基于GPRS的组合式车载导航终端硬件设计

基于GPRS的组合式车载导航终端硬件 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 2009 年 1 月 计 算 机 工 程第 35 卷 第 2 期 January 2009 Computer Engineering Vol.35 No.2 文章编号:1000—3428(2009)02—0239—03 文献标识码:A 中图分类号:TP391 ?工程应用技术与实现? 基于的组合式车载导航终端硬件设计GPRS 121, 31 刘岳峰 ，张 德 ，孙华波 ，刘婷 (1. 北京大学地球与空间科学学院遥感与 GIS 研究所，北京 100871;2. 北京大学信息科学技术学院电子学系，北京 100871; 3. 中国矿业大学机电与信息工程学院，北京 100083) 摘 要:针对目前自主式车载导航终端在地图数据动态更新和实时交通信息接收方面的不足，基于网络与自主式导航相结合的思想，该文采用基于 GPRS 的组合式车载导航服务终端的设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，阐述 S3C44B0X 模块、GPS 模块、GPRS 模块以及电源等主要模块的组成结构和 工作原理。对终端进行调试，对接收的数据进行优化。该硬件设计方案结合软件设计将有利于实现地图与道路数据的动态更新和基于实时 交通信息的动态导航。 关键词:通用分组无线业务;车载导航终端;终端调试 Hardware Design of Combo Vehicle Navigation Terminal Based on GPRS 121, 31LIU Yue-feng, ZHANG De, SUN Hua-bo, LIU Ting (1. Institute of RS and GIS, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; 2. Department of Electronics, School of Electronics Engineering and Computer Science, Peking University, Beijing 100871; 3. School of Mechanical Electronic & Information Engineering, China University of Mining & Technology, Beijing 100083) 【Abstract】Considering the deficiency of the presently autonomous vehicle navigation terminal on dynamic updating of map data and reception of real-time traffic information, this paper presents the design options, which is based on the thought of combining the network with the autonomous navigation. It is accomplished by the combo vehicle navigation terminal which is based on GPRS. This paper introduces the structure and principle of S3C44B0X, GPS, General Packet Radio Service(GPRS), electrical source and other major modules, debugs the terminal and optimized the data received by GPS. The design options of hardware, while combining with software, is conducive to achieve the dynamic updating of map data, and the dynamic navigation which is based on the real-time traffic information. 【Key words】General Packet Radio Service(GPRS); vehicle navigation terminal; terminal debugging 是本文设计的核心思想。其优势体现在:1 概述 (1)导航数据动态更新; (2)实时交通信息的发布与接 目前，车载GP S 导航服务作为一个新兴产业正得到广泛收，实现动态导航; (3)由于无线网络的接入，在此[1] 关注，随着用户需求的上升展现出广阔的应用前景。目前 基础上可实现差分定位， 市场上主流的车载导航终端主要提供人性化的规划行车路线 进一步提高定位精度;功能，并具有真人语音提示等扩展功能，但对作为整个系统 (4)有利于拓展基于网络的各种导航信息服务。 关键内容的地图数据均采用手动更新的方式，即服务提供商 基于 GPRS 的车载导航系统主要由GP S、车载导航终端、 每隔一段时间更新一次地图数据，用户定期从服务提供商处 下载地图进行更新。这种方式的更新频率较低，对于发展较 无线通信网络和信息服务中心组成，由G于PS 和无线通信网 快的区域和城市，无法保证地图数据与实际道路状况的一致 络的技术已相对成熟，因此车载终端和信息服务中心的设计 性(现势性)，容易使导航的效果与实际情况发生偏差。另外， 是整个系统的关键。对于终端导航方式的选择，传统的自主 随着城市交通的发展，实时交通信息的接收对于车辆导航来 式导航无法实现地图数据和交通信息的实时更新，降低了导 说具有非常重要的价值，但目前大多数车载导航终端由于缺 航的准确率;基于网络的导航可解决上述问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，但受限于目 乏实时通信的功能，只能作为一个孤立的信息载体，无法很 前无线网络的带宽，造成地图数据的传输速度不理想，降低 好地实现交通信息的实时发布和接收，以及根据实时路况进 行智能的动态导航。 了导航的效率。而网络与自主导航相结合的组合式导航，既 能弥补单一导航方式带来的不足，同时又使原本孤立的导航 近年来无线互联网技术得到了非常迅速的发展，如目前 的公共无线通信网络 GPRS 具有较高的传输速率、永远在线、 基金项目:北京市重点实验室基金资助项目“空间信息集成与 3S 工 程应用”(JD100010606) 作者简介:刘岳峰(1970,)，男，副教授、按流量计费等特点，为解决上述问题提供了有效的途径。 博士，主研方向:位置服 务，地理信息系统，交通地理信息系统; 2 设计思想张 德，学士;孙华波、 刘 婷，硕士研究生 将自主式车辆导航终端与无线通信相结合，形成组合式 车载导航终端，实现自主式导航与网络相结合的组合式导 航 收稿日期:2008-05-11 E-mail:mijava@gmail.com 终端进化为能够接入网络的信息平台，使大量基于网络的扩为输出信号，故可直接置空。RF_IN(射频输入引脚)连 TxD2 [2]展服务成为可能。 在车载终端和信息服务中心的设计接到天线。VCC_RF(RF 输出电压)经过一 RC 退耦电路进行 中，采用网络与自主 滤波，得到相对稳定的电压输V入_ ANT 引脚提供天线的偏 电压。 导航相结合的方案，采用增(道量路变化、实时路况信息)等 更新的思想，即终端在进行导航时首先与信息服务U1 中心交互，由信息服务中心判断是否有更新的增 GND GND 量，若有则终端实时下载增量然后结合本机进行导 GND GND 航;若没有则终端完全按本机进行自主导航。这种 SIGNAL 设计方案既解决了完全依赖实时下载受制于通信 GPS_Z 速度的问题，又克服了传统车载导航终端系统更新 U3 15 16 周期长的缺陷，提高了终端导航的准确率和效率。 GND GND C6 17 14 100pFRF_IN GND 车载终端的主要功能有:(1)按键选择是否更新增 13 18 R4 GND GND 19 12 10 量;(2)GPS 定位功能;(3)远程电子地图实时下 V_ANT GND 20 11 VCC_RF GND 载;(4)定位信息和地图数据的实时显示并进行导 21 10 V_BAT VDD18_OUT 9 22 RESET_N STATUS 航;(5)主控芯片可进入掉电模式、降低功耗、按 下23 8 EXTINT0 ReservedTIM-LH 24 7 VDD3 Reserved RxD2 相应功能键能立即唤醒主控芯片。 25 6 R3 3k Reserved TxD2 26 5 3 硬件设计 Reserved TxD1 27 4 VDD18_OUT RxD1 28 3 3.1 整体设计AADET_N BOOT_INT 29 2 [3] TIMEPULSE GND 车载导航终端使用A RM微处理器作为主控30 1 Reserved VCC [4] 芯片，外扩DS P 芯片进行算法运算，结合 GPS TIM_LH VDD3.3 [5] 和 GPRS，实现实时地图下载与快速处理，终端 C2 100 pF R1 VDD3 3k 硬件结构如图 1 所示。 UART0_TxD UART0_RxD R2 3k 模块 GPSGPRS模块 串口0 串口1 VDD3.3 图 2 GPS 模块设计原理 64MB 16MB ARM 处理器 FLASH SDRAM S3C44B0X 3.3 GPRS模块设计 电源模块 键盘 LCD/ GPRS 模块选用法国WAVC OM公司推出 的Q2 406B，通 过串口 1 与主控芯片连接。该模块内置 3了2 MB 的 Flash ROMJTAG DSP HPI 和 4 MB 的 SRAM，支持9 00 MHz/1 800 MHz 两种频带，由 图 1 终端硬件结构 于嵌入了可选TCP /IP 协议栈，直接通过A T 指令就能接入 S3C44B0X 是 SAMSUNG 专 为移动 设备 推 出的基于 Internet，省去了常用的T CP/IP 处理模块及编程时调用各种 ARM7TDMI 内核的 16/32 位微处理器，采用0. 25 μm CMOS API 函数的繁琐操作。模块通过AT 数据集接口，支持数据、 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 制造，具有较高的性价比。丰富的接口和独特的加速语音、短信、图像传输等服务。 结 构使 32 位代码能够在最大速率时钟下运行，其高速计算对于 SIM 卡的选择，首先 Q2406B 提供 3 V 的 SIM 卡接 能力 为地图数据的快速处理提供了保障，性价比远高于普通 口，若要连接其他类型如5 V 或 1.8 V 的 SIM 卡，则须外接 单片 机。S3C44B0X 的串口 0 与 GPS 模块连接，串口1 与 GSM/ GPRS 芯片连接，外扩6 4 MB 的 SDRAM-电平转换器。目前国内通用S的IM 卡基本以 3 V 为主，故可 IS42S16400 和 直接与模块连接;其次要求SIM 卡支持并开通接入点(APN)16 MB 的 Flash 存储器 SST39VF160。液晶显示器SHA RP- 为 CMNET 的 GPRS 业务。设计原理如图3 所示。LM057QC1T08通过并行方式 与AR M 芯片连接，采用8 位数 据传输方式;键盘采用矩阵扫描的方式，8 用根 GPIO 端口 U7 C103 16 线控制，DSP 芯片通过 HPI 与处理器相连。 SIMDATA DAT VCC 0.1 μF5 2 3.2 GPS模块设计 SIMDATA SIMRST VPP RST C101 C102 4 3 GND CLK SIMCLK GPS 模块采用瑞士 U-BLOX 公司新推出的第 4 代定位模 0.1 μF 0.1 μF SIMCARD 块 TIM-4H，通过串口0 与主控芯片连接。该GP S 接收器的 特点在于灵敏度高、功耗低、跟踪灵敏度达-158 dBm，使定 位范围扩展到传统GP S 系统不能覆盖的地方，定位精度半径 可达 2.5 m。该模块集成度很高，大小2为5. 4 mm×25.4 mm，图 3 SIM 卡接口电路设计原理 高度只有 3 mm。设计原理如图2 所示。SIM 卡通过 SIMDATA 信号线进行数据传输，SIMCLK GPS 模块以异步串行通 信(UART) 方式与处理器芯片 为其提供工作时钟。SIMVCC 为电压输入端，通过接入一对 去耦电容来滤除噪声信号，减少干扰。SIMRST 为 SIM 卡复 S3C44B0X 进行数据交换，使用时将TI M-4H 提供的串口 位端，加入一电容进行滤波，目的是避免由于一些毛刺信TxD1 和 RxD1 分别接至 S3C44B0X 的 RxD0 引脚和 TxD0 引 号 干扰而产生错误复位。 脚。通信信号须通过上拉电阻接V至D D3.3，用以提高电平， 导航内容的增量更新主要通G过P RS 模块与信息中心间 满足芯片正常工作的需要。对于没有使用的串Tx口D 2 和的无线通信及数据传输来实现。车载终端将自身的位置信息 RxD2 ， RxD2 为输 入信号，须用 上拉电阻接至 高电平， 令来完成的。串口调试完成后，可设计软件程序来进行测试通过 GPRS 或以短消息方式发送到信息中心，信息中心由该 位置信息判断是否有更新的增量，若有更新则通GP过RS 网 电路的性能。串口0 接收的 GPS 数据如图 5 所示。络传送增量数据到车载终端，终端根据增量来更新自身的 地 图数据并实时显示。其中，主控芯片GP对R S 模块的控 制是 通过串行口 UART1 实现的，通过发送对应的AT 指令 来设置 Q2406B 模块的动作，如连接In ternet、向信息中心 发送信息 和接收数据等。关键指令如下: AT+CGREG=1;// 将设备在网络上注册 AT+CGATT=l;与 // GPRS网络关联 AT+GPRSMODE=1通; //过 GPRS模式连 接 Internet AT#APNSERV=”CMNET”设置接入点; //为CMNET AT#ConnectionStart连接网络，返回动态分配; //的IP 地址 AT#TCPSERV=”162.105.17.163”设置信息中心; //的I P 地址 AT#TCPPORT=”3000”//; 设置信息中心的端口号 AT#otcp; 打开与远程服务器//的TC P连接 图 5 终端接收到的GP S 数据 3.4 电源模块设计 终端系统需要电源模块提供多路电压， 其中，S3C44B0X GPS 模块接收了多种格式的数据，比 R如MC, VTGG, GA, 的内核电压为2. 5 V;TIM-4H, Q2406B, SDRAM, Flash存储 GSA, GLL 等，其中，本终端只用到RM C格式的数 据。因此， 器以及 S3C44B0X 的 I/O 口的供电电压为3. 3 V;GPRS 模块 通过程序控制首先选择RM C 格式的数据进行存储，然后通 [6]的供电电压为5 V;液晶模块的驱动电压为27 V;背景光的 过卡尔曼滤波的方法对存储的RM C 格式的数据进行滤波，驱动电压为几百伏的高压。 删除无效或误差较大的数据，处理后的数据可满足系统的需 由于终端需要多路电压 且3.3 V, 2.5 V 和 5 V 的电压占据求，提高了整体的效率。 了整个电压的9 0,以上，因此在P CB 设计时，单独设置了 5 结束语 电源层和地层以增加系统的抗干扰能力，在电源层通过内电 车载导航系统作为目前LB S 产业的主要商业应用之一， 分割又分割了 3 个主要区域(3.3 V 区、2.5 V 区和 5 V 区)，使 实时性和智能化是2 大瓶颈，GPRS 是解决该问题的关键技 系统布局和走线达到优化的同时又提高了电源层的导电术。本文提出基于 GPRS 与自主导航相结合的车载终端设计 能 力。分割好的电源层如图4 所示，周边的区域为5 V 方案，以 ARM 芯片为核心完成硬件电路设计，搭建了电路 区，中 板，并对终端进行调试，其各项性能指标均能很好地满足预 间的正方形为主控芯片的内核电2压.5 V 区，剩下的较大面 期要求，验证了该设计的可靠性和可行性。同时GP以RS 为 积的区域为 3.3 V 区。通信平台的系统设计充分发挥了其永久在线、系统延时小、 按流量计费的优势，有效克服了以往车载导航系统存在的实 时性差和运营成本高等缺点。随着第三代移动通信系统的投 入运行，通信速率将进一步提高，系统应用前景将更为广阔。 今后的重点是开展各种应用研究，如导航数据的动态更新、 实时交通信息的发布与接收、动态导航以及各种基于无线网 络的导航信息服务等。 参考文献 [1] Abbott E, Powell D. 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