基于ARM9-Linux平臺(tái)的車載導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 前言
近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，各種機(jī)動(dòng)車輛的數(shù)量急劇增加，同時(shí)對(duì)汽車導(dǎo)航系統(tǒng)的需求數(shù)量也急劇增加。本文采用了基于ARM9-Linux 平臺(tái)的嵌入式系統(tǒng)作為系統(tǒng)的控制平臺(tái)，提高系統(tǒng)的性能、集成度以及可擴(kuò)展性；運(yùn)用GPS 定位技術(shù)和先進(jìn)的GPRS 無(wú)線通信技術(shù)相結(jié)合的方案，以實(shí)現(xiàn)車輛電子地圖導(dǎo)航和短消息報(bào)警；通過(guò)LCD 模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了車輛各種信息的靈活顯示，豐富了人機(jī)交互界面，使得系統(tǒng)更加智能化。本文所研究的車載GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)（ITS，Intelligent Transportation System）的一個(gè)重要分支，對(duì)解決城市交通問(wèn)題具有重要意義。
2. GPS 全球定位系統(tǒng)（1）
GPS(Global Positioning System)系統(tǒng)包括三大部分:空間部分—衛(wèi)星星座、地面控制部分—地面監(jiān)控系統(tǒng)和用戶設(shè)備部分-信號(hào)接收機(jī)。GPS 全球定位系統(tǒng)是隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而建立起來(lái)的一種高精度、全天候和全球性的無(wú)線電導(dǎo)航定位、定時(shí)的多功能系統(tǒng)。它利用位于距地球2 萬(wàn)多公里高、由24 顆人造衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)，向地球源源不斷的發(fā)射定位信號(hào)。地球上的任何一臺(tái)GPS 接收機(jī)，只要接收到任意四顆以上的衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，就可以得到GPS 接收機(jī)的位置(經(jīng)度、緯度、高度)、時(shí)間和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。GPS 系統(tǒng)具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作簡(jiǎn)便、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。
3．系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)汽車導(dǎo)航和基于手機(jī)的車輛防盜功能。整個(gè)系統(tǒng)包括兩大部分：一是車主手機(jī)，二是車載部分。手機(jī)部分只是一部手機(jī)，用來(lái)收發(fā)短消息。車載部分主要實(shí)現(xiàn)車量的定位導(dǎo)航功能。車載部分具有兩種工作模式:第一種為“駕駛模式”，這種模式下車主自己駕駛汽車，車主可以方便的利用車載導(dǎo)航系統(tǒng)的人機(jī)交互界面進(jìn)行導(dǎo)航；當(dāng)車主需要離開自己的汽車時(shí),按下“安全模式”鍵，啟動(dòng)第二種工作模式，啟動(dòng)該模式后,系統(tǒng)不斷利用GPS定位技術(shù),判斷車輛的當(dāng)前位置是否發(fā)生變化。如果有人偷盜車輛,駕駛汽車后汽車位置發(fā)生變化,此時(shí)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)汽車位置的經(jīng)緯度發(fā)生變化后，系統(tǒng)將通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地向車主發(fā)送短消息報(bào)告汽車當(dāng)前所在位置。
4．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的硬件主要由主控模塊和擴(kuò)展模塊兩大部分組成，其中擴(kuò)展模塊主要包括GPS模塊、LCD 模塊和GPRS 模塊系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示：

4.1 主控模塊設(shè)計(jì)（2）
主控模塊設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)的核心，其主要包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)模塊電路、JTAG 接口電路、串行口電路、LCD 接口、SPI 接口以及按鍵電路的設(shè)計(jì)。本文的處理器采用三星公司的S3C2410，主控模塊通過(guò)串行口、SPI 接口、LCD 接口與擴(kuò)展模塊相連接構(gòu)成整個(gè)硬件系統(tǒng)。
4.2 GPS 模塊選用
GPS 模塊主要完成GPS 定位信息的接收和處理。選用的就是GARMIN 公司的GPS25-LVC 接收機(jī)。GPS25 的OEM 接口信號(hào)如表1 所示：

4.3 GPRS 模塊選用
GPRS 模塊可以用來(lái)進(jìn)行無(wú)線通信，包括語(yǔ)音通信、收發(fā)短信息以及無(wú)線上網(wǎng)等。本系統(tǒng)選用MC35，主要使用其來(lái)完成短消息的功能。其硬件連接如圖2 所示：

5．軟件設(shè)計(jì)
車載導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件為基本功能和擴(kuò)展功能的實(shí)現(xiàn)奠定了牢固的基礎(chǔ)，軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，就是要充分利用硬件平臺(tái)提供的資源，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的有序運(yùn)行，是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。軟件部分的設(shè)計(jì)主要有（3）:
(1)建立交叉編譯環(huán)境；(2)BootLoader 的移植；(3)Linux 操作系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)的移植； (4)GPS 定位模塊程序設(shè)計(jì)； (5) GPRS 通信模塊程序設(shè)計(jì)；(6) 顯示界面設(shè)計(jì)，本文基于MiniGUI實(shí)現(xiàn)了上述界面的設(shè)計(jì)；
5.1 GPS 模塊軟件設(shè)計(jì)
GPS 模塊主要完成車輛位置信息的采集、處理與存儲(chǔ)。由于GPS 采用串行口通信，所以本文在串行口通信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)GPS 數(shù)據(jù)的接收、處理和存儲(chǔ)。該模塊軟件設(shè)計(jì)的基本思想是這樣的:首先接收完整的NMEA0183 語(yǔ)句，然后提取相關(guān)的數(shù)據(jù)，如時(shí)間、經(jīng)緯度、速度等，再將這些數(shù)據(jù)送去顯示或者發(fā)送出去，并且保存以便日后查看。
本文系統(tǒng)選用GPS25-LVC 串口1 輸出的NMEA0183 語(yǔ)句。格式如:$GPRMC，082 004，A，3990.347 2，N，11 953.099 0 E，000.0，000.0 130 807 002.5，W*71，表示目前的時(shí)間是07 年08 月13 日8 點(diǎn)20 分04 秒(這是UTC 時(shí)間，不是本地時(shí)間，兩者大約相差8 小時(shí))，位置是北緯39 度90.347 2 分、東經(jīng)119 度53.099 0 分，速度為O。
5.2 GPRS 無(wú)線通信模塊的軟件設(shè)計(jì)
在對(duì)MC35模塊的軟件控制中,主要使用的是標(biāo)準(zhǔn)V.25 ter AT命令,為系統(tǒng)開發(fā)中所使用到的相關(guān)AT命令如表2所示（4）。

AT命令的具體的執(zhí)行過(guò)程如下:
AT
OK
AT +CSCA = +8613800773500\ r
OK
AT +CMGF = 1 \ r
OK
AT +CMGS = + 861348137…\ r
> Your car is being stolen! \x1A
+CMGS: 206
OK
在運(yùn)行報(bào)警功能時(shí),待執(zhí)行完以上步驟后,報(bào)警短消息即發(fā)出,車主手機(jī)將接收到一條短信,其內(nèi)容為“Your car is being stolen!”。然后,MC35模塊在MCU的控制下去相應(yīng)存儲(chǔ)區(qū)中實(shí)時(shí)讀取當(dāng)前的地理位置,以短消息的形式不斷報(bào)告給車主,以幫助車主和警方追繳車輛。
5.3界面顯示的軟件設(shè)計(jì)（5）
嵌入式應(yīng)用的開發(fā)是在宿主機(jī)(如PC機(jī))上完成的，在宿主機(jī)上調(diào)試運(yùn)行嵌入式應(yīng)用，再將嵌入式應(yīng)用編譯鏈接成可在目標(biāo)平臺(tái)上運(yùn)行的二進(jìn)制目標(biāo)代碼。由于用到了MiniGUI庫(kù)，所以要將MiniGUI庫(kù)編譯鏈接成可在目標(biāo)平臺(tái)上運(yùn)行的二進(jìn)制目標(biāo)代碼庫(kù)。當(dāng)一個(gè)MiniGUI應(yīng)用被部署到目標(biāo)平臺(tái)上并可靠運(yùn)行時(shí)，開發(fā)過(guò)程才結(jié)束。定位信息界面顯示通過(guò)GPS接收的車輛的位置等信息，再通過(guò)擴(kuò)展電子地圖以便更直觀地顯示這些信息。圖3描述了基于
MiniGUI的軟件開發(fā)流程：

6.總結(jié)
本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：1）在ARM-Linux平臺(tái)上設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了車載導(dǎo)航功能，該系統(tǒng)具有成本低、功耗低、處理性能高、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。2）這種平臺(tái)便于系統(tǒng)的軟硬件升級(jí)。