目標(biāo)終端的FPGA開發(fā)板又包括三個(gè)模塊：UART模塊（實(shí)現(xiàn)DTE和DCE的串口通信），經(jīng)緯度提取模塊（提取出經(jīng)緯度信息），加密模塊（將經(jīng)緯度信息加密）。尋找指引終端的FPGA開發(fā)板包括UART模塊，經(jīng)緯度提取模塊，解密模塊（將傳入的信息解密），相對(duì)位置計(jì)算模塊（通過(guò)對(duì)自身經(jīng)緯度和防盜目標(biāo)終端經(jīng)緯度的計(jì)算得出防盜目標(biāo)終端相對(duì)于尋找指引終端的位置），和LCD顯示模塊（顯示防盜目標(biāo)終端的相對(duì)位置）。

系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2.3功能與指標(biāo)

1） 防盜功能：這是設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的最終目的。將防盜目標(biāo)終端放到貴重物品上當(dāng)物品丟失后，按下尋找指引終端上的按鍵后，可以在LCD液晶屏上看到防盜目標(biāo)終端相對(duì)于尋找指引終端的位置和方位，從而達(dá)到防盜的目的。

2) 定位功能：這是本系統(tǒng)的最基礎(chǔ)功能，它是實(shí)現(xiàn)防盜功能的一個(gè)步驟，但對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)確實(shí)是一個(gè)非常重要的功能，當(dāng)用戶按下尋找指引終端上的按鍵后可以在液晶屏上顯示自身經(jīng)緯度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)自身的的定位

3) 追蹤功能 ：這是本系統(tǒng)的擴(kuò)展功能。防盜目標(biāo)終端除了作為防盜器以外還可用作定位器，將防盜目標(biāo)終端放到需要追蹤的目標(biāo)上，通過(guò)尋找指引終端可以準(zhǔn)確的知道追蹤目標(biāo)的位置從而對(duì)追蹤目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。

指標(biāo)：本系統(tǒng)所產(chǎn)生的誤差主要是由GPS信號(hào)接收器導(dǎo)致，因?yàn)橄到y(tǒng)所使用的GPS信號(hào)接收器屬于較低端的信號(hào)接收器，信息誤差大約在50米左右，所以本系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)尋找指引終端對(duì)

防盜目標(biāo)終端的定位，相對(duì)距離誤差不超過(guò)100米，尋找指引終端對(duì)自身經(jīng)緯度進(jìn)行定位誤差不超過(guò)50米。

3 實(shí)現(xiàn)原理

3.1 系統(tǒng)原理

當(dāng)按下尋找指引終端上的按鍵時(shí)，尋找指引終端通過(guò)GSM模塊向防盜目標(biāo)終端發(fā)出請(qǐng)求信息，防盜目標(biāo)終端接收到該信息后，通過(guò)GPS信號(hào)接收器接收衛(wèi)星信號(hào)，F(xiàn)PGA通過(guò)DTE接口接受該信息并在gps模塊中提取出經(jīng)緯度信息，該信息在加密模塊中進(jìn)行加密然后又通過(guò)開發(fā)板上的DCE接口傳送給GSM模塊，GSM模塊將該息發(fā)送給尋找指引終端，尋找指引終端通過(guò)GSM模塊接收該信息，并在解密模塊中對(duì)信息進(jìn)行解密，同時(shí)用與防盜目標(biāo)終端相同方式確定自身位置，防盜目標(biāo)終端傳來(lái)的位置信息和尋找指引終端自身接受的位置信息一并傳入相對(duì)位置計(jì)算模塊。在相對(duì)位置計(jì)算中尋找指引終端計(jì)算出兩終端的相對(duì)位置以及防盜目標(biāo)終端相對(duì)于尋找指引終端的方位。

系統(tǒng)原理示意圖

3.2各模塊實(shí)現(xiàn)原理

3.2.1 UART模塊實(shí)現(xiàn)原理：

FPGA使用LVTTL或LVCMOS電平提供串行數(shù)據(jù)給Maxim 器件——用來(lái)電平轉(zhuǎn)換的，以滿足RS-232電壓的電平。反之，Maxim 器件轉(zhuǎn)換相應(yīng)的LVTTL電平以滿足RS-232串行輸入數(shù)據(jù)給FGPA。在Maxim與FPGA的RXD管腳之間串聯(lián)一個(gè)電阻，以保護(hù)外部邏輯干擾。

連接器不支持硬件流控制。DCD、DTR和DSR信號(hào)連接一起，同樣，端口的RTS和CTS信號(hào)連接在一起。

本系統(tǒng)的UART模塊是在EDK 10.1環(huán)境中開發(fā)完成，利用了開發(fā)環(huán)境所提供的uartns550_v1_00_b驅(qū)動(dòng)程序，該驅(qū)動(dòng)提供了發(fā)送函數(shù)void XuartNs550 SendByte (Xuint32 BaseAddress, Xuint8 Data)和接收函數(shù)unsigned int XuartNs550 RecvByte(Xuint32 BaseAddress)。從而使程序可以通過(guò)Uart每次發(fā)送接收一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

3.2.2 GPS模塊原理

GPS 定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置。GPS 接口：在UP-NETARM2410-S 平臺(tái)上所選配的GPS 模塊是GPS15L/H。

接口特性如下：RS-232 輸出，可輸入RS232 或者具有RS-232 極性的TTL 電平?？蛇x的波

串口輸出協(xié)議：輸出NEMA0183 格式的ASCII 碼語(yǔ)句，輸出：GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG（NMEA 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)句）；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRM（GARMIN 定義的語(yǔ)句）。

還可將串口設(shè)置為輸出包括GPS 載波相位數(shù)據(jù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。輸入：初始位置、時(shí)間、秒脈沖狀態(tài)、差分模式、NMEA 輸出間隔等設(shè)置信息。

在缺省的狀態(tài)下，GPS 模塊輸出數(shù)據(jù)的波特率為4800，輸出信息包括：GPRMC、GPGGA、GPGSA、GPGSV、PGRME 等，每秒鐘定時(shí)輸出;

3.2.3 經(jīng)緯度提取模塊原理

如果設(shè)備和衛(wèi)星的通訊正常的話，可以接收到的數(shù)據(jù)格式樣如下：
$GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E

數(shù)據(jù)說(shuō)明如下：
$GPRMC 代表GPS推薦的最短數(shù)據(jù)
204700 UTC_TIME 24小時(shí)制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，按照小時(shí)/分鐘/秒的格式
A表示數(shù)據(jù)OK，V表示一個(gè)警告
3403.868 LAT 緯度值，精確到小數(shù)點(diǎn)前4位，后3位 N LAT_DIR N表示北緯，S表示南緯
11709.432 LON 經(jīng)度值，精確到小數(shù)點(diǎn)前5位，后3位 W LON_DIR W表示西經(jīng)，E表示東經(jīng)

如果當(dāng)前沒有和衛(wèi)星取得聯(lián)系，那么字符串的格式為： $GPRMC,UTC_TIME,V,...

下面是一個(gè)例子： 　$GPRMC,204149,V,,,,,,,170698,,*3A

在接收進(jìn)程receive 中收到“n”之后，表示收到一條完整的信息。系統(tǒng)在void gps_parse (GPS_INFO *GPS) 方法中進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析，在此方法中程序首先檢查接收到的信號(hào)是GPRMC信號(hào)還是GPGGA信號(hào)，然后依次提取小時(shí)，分，秒，日， 月，年的值，接著根據(jù)“，”提取gps信號(hào)接收器的狀態(tài)（A/V），以及經(jīng)度，緯度。gps信號(hào)中的經(jīng)度緯度是字符串類型，需要轉(zhuǎn)化為double類型。

3.2.4 GSM模塊實(shí)現(xiàn)原理

GSM（Global System of Mobile communication）是一種無(wú)線數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范。它定義了建設(shè)該網(wǎng)絡(luò)及提供服務(wù)的各種標(biāo)準(zhǔn)。SMS（Short Message Service，短信息服務(wù)）屬于GSM第一階段的標(biāo)準(zhǔn)。短信息業(yè)務(wù)按其實(shí)現(xiàn)的方式可分為點(diǎn)到點(diǎn)短信息業(yè)務(wù)和小區(qū)廣播短信息業(yè)務(wù)。本系統(tǒng)利用了點(diǎn)到點(diǎn)短信息業(yè)務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)兩終端間的通信。其實(shí)現(xiàn)的硬件基礎(chǔ)主要是兩個(gè)GSM集成電路板模塊及兩篇SIM卡。兩個(gè)GSM模塊分別通過(guò)Spartan-3E板上的RS-232串口（在本作品中使用DCE RS-232串口）與FPGA進(jìn)行通信。

實(shí)現(xiàn)的軟件基礎(chǔ)可分為GSM控制程序與AT命令集。下面分別對(duì)這兩部分進(jìn)行闡述。

GSM控制程序最基本的實(shí)現(xiàn)原理是通過(guò)XUartNs550_RecvByte與XUartNs550_SendByte函數(shù)對(duì)串口進(jìn)行操作。兩個(gè)函數(shù)的API分別為 Xuint8 XUartNs550_RecvByte ( Xuint32 BaseAddress )， void XUartNs550_SendByte uint32 BaseAddress,Xuint8 Data)。其中BaseAddress為串口的基地址，編寫程序時(shí)可使用RS-232 DCE的基地址（在xparameter.h中定義），這樣XUartNs550_RecvByte會(huì)返回從DCE收到的數(shù)據(jù)，而XUartNs550_SendByte就會(huì)向DCE串口發(fā)送Data中的數(shù)據(jù)。并且這兩個(gè)函數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)的接受與發(fā)送都是阻塞的，即XUartNs550_RecvByte執(zhí)行后會(huì)阻塞直到數(shù)據(jù)被接收到，XUartNs550_SendByte執(zhí)行后會(huì)阻塞直到數(shù)據(jù)被發(fā)送到串口的數(shù)據(jù)寄存器中。因此該阻塞機(jī)制確保了發(fā)送與接受的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。綜上所述，通過(guò)使用這兩個(gè)基本的串口通信函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了FPGA對(duì)GSM模塊的控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)短信息的接收與發(fā)送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了防盜目標(biāo)終端和尋找指引終端之間的通信。

AT命令是被廣泛采用的調(diào)制解調(diào)器命令語(yǔ)言，它實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)或終端與調(diào)制解調(diào)器的通訊，提供了計(jì)算機(jī)或終端對(duì)調(diào)制解調(diào)器的控制接口。在GSM模塊的應(yīng)用中，AT命令實(shí)現(xiàn)了對(duì)GSM大多數(shù)的操作控制，例如atd命令用以實(shí)現(xiàn)呼叫命令，at+cmgs命令用于短信的發(fā)送，at+cmgr命令可以實(shí)現(xiàn)短信息的讀取等。當(dāng)FPGA需要對(duì)GSM進(jìn)行控制時(shí)，只需向DCE串口發(fā)送相應(yīng)的命令。因此短信息發(fā)送函數(shù)的實(shí)現(xiàn)為通過(guò)XUartNs550_SendByte函數(shù)向GSM發(fā)送”at+cmgs=SIM號(hào)碼”+信息內(nèi)容。以此類推，可以實(shí)現(xiàn)短信息接收函數(shù)和短信息分析函數(shù)等基本函數(shù)及程序模塊。

3.2.5加密解密模塊實(shí)現(xiàn)原理

本系統(tǒng)采用DES加密算法，DES(Data Encryption Standard)滿足了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局欲達(dá)到的4個(gè)目的:提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保護(hù)，防止數(shù)據(jù)未經(jīng)授權(quán)的泄露和未被察覺的修改；具有相當(dāng)高的復(fù)雜性，使得破譯的開銷超過(guò)可能獲得的利益，同時(shí)又要便于理解和掌握；DES算法把64位的明文輸入塊變?yōu)?4位的密文輸出塊，它所使用的密鑰也是64位，首先，DES把輸入的64位數(shù)據(jù)塊按位重新組合，并把輸出分為L(zhǎng)0、R0兩部分，每部分各長(zhǎng)32位，并進(jìn)行前后置換（輸入的第58位換到第一位，第50位換到第2位，依此類推，最后一位是原來(lái)的第7位），最終由L0輸出左32位，R0輸出右32位，根據(jù)這個(gè)法則經(jīng)過(guò)16次迭代運(yùn)算后，得到L16、R16，將此作為輸入，進(jìn)行與初始置換相反的逆置換，即得到密文輸出。 DES算法的入口參數(shù)有三個(gè)：Key、Data、Mode。其中Key為8個(gè)字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰；Data也為8個(gè)字節(jié)64位，是要被加密或被解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式，有兩種：加密或解密，如果Mode為加密，則用Key去把數(shù)據(jù)Data進(jìn)行加密，生成Data的密碼形式作為DES的輸出結(jié)果；如Mode為解密，則用Key去把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式作為DES的輸出結(jié)果。在使用DES時(shí)，雙方預(yù)先約定使用的”密碼”即Key，然后用Key去加密數(shù)據(jù)；接收方得到密文后使用同樣的Key解密得到原數(shù)據(jù)，這樣便實(shí)現(xiàn)了安全性較高的數(shù)據(jù)傳輸。加密模塊是本系統(tǒng)的特色，對(duì)通信的信息進(jìn)行加密可以保證通信信息的安全，即使信息被第三方獲得也不會(huì)得知防盜目標(biāo)終端的位置。

3.2.6相對(duì)位置計(jì)算模塊原理

相對(duì)位置計(jì)算模塊可以計(jì)算A，B兩點(diǎn)的相對(duì)距離以及B相對(duì)于A的方位。相對(duì)位置計(jì)算模塊的入口參數(shù)有五個(gè)：A點(diǎn)的經(jīng)度，A點(diǎn)的緯度，B點(diǎn)的經(jīng)度，B點(diǎn)的緯度，A B兩點(diǎn)距離變量的指針，B相對(duì)于A的方向變量的指針，B相對(duì)于A角度的指針。程序?qū)⒌厍蚪瓶醋鍪且粋€(gè)橢球體，根據(jù)赤道半徑，極半徑，A點(diǎn)經(jīng)度求得A所在經(jīng)線圈的半徑R1，用R1乘以A B兩點(diǎn)的緯度的弧度差就是A點(diǎn)所在緯線圈到B點(diǎn)所在緯線圈的距離d1。同理可求得A點(diǎn)所在經(jīng)線圈到B點(diǎn)所在經(jīng)線圈的距離d2。A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離等于的d1與d2平方和的開平方。 返回的方向有四種：北偏東，北偏西，南偏東，南偏西，角度介于0到90之間。角度大小等于d1除以d2的商的反正切。

3.2.7 LCD顯示模塊原理

本系統(tǒng)所使用的LCD是FPGA自帶的2線16字符液晶顯示器LCD。盡管LCD支持8位的數(shù)據(jù)接口，為了與其它的XILINX的開發(fā)板保持兼容并且盡可能減少針腳數(shù)，F(xiàn)PGA僅通過(guò)4位的數(shù)據(jù)接口線控制LCD，如圖所示SF_D[11:8]對(duì)應(yīng)于4位數(shù)據(jù)。LCD_E為使能信號(hào)LCD_RS為寄存器選擇信號(hào)，當(dāng)LCD_RS為0時(shí)，表示寫入的是指令，當(dāng)LCD_RS為1時(shí)，表示寫入的是數(shù)據(jù)。LCD_RW為讀寫控制信號(hào)，當(dāng)LCD_RW為0時(shí)，表示是寫數(shù)據(jù)，即LCD接收數(shù)據(jù)，當(dāng)LCD_RW為1時(shí)，表示是讀數(shù)據(jù)，即LCD輸出數(shù)據(jù)。

每個(gè)8位數(shù)據(jù)的傳輸必須被分解為兩次4位傳輸，間隔至少1us。先傳高4位，再傳低4位。每?jī)蓚€(gè)字節(jié)之間至少要間隔40us。

本系統(tǒng)使用的LCDIP核分為兩部分——硬件部分和軟件部分。硬件部分用VHDL實(shí)現(xiàn)LCD時(shí)序，管腳連接，時(shí)序仿真 軟件部分用C語(yǔ)言進(jìn)行驗(yàn)證，向寄存器中送入數(shù)據(jù)。完成LCD顯示功能。硬件與軟件是通過(guò)VHDL程序中寄存器的基地址來(lái)聯(lián)系起來(lái)的。在本設(shè)計(jì)中，選擇了兩個(gè)32位寄存器，即slv_reg0和slv_reg1。寄存器的基地址是在制作LCD IP核的過(guò)程中定義的。所編寫C語(yǔ)言程序需要包括對(duì)LCD的初始化命令，字符或字符串的顯示命令和延時(shí)程序，并且可以設(shè)置所要顯示的字符的首地址。初始化命令具體如下:

(1)功能設(shè)置命令，寫入0x28。配制對(duì)顯示屏的操作。

(2)輸入方式命令，寫入0x06。設(shè)置地址指針自動(dòng)加1。

(3)顯示開關(guān)控制命令，寫入0x0C。打開顯示屏。

(4)初始地址命令。

(5)清屏命令。

時(shí)鐘頻率設(shè)為1us。

在user logic中定義了四個(gè)輸出端口，LCD_E,LCD_RS,LCD_RW,lcddata_out[7:4]

選擇兩個(gè)32位的寄存器，slv_reg0和slv_reg1。Slv_reg0作為字節(jié)的傳輸，不論是指令字節(jié)還是數(shù)據(jù)字節(jié)都送入slv_reg0。而slv_reg1中選擇后三位作為發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志位和指令或是數(shù)據(jù)的選擇位。具體如下：

定義slv_reg1的第29位即slv_reg(29)為發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志位，即當(dāng)slv_reg(29)為1時(shí)，表示數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好，可以傳輸。slv_reg1的第30，31位為判別輸入的是數(shù)據(jù)還是指令的標(biāo)志位。當(dāng)slv_reg(30 to 31)為01時(shí)，表示寫入的數(shù)據(jù)為指令數(shù)據(jù)，當(dāng)slv_reg(30 to 31)為10時(shí)，表示寫入的數(shù)據(jù)為要顯示的數(shù)據(jù)。

當(dāng)向slv_reg1寫入控制數(shù)據(jù)后，slv_reg0中的32位數(shù)據(jù)中的低8位就將按照所編寫的LCD時(shí)序進(jìn)行操作。送入LCD進(jìn)行顯示

3.3硬件框圖

本系統(tǒng)采用了MicroBlaze_0核，MicroBlaze與BRAM的連接采用了LMB方式，與外圍設(shè)備的連接采用了OPB總線方式其硬件結(jié)構(gòu)圖如下（其中只列出了與本系統(tǒng)有關(guān)的硬件結(jié)構(gòu)塊，省去了一些細(xì)節(jié)）：

MicroBlaze_0

MicroBlaze_0是基于Spartan-3E的微處理器IP核, MicroBlaze_0處理器采用RISC架構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)的32位指令和數(shù)據(jù)總線。在本系統(tǒng)中，MicroBlaze是本系統(tǒng)中運(yùn)算與控制的核心，它可以全速執(zhí)行存儲(chǔ)在片上存儲(chǔ)器和外部存儲(chǔ)器中的程序，并訪問(wèn)其中的數(shù)據(jù)。為了提高性能，MicroBlaze中設(shè)指令緩存和數(shù)據(jù)緩存。

MicroBlaze通過(guò)LMB與BRAM相連，通過(guò)dlmb對(duì)BRAM進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，通過(guò)ilmb從BRAM中讀取指令。MicroBlaze_0通過(guò)OPB來(lái)訪問(wèn)低速和低性能的系統(tǒng)資源，如LED，16M×8Flash，RS23_DTE，LCD等。下面再對(duì)這LMB和OPB兩種總線加以介紹。

LMB

LMB（Local Memory Bus，局部存儲(chǔ)總線，如圖中dlmb與ilmb）是MicroBlaze與BRAM之間的信息傳送線，分為dlmb（數(shù)據(jù)局部存儲(chǔ)總線）和ilmb（指令局部存儲(chǔ)總線），兩種總線寬度均為32位。dlmb用于MicroBlaze從BRAM中讀寫數(shù)據(jù)，ilmb傳送MicroBlaze從BRAM中讀取的指令。

OPB

OPB(On-chip Peripheral Bus,片上外設(shè)總線)提供了MicroBlaze與低速外接設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通路。OPB是一種完全同步總線， 它的功能處于一個(gè)單獨(dú)的總線層級(jí)。它不是直接連接到處理器內(nèi)核的。OPB接口提供分離的32 位地址總線和32位數(shù)據(jù)總線。處理器內(nèi)核可以借助“PLB to OPB”橋，通過(guò)OPB訪問(wèn)從外設(shè)。作為OPB總線控制器的外設(shè)可以借助“OPB to PLB”橋，通過(guò)PLB訪問(wèn)存儲(chǔ)器。

OPB上掛接了各種類型的外設(shè)。在本系統(tǒng)中，OPB上掛接的外設(shè)有Spartan-3E開發(fā)板上的Buttons_4Bit,DDR_SDRAM_16Mx16,DIP_Switches_4Bit,Flash_16Mx8,LEDs_8Bit,RS232_DTE,RS232_DCE,LCD,OPB_Timer。

BRAM

BRAM(Block Random Access Memory,塊隨機(jī)存儲(chǔ)器)用于存放MicroBlaze核要運(yùn)行的程序指令以及需要處理的數(shù)據(jù)或中間結(jié)果等。

BRAM通過(guò)LMB接口與LMB相連，進(jìn)而與處理器相連。ilmb_cntlr為指令局部存儲(chǔ)總線控制器，BRAM通過(guò)PORTA與ilmb_cntlr相連，ilmb_cntlr負(fù)責(zé)控制指令數(shù)據(jù)在LMB總線上的傳送；dlmb_cntlr為數(shù)據(jù)局部存儲(chǔ)總線控制器，BRAM通過(guò)PORTB與dlmb_cntlr相連，dlmb_cntlr負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)在LMB總線上的傳送。

Buttons_4Bit

Spartan-3E開發(fā)板上的4個(gè)瞬時(shí)按鈕開關(guān)BTN_NORTH、BTN_EAST、BTN_SOUTH和 BTN_WEST及1個(gè)Rotary Push-Button Switch（旋轉(zhuǎn)按鈕）中使用了BTN_SOUTH和旋轉(zhuǎn)按鈕用于用戶輸入。其中BTN_SOUTH為復(fù)位鍵以重新執(zhí)行程序，旋轉(zhuǎn)按鈕用于接收用戶的追蹤定位請(qǐng)求。其對(duì)應(yīng)的引腳約束如下：

Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin0> LOC=D18 | PULLDOWN;

Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin1> LOC=H13 | PULLDOWN;

Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin2> LOC=V4 | PULLDOWN;

Net fpga_0_Buttons_4Bit_GPIO_in_pin3> LOC=V16 | PULLDOWN;

Flash_16Mx8

本系統(tǒng)采用了Intel Strata Flash Parallel NOR Flash PROM來(lái)存放需要運(yùn)行的程序。由于需要FPGA啟動(dòng)后自動(dòng)加載程序并運(yùn)行程序，所以需要把程序存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中。在本系統(tǒng)中選用16Mx8bit Flash存放程序（.elf文件）。FPGA啟動(dòng)時(shí)，存放在Flash中的FPGA配置信息與應(yīng)用軟件程序通過(guò)OPB總線自動(dòng)加載到FPGA運(yùn)行。其引腳約束較為復(fù)雜，在此只列出其控制引腳的約束語(yǔ)句：

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_OEN_pin LOC=c18;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_OEN_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_WEN_pin LOC=d17;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_WEN_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_CEN_pin0> LOC=d16;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_Mem_CEN_pin0> IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_emc_ben_gnd_pin LOC=c17;

Net fpga_0_FLASH_16Mx8_emc_ben_gnd_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Uart16550

本系統(tǒng)使用RS232-DTE與GPS模塊連接，比特率為4800，對(duì)GPS數(shù)據(jù)的接收采用輪詢方式；RS232-DCE與GSM模塊連接，比特率為115200，對(duì)GSM信息的接收也采用輪詢方式。MicroBlaze一次只對(duì)32位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而DTE與DCE每次只串行傳送一位數(shù)據(jù)，而OPB16550串口實(shí)現(xiàn)了串行數(shù)據(jù)與并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，Uart16550與系統(tǒng)總線的連接模式如下圖：

引腳約束為：

Net fpga_0_RS232_DCE_sin_pin LOC=R7;

Net fpga_0_RS232_DCE_sin_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net fpga_0_RS232_DCE_sout_pin LOC=M14;

Net fpga_0_RS232_DCE_sout_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net fpga_0_RS232_DTE_sin_pin LOC=U8;

Net fpga_0_RS232_DTE_sin_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net fpga_0_RS232_DTE_sout_pin LOC=M13;

Net fpga_0_RS232_DTE_sout_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

LCD

Spartan-3E開發(fā)板上有2線16字符液晶顯示器LCD。FPGA僅通過(guò)4位的數(shù)據(jù)接口線控制LCD。并且4根LCD數(shù)據(jù)線與StrataFlash 數(shù)據(jù)線復(fù)用。當(dāng)存儲(chǔ)器失能時(shí)（SF_CE0=1）,FPGA用作全讀/寫通道給LCD。相反，當(dāng)LCD讀失能時(shí)（LCD_RW=0）,FPGA用作全讀/寫通道給存儲(chǔ)器。所以在對(duì)LCD進(jìn)行控制時(shí)，首先是通過(guò)總線將LCD使能信號(hào)SF_CE0置低。對(duì)LCD的軟件控制流程在上文中已有敘述，在此只列出其引腳約束：

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin7> LOC=M15;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin7> IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin6> LOC=P17;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin6> IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin5> LOC=R16;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin5> IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin4> LOC=R15;

Net lcdtest_0_lcddata_out_W_pin4> IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net lcdtest_0_LCD_E_W_pin LOC= M18;

Net lcdtest_0_LCD_E_W_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net lcdtest_0_LCD_RS_W_pin LOC=L18;

Net lcdtest_0_LCD_RS_W_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

Net lcdtest_0_LCD_RW_W_pin LOC=L17;

Net lcdtest_0_LCD_RW_W_pin IOSTANDARD = LVCMOS33;

3.4軟件流程

防盜定位終端軟件流程圖

防盜定位終端軟件流程說(shuō)明：當(dāng)防盜定位終端通電時(shí)，該終端首先檢測(cè)是否有尋找指引終端發(fā)來(lái)的信號(hào)如果沒有則繼續(xù)檢測(cè)，如果有則進(jìn)入下一步。在下一步中終端接收GPS信號(hào)接收器發(fā)來(lái)的信號(hào)，并提取出其中信息，然后判斷信息是否有效，如果無(wú)效則繼續(xù)接收，如果有效則進(jìn)行下一步。在下一步中系統(tǒng)對(duì)提取出來(lái)的經(jīng)緯度信息進(jìn)行加密，然后將信息進(jìn)行發(fā)送給尋找指引終端，發(fā)送完成后重復(fù)上述步驟，繼續(xù)檢測(cè)是否有尋找指引終端發(fā)來(lái)的信號(hào)。

尋找指引終端軟件流程圖

尋找指引終端軟件流程說(shuō)明：當(dāng)尋找指引終端通電時(shí)，該終端首先檢測(cè)啟動(dòng)鍵是否被按下如果沒有被按下則繼續(xù)檢測(cè)，如果檢測(cè)到則進(jìn)入下一步。在下一步中終端接收GPS信號(hào)接收器發(fā)來(lái)的信號(hào)，并提取出其中信息，然后判斷信息是否有效，如果無(wú)效則繼續(xù)接收，如果有效則向前進(jìn)行。在下一步中尋找指引終端向防盜目標(biāo)終端發(fā)送探測(cè)請(qǐng)求信號(hào)并監(jiān)聽是否收到回應(yīng)，如果沒有收到則繼續(xù)監(jiān)聽，如果收到則進(jìn)行下一步解密數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)解密完成后進(jìn)入相對(duì)位置計(jì)算模塊計(jì)算相對(duì)位置，計(jì)算出的數(shù)據(jù)被送到LCD模塊在LCD上顯示出需要的信息。顯示完成后重復(fù)上述步驟，繼續(xù)檢測(cè)啟動(dòng)鍵是否被按下。

4系統(tǒng)測(cè)試

利用本系統(tǒng)利用GPS和GSM技術(shù)在fpga開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)了追蹤和定位的功能，為了檢測(cè)系統(tǒng)的的功能并找出其中的不足，我們制定了詳細(xì)的測(cè)試方案對(duì)不同環(huán)境下系統(tǒng)的性能以及系統(tǒng)的容錯(cuò)性進(jìn)行了測(cè)試，根據(jù)測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)的性能作出了客觀的評(píng)價(jià)，突出展現(xiàn)了系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也找出了系統(tǒng)的不足。

注：室內(nèi)室外指gps天線的位置

4.1系統(tǒng)自測(cè)試計(jì)劃

4.1.1測(cè)試目標(biāo)

在兩周的時(shí)間里，針對(duì)系統(tǒng)的定位功能和追蹤功能做出測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)是否圓滿實(shí)現(xiàn)要求的功能，是否具有較好的容錯(cuò)性，并進(jìn)一步通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)在不同自然條件下（室內(nèi)室外，晴天雷雨）的性能作出評(píng)價(jià)。

4.1.2測(cè)試對(duì)象

在定位功能測(cè)試中將對(duì)尋找指引終進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件包括天氣（晴天 雷雨）位置（室內(nèi) 室外）；在追蹤功能測(cè)試中將對(duì)防盜目標(biāo)終端和尋找指引終端進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件包括天氣（晴天 雷雨），位置（室內(nèi) 室外）以及特殊情況進(jìn)行測(cè)試。

4.1.3測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

定位功能指標(biāo)：尋找指引終端對(duì)自身經(jīng)緯度進(jìn)行定位誤差不超過(guò)50米。

追蹤功能指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)尋找指引終端對(duì)防盜目標(biāo)終端的定位，相對(duì)距離誤差不超過(guò)100米追蹤功能指標(biāo)

4.1.3測(cè)試工作量估計(jì)

小組全體成員集中工作兩周，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的測(cè)試。

4.2系統(tǒng)自測(cè)試方案

4.2.1定位功能測(cè)試

測(cè)試設(shè)備：尋找指引終，220V交流電。

測(cè)試用例1（晴天 室外）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），天氣晴_­

測(cè)試過(guò)程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到窗外，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差，重復(fù)進(jìn)行多次，統(tǒng)計(jì)收到的數(shù)據(jù)。

測(cè)試用例2（雷雨 室外 ）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），雷雨

測(cè)試過(guò)程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到窗外，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差，重復(fù)進(jìn)行多次，統(tǒng)計(jì)收到的數(shù)據(jù)。

測(cè)試用例3（晴天 室內(nèi)）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），雷雨

測(cè)試過(guò)程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到室內(nèi)，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差，重復(fù)進(jìn)行多次，統(tǒng)計(jì)收到的數(shù)據(jù)。

測(cè)試用例4（雷雨 室外）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），雷雨

測(cè)試過(guò)程：將尋找指引終端各部件連接好，將gps的天線放到室內(nèi)，打開電源，按一下終端上的定位鍵，觀察尋找指引終端的液晶屏上所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差，重復(fù)進(jìn)行多次，統(tǒng)計(jì)收到的數(shù)據(jù)。

4.2.2 追蹤功能測(cè)試

測(cè)試設(shè)備：尋找指引終端，防盜目標(biāo)終端，220V交流電

測(cè)試用例1（室外 晴天）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），東新校區(qū)（36^o 40ˊ19.91〞N, 117^o 03ˊ30.58〞E），天氣晴

測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端帶到東新校區(qū)連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差。

測(cè)試用例2（室外 晴天）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），2號(hào)宿舍樓（36^o 40ˊ01.58〞N, 117^o 08ˊ04.48〞E），天氣晴

測(cè)試過(guò)程：測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端帶到本校區(qū)的2號(hào)宿舍樓連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差。

測(cè)試用例3（室外 晴天）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心東五實(shí)驗(yàn)室（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），高性能計(jì)算機(jī)中心東三實(shí)驗(yàn)室（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.57〞E），天氣晴

測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端帶到高性能計(jì)算機(jī)中心東三實(shí)驗(yàn)室連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心東五實(shí)驗(yàn)室，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差。

測(cè)試用例4（室外 雷雨）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），東新校區(qū)（36^o 40ˊ19.91〞N, 117^o 03ˊ30.58〞E），雷雨

測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端帶到東新校區(qū)連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差。

測(cè)試用例5（室外 雷雨）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），2號(hào)宿舍樓（36^o 40ˊ01.58〞N, 117^o 08ˊ04.48〞E），雷雨

測(cè)試過(guò)程：測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端帶到本校區(qū)的2號(hào)宿舍樓連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差。

測(cè)試用例6（室外 雷雨）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心東五實(shí)驗(yàn)室（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E），高性能計(jì)算機(jī)中心東三實(shí)驗(yàn)室（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.57〞E），雷雨

測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端帶到高性能計(jì)算機(jī)中心東三實(shí)驗(yàn)室連接好各部件，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心東五實(shí)驗(yàn)室，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算系統(tǒng)的誤差。

測(cè)試用例7 （防盜目標(biāo)終端終端無(wú)信號(hào)）

測(cè)試環(huán)境：高性能計(jì)算機(jī)中心東五實(shí)驗(yàn)室（36^o 39ˊ57.19〞N, 117^o 07ˊ57.64〞E）

測(cè)試過(guò)程:將防盜目標(biāo)終端放到無(wú)信號(hào)區(qū)，打開電源；將尋找指引終端放在高性能計(jì)算機(jī)中心，打開電源，按下尋找鍵，觀察并記錄尋找指引終端的液晶顯示屏所顯示的信息，再將防盜目標(biāo)終端放到有信號(hào)區(qū)觀察顯示屏所顯示的信息。

4.3系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

4.3.1定位功能測(cè)試結(jié)果

測(cè)試用例1

實(shí)際經(jīng)度：117^o 07ˊ57.64〞E ≈117.1326778^o

測(cè)量經(jīng)度：117. 13261^o

經(jīng)度誤差：0.00006 ^o

實(shí)際緯度： 36^o 39ˊ57.19〞N≈36.6658861^o

測(cè)量緯度： 36.6658317^o

緯度誤差：0.00005 ^o

測(cè)試用例2

實(shí)際經(jīng)度：117^o 07ˊ57.64〞E≈117.1326778^o

測(cè)量經(jīng)度：117. 132623 ^o

經(jīng)度誤差：0.0005 ^o

實(shí)際緯度：36^o 39ˊ57.19〞N≈36.6658861^o

測(cè)量緯度：36.6658324^o

緯度誤差：0.00005

測(cè)試用例3

實(shí)際經(jīng)度：117^o 07ˊ57.64〞E

測(cè)量經(jīng)度： 無(wú)信號(hào)

經(jīng)度誤差：

實(shí)際緯度：36^o 39ˊ57.19〞N

測(cè)量緯度： 無(wú)信號(hào)

緯度誤差：

測(cè)試用例4

實(shí)際經(jīng)度：117^o 07ˊ57.64〞E

測(cè)量經(jīng)度：無(wú)信號(hào)

經(jīng)度誤差：

實(shí)際緯度：36^o 39ˊ57.19〞N

測(cè)量緯度： 無(wú)信號(hào)

緯度誤差：

4.3.2 追蹤功能測(cè)試結(jié)果

測(cè)試用例1

實(shí)際距離：約7.8km

實(shí)際方位： 南偏西75 ^o

計(jì)算距離：7812m

計(jì)算方位：南偏西 75.9 ^o

距離誤差：12m

角度誤差：0.9 ^o

測(cè)試用例2

實(shí)際距離：約755米

實(shí)際方位：南偏東約60 ^o

計(jì)算距離： 765.8米

計(jì)算方位：南偏東57.3 ^o

距離誤差：10.8米

角度誤差：2.7 ^o

測(cè)試用例3

實(shí)際距離：約20m

實(shí)際方位：正東

計(jì)算距離：14.6m

計(jì)算方位：南偏東81.2 ^o

距離誤差：5.4

角度誤差：8.8 ^o

測(cè)試用例4

實(shí)際距離：約7.8km

實(shí)際方位： 南偏西75 ^o

計(jì)算距離：7836m

計(jì)算方位：南偏西 73.6 ^o

距離誤差：36m

角度誤差：1.4 ^o

測(cè)試用例5

實(shí)際距離：約755米

實(shí)際方位：南偏東約60 ^o

計(jì)算距離： 623.5米

計(jì)算方位：南偏東54.3 ^o

距離誤差：24.5米

角度誤差：5.7 ^o

測(cè)試用例6

實(shí)際距離：約20m

實(shí)際方位：正東

計(jì)算距離：14.6m

計(jì)算方位：南偏東81.2 ^o

距離誤差：5.4

角度誤差：8.8 ^o

測(cè)試用例7

按下尋找指引終端的定位鍵后，若防盜目標(biāo)終端處于gps無(wú)信號(hào)區(qū)，則尋找指引終端顯示屏上沒有反應(yīng)，一旦防盜目標(biāo)終端處于gps有信號(hào)區(qū)，則防盜目標(biāo)終端立即向?qū)ふ抑敢K端發(fā)出信號(hào)，尋找指引終端上顯示出位置信息。

4.4測(cè)試數(shù)據(jù)分析

4.4.1定位功能測(cè)試數(shù)據(jù)分析

由于測(cè)試數(shù)據(jù)可知本系統(tǒng)受天氣情況影響較小，在室外無(wú)論晴天雨天均可進(jìn)行精確定位，但因?yàn)間ps信號(hào)在屋內(nèi)較弱，所以gps信號(hào)接收器在屋內(nèi)可能接受不到信號(hào)，從未導(dǎo)致無(wú)法定位，這也是本系統(tǒng)的最大不足。

4.4.2 追蹤功能測(cè)試數(shù)據(jù)分析

本系統(tǒng)采用gps和gsm受天氣等自然因素影響較小，所以無(wú)論是在晴天還是下雨天都能夠?qū)崿F(xiàn)尋找指引終端對(duì)防盜目標(biāo)終端的精確定位。因使用的gps定位系統(tǒng)質(zhì)量較差，當(dāng)兩終端相距較近時(shí)相對(duì)誤差過(guò)大。但此情況下已沒有必要通過(guò)本系統(tǒng)尋找防盜目標(biāo)終端，可直接通過(guò)肉眼觀察找到。

5特色

1. 信息安全性高，這是本作品的一大特色。當(dāng)前市場(chǎng)上的防盜定位產(chǎn)品，多沒有對(duì)待追蹤的物品的經(jīng)緯度信息進(jìn)行加密，這樣信息如果被第三方截獲，物品的安全很可能受到威脅。而本作品在很大程度上彌補(bǔ)了這一缺陷。第一，對(duì)傳輸?shù)慕?jīng)緯度信息將其加密后傳輸，防止物品的位置信息被第三方截獲并被惡意修改或利用；第二，GSM通信本身就有很好的防盜拷能力，在對(duì)信息加密的基礎(chǔ)上，利用GSM通信的這一特點(diǎn)進(jìn)一步保證了信息的安全性。
2. 定位精度較高。本作品的GPS使用了我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其定位精度達(dá)到了12m左右，在某些場(chǎng)合下甚至達(dá)到了5-10m。對(duì)這一點(diǎn)我們也對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其經(jīng)緯度數(shù)據(jù)的精確度均達(dá)到了0.0001’,以地球半徑為6378km進(jìn)行簡(jiǎn)單的推算，其水平定位精度約為10m。上述的定位精確度足以達(dá)到對(duì)丟失物品的定位與尋找。
3. 受天氣等外在因素的影響小。這是由GPS和GSM的特點(diǎn)決定的。首先GPS信號(hào)不會(huì)受到濃厚云層、大霧、下雨和下雪等不良天氣的影響，GPS信號(hào)的波長(zhǎng)足以讓它穿越空氣中的各種障礙物，換句話說(shuō)，多數(shù)惡劣天氣完全不會(huì)對(duì)GPS的正常工作產(chǎn)生影響；再就是GSM通信也幾乎不受多數(shù)不利天氣的影響，這一點(diǎn)我們可以從平時(shí)的手機(jī)短信息使用中體驗(yàn)到。
4. 定位追蹤的有效距離較遠(yuǎn)。所謂定位追蹤的有效距離，在此處可以理解為兩終端均能接收到各自當(dāng)前位置的有效經(jīng)緯度信號(hào)并能正常地通信時(shí)，兩終端的相對(duì)距離。首先GPS的有效定位范圍是全球性的，在絕大多數(shù)情況下，GPS都能提供有效而準(zhǔn)確的經(jīng)緯度位置，從而保證了系統(tǒng)所用的位置數(shù)據(jù)的時(shí)效性，進(jìn)而增大了定位追蹤的有效距離。其次，GSM通信也具有全球化的應(yīng)用，無(wú)論通信距離的長(zhǎng)短，GSM都能所保證傳送的信息具有良好的穩(wěn)定性與正確性。因此，本系統(tǒng)保證了遠(yuǎn)距離情況下兩個(gè)終端對(duì)數(shù)據(jù)的有效的接收及其之間的良好的通信，確保了較長(zhǎng)的有效定位追蹤距離。
5. 成本較低。Spartan-3E系列的器件密度范圍為10萬(wàn)到160萬(wàn)系統(tǒng)門，其單位邏輯單元的成本是FPGA行業(yè)中最低的。Spartan-3E器件在業(yè)界第一個(gè)突破 了2美元^*的10萬(wàn)系統(tǒng)門售價(jià)和10美元的100多萬(wàn)系統(tǒng)門售價(jià)的極限。所以盡管本系統(tǒng)包含的各模塊都比較復(fù)雜，外圍器件較多，但由于整個(gè)系統(tǒng)基于Spartan-3E且Spartan-3E提供了豐富的外圍設(shè)備接口，因此系統(tǒng)各部分均得到了很好的實(shí)現(xiàn)，充分利用了Spartan-3E開發(fā)板的高性價(jià)比特性。
6. 本作品的可擴(kuò)展性強(qiáng)，有很好的市場(chǎng)前景。雖然本作品完全實(shí)現(xiàn)了定位追蹤功能和基本的人機(jī)交互功能。但由于開發(fā)時(shí)間有限，仍有一些功能可以進(jìn)一步被擴(kuò)展完善，所以本作品的性能仍具有很大的提升空間。例如在功能擴(kuò)展方面，利用Spartan-3E的強(qiáng)大功能，可以進(jìn)行一對(duì)多通信，這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)物品的同時(shí)跟蹤，極大地?cái)U(kuò)展了系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值；人機(jī)交互方面，本系統(tǒng)利用的是開發(fā)板提供的16×2 LCD和少數(shù)幾個(gè)按鍵，終端與用戶的交互功能有限，因此完全可改用VGA顯示，鍵盤輸入及語(yǔ)音對(duì)人機(jī)交互功能進(jìn)行擴(kuò)展，這樣會(huì)極大豐富本作品的功能及應(yīng)用場(chǎng)合，擴(kuò)大其市場(chǎng)前景。