嵌入式系統(tǒng)設計實例

1、嵌入式系統(tǒng)設計實例嵌入式系統(tǒng)設計實例- - GPS導航系統(tǒng)導航系統(tǒng)1.3 嵌入式系統(tǒng)設計過程 1.3.1 需求分析 1. 需求與規(guī)格說明 2. 確認需求 3. 簡單的需求表格1.3.2 規(guī)格說明 1.3.3 體系結構設計 1.3.4 設計硬件構件和軟件構件 1.3.5 系統(tǒng)集成 1.3.6 系統(tǒng)測試 小 結嵌入式系統(tǒng)設計實例嵌入式系統(tǒng)設計實例-GPS-GPS車載導航系統(tǒng)車載導航系統(tǒng)一、設計指導一、設計指導1內涵：本內涵：本GPS導航系統(tǒng)所具有的功能：導航系統(tǒng)所具有的功能：（1）導航引導和定位）導航引導和定位（2）地圖信息查詢和瀏覽）地圖信息查詢和瀏覽（3）語音導航）語音導航（4）通過）通過GP

2、RS在線更新電子地圖在線更新電子地圖3.3.地圖匹配的自主導航算法：地圖匹配的自主導航算法：以車輛導航系統(tǒng)為例以車輛導航系統(tǒng)為例,地圖匹配就是根據(jù)移地圖匹配就是根據(jù)移動物體的歷史軌跡動物體的歷史軌跡,參照數(shù)據(jù)庫中存儲的道路數(shù)參照數(shù)據(jù)庫中存儲的道路數(shù)2分析：由上述需求來看，該系統(tǒng)首先需要的分析：由上述需求來看，該系統(tǒng)首先需要的搭建一個搭建一個GPS車載導航硬件系統(tǒng)，其次，做一個車載導航硬件系統(tǒng)，其次，做一個以單行數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎的，針對導航數(shù)據(jù)庫的以單行數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)基礎的，針對導航數(shù)據(jù)庫的操作行為這樣的一個軟件系統(tǒng)。操作行為這樣的一個軟件系統(tǒng)。4應用系統(tǒng)體系結構進行設計分析應用系統(tǒng)體系結構進行設

3、計分析 在該應用系統(tǒng)中，軟、硬件的分工，是在該應用系統(tǒng)中，軟、硬件的分工，是一個系統(tǒng)是否具有生命力的關鍵，電度測量一個系統(tǒng)是否具有生命力的關鍵，電度測量正確，則是系統(tǒng)生命力的第一個關鍵技術問正確，則是系統(tǒng)生命力的第一個關鍵技術問題。題。下面討論可供選擇的三種方案。下面討論可供選擇的三種方案。（1）采用電壓、電流互感器）采用電壓、電流互感器 采用電壓、電流互感器，經(jīng)信號調制處理后，形成采用電壓、電流互感器，經(jīng)信號調制處理后，形成一個電壓、電流的物理量（一個電壓、電流的物理量（05V電壓），定時采集這電壓），定時采集這兩個數(shù)值，再用兩個數(shù)值，再用A/D轉換器，將其轉換為數(shù)字量，即轉換器，將其轉換為

4、數(shù)字量，即di，dv，根據(jù)公式：，根據(jù)公式：didvdtwdvdip這樣，就可以求出電度值。這樣，就可以求出電度值。該方法的優(yōu)點：可省去機械電該方法的優(yōu)點：可省去機械電度表，降低硬件成本；度表，降低硬件成本；缺點：信號調制處理電路較難缺點：信號調制處理電路較難設計，要做到高可靠性不很容設計，要做到高可靠性不很容易。另外，校表是一個大問題，易。另外，校表是一個大問題，且需電業(yè)計量部門批準。在批且需電業(yè)計量部門批準。在批量生產(chǎn)中校表是一種較大的工量生產(chǎn)中校表是一種較大的工作量。作量。（2 2）采用反光標記）采用反光標記 在電度表的鋁盤上，貼一個反光標記，另設計一在電度表的鋁盤上，貼一個反光標記，另

5、設計一個計數(shù)電路。每轉一圈可使計數(shù)器加個計數(shù)電路。每轉一圈可使計數(shù)器加1 1，就是說，將機，就是說，將機械電度表的基準計數(shù)用于電子電度表。械電度表的基準計數(shù)用于電子電度表。優(yōu)點：簡單可行；優(yōu)點：簡單可行；缺點：作如此改動易影響原表精度。缺點：作如此改動易影響原表精度。（3 3）增加攝像頭）增加攝像頭 在電度表計數(shù)器之前，加一個攝像頭，定時取出在電度表計數(shù)器之前，加一個攝像頭，定時取出計數(shù)器圖象，經(jīng)識別軟件識別，讀取機械表的電度計數(shù)器圖象，經(jīng)識別軟件識別，讀取機械表的電度值。值。 這種方法，軟件、硬件成本都較高，但對原系統(tǒng)這種方法，軟件、硬件成本都較高，但對原系統(tǒng)損壞較小，且不會改變電表精度。損

6、壞較小，且不會改變電表精度。本例后一階段的設計基于第三種方案。本例后一階段的設計基于第三種方案。5 5后期處理后期處理 后期的軟件處理，均按上述算法進行。后期的軟件處理，均按上述算法進行。6 6參數(shù)設置參數(shù)設置 在分時計費中，有分時價格表需要設置；在分在分時計費中，有分時價格表需要設置；在分臺階計費中，需將電度臺階計費表輸入。臺階計費中，需將電度臺階計費表輸入。 參數(shù)輸入方法：參數(shù)輸入方法： 可自帶鍵盤及顯示器輸入，還可在可自帶鍵盤及顯示器輸入，還可在PCPC機上通過機上通過串行口輸入電度表中。前者需較多的硬件電路。而串行口輸入電度表中。前者需較多的硬件電路。而后者在使用時不方便。后者在使用時

7、不方便。7 7收費方式收費方式（1 1）預存，當余額接近零值（或某一預定值）時報）預存，當余額接近零值（或某一預定值）時報警。警。（2 2）交費，欠費后要求在規(guī)定的時限內交費。）交費，欠費后要求在規(guī)定的時限內交費。1ARM7基本系統(tǒng)基本系統(tǒng) S3C44BOX 32MSDRAM 16MFLASH2串行口串行口3LCD接口接口4攝像機接口（可用攝像機接口（可用USB）5IIC（I2C）卡接口）卡接口(用耒輸入經(jīng)費用耒輸入經(jīng)費)6. I/O引腳二個、仃電控制及喇叭報警引腳二個、仃電控制及喇叭報警二、硬件設計二、硬件設計硬件設計的圖示見下頁。硬件設計的圖示見下頁。 圖中，基本系統(tǒng)圖中，基本系統(tǒng)價格約價

8、格約200元，顯示屏元，顯示屏約約20元，元，CCD約約20元，元，IC卡約卡約20元，總計硬元，總計硬件價格不超過件價格不超過280元。元。硬件設計示意圖硬件設計示意圖1初始化軟件初始化軟件2電度表攝入及分析軟件電度表攝入及分析軟件3卡輸入軟件卡輸入軟件4人、機接口軟件人、機接口軟件5. 計費軟件計費軟件三、軟件設計三、軟件設計嵌入式系統(tǒng)設計題目詳解嵌入式系統(tǒng)設計題目詳解1.公交車站信息系統(tǒng)公交車站信息系統(tǒng) 題目內涵：設計一個公交車站信息系統(tǒng)，該系題目內涵：設計一個公交車站信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)為整個公交信息系統(tǒng)子系統(tǒng)。公交信息系統(tǒng)主要統(tǒng)為整個公交信息系統(tǒng)子系統(tǒng)。公交信息系統(tǒng)主要含有三個子系統(tǒng)：（

9、含有三個子系統(tǒng)：（1）公交車信息子系統(tǒng)：負責）公交車信息子系統(tǒng)：負責將自己的將自己的GPS位置發(fā)給公交調度中心子系統(tǒng)；（位置發(fā)給公交調度中心子系統(tǒng)；（2）調度中心子系統(tǒng)：收集所屬所有車輛的位置信息，調度中心子系統(tǒng)：收集所屬所有車輛的位置信息，將其定時發(fā)給公交車站信息子系統(tǒng)；（將其定時發(fā)給公交車站信息子系統(tǒng)；（3）公交車）公交車站信息子系統(tǒng)：公交車站信息子系統(tǒng)在定時收集到站信息子系統(tǒng)：公交車站信息子系統(tǒng)在定時收集到信息后，顯示該類信息。信息后，顯示該類信息。 此公交車站信息系統(tǒng)在收集到這些信息后，此公交車站信息系統(tǒng)在收集到這些信息后，應該有一個較好的人機界面系統(tǒng)，可方便操作應該有一個較好的人機界

10、面系統(tǒng)，可方便操作和顯示相關信息。和顯示相關信息。2.出租車拼車信息系統(tǒng)出租車拼車信息系統(tǒng) 題目內涵：為綠色交通輔助信息系統(tǒng)。綠色交題目內涵：為綠色交通輔助信息系統(tǒng)。綠色交通信息系統(tǒng)就由三部分組成：（通信息系統(tǒng)就由三部分組成：（1）出租車信息）出租車信息系統(tǒng)：定時發(fā)送當前時刻車輛所在地、目的地及系統(tǒng)：定時發(fā)送當前時刻車輛所在地、目的地及搭乘客人數(shù)量；（搭乘客人數(shù)量；（2）中心信息系統(tǒng)：收集所有）中心信息系統(tǒng)：收集所有拼車的信息，并加進途經(jīng)信息；（拼車的信息，并加進途經(jīng)信息；（3）拼車站信）拼車站信息系統(tǒng)：發(fā)出請求出租車人員的號碼及目的地車息系統(tǒng)：發(fā)出請求出租車人員的號碼及目的地車站，中心系統(tǒng)在

11、接收到拼車站信號后，迅速從車站，中心系統(tǒng)在接收到拼車站信號后，迅速從車輛登記處系統(tǒng)中找到合適的車輛，并將信號發(fā)給輛登記處系統(tǒng)中找到合適的車輛，并將信號發(fā)給出租車及拼車人員，二者都作出相應的顯示，拼出租車及拼車人員，二者都作出相應的顯示，拼車成功后，撤消這些信息。車成功后，撤消這些信息。3.3.公共服務行業(yè)（銀行、醫(yī)院等）公共服務行業(yè)（銀行、醫(yī)院等）排隊信息系統(tǒng)排隊信息系統(tǒng) 題目內涵：公共服務就體現(xiàn)其公正性、公題目內涵：公共服務就體現(xiàn)其公正性、公平性，并能用現(xiàn)代化技術減少等待時間，本題平性，并能用現(xiàn)代化技術減少等待時間，本題目要求設計出一個排隊產(chǎn)品，使公共服務便利目要求設計出一個排隊產(chǎn)品，使公共

12、服務便利公平。公平。4.4.固話繳費系統(tǒng)固話繳費系統(tǒng) 題目內涵：現(xiàn)代化家庭會涉及到多種繳費題目內涵：現(xiàn)代化家庭會涉及到多種繳費系統(tǒng)，對繳費系統(tǒng)的要求是方便和安全。這系統(tǒng)，對繳費系統(tǒng)的要求是方便和安全。這關系到從銀行取款的安全性。因此，在設計關系到從銀行取款的安全性。因此，在設計該系統(tǒng)時，從銀行取款時，要求加一個指紋該系統(tǒng)時，從銀行取款時，要求加一個指紋驗證系統(tǒng)，在銀行端進行指紋合法性及即時驗證系統(tǒng)，在銀行端進行指紋合法性及即時性檢查；當有效時則可以取款，而且款項只性檢查；當有效時則可以取款，而且款項只能進入需繳費的幾個固定帳戶，并一并進入能進入需繳費的幾個固定帳戶，并一并進入銀行轉帳。銀行轉帳

13、。 5.5.樓宇自動化系統(tǒng)中的家電控制系統(tǒng)樓宇自動化系統(tǒng)中的家電控制系統(tǒng) 題目內涵：現(xiàn)代樓宇中會有許多家用電器，對這題目內涵：現(xiàn)代樓宇中會有許多家用電器，對這些家用電器而言，一般的需求即開和關，特殊的需些家用電器而言，一般的需求即開和關，特殊的需求則為定時開關，或遙控開關。此電器控制系統(tǒng)中，求則為定時開關，或遙控開關。此電器控制系統(tǒng)中，要求完成這兩個任務，即定時開關和遙控開關。要求完成這兩個任務，即定時開關和遙控開關。 系統(tǒng)設計分為兩部分：（系統(tǒng)設計分為兩部分：（1）家庭中心控制器：負責）家庭中心控制器：負責對所有電器的控制及狀態(tài)檢測，通過網(wǎng)絡上報信息，并從對所有電器的控制及狀態(tài)檢測，通過網(wǎng)絡

14、上報信息，并從網(wǎng)絡中獲取控制信息；（網(wǎng)絡中獲取控制信息；（2）遙控器：分為本地及遠程責任）遙控器：分為本地及遠程責任中控制器，前者在本家庭使用，后者一般用手機增值服務。中控制器，前者在本家庭使用，后者一般用手機增值服務。在無線網(wǎng)復蓋的范圍內均可進行。在無線網(wǎng)復蓋的范圍內均可進行。 這里，每一個子系統(tǒng)都可成為一個獨立的子題，這里，每一個子系統(tǒng)都可成為一個獨立的子題，如：中心控制器設計，遙控器設計，家用控制器設計。如：中心控制器設計，遙控器設計，家用控制器設計。6.6.樓宇自動化系統(tǒng)中的家庭安全樓宇自動化系統(tǒng)中的家庭安全保護系統(tǒng)保護系統(tǒng) 該安全系統(tǒng)有兩大功能：（該安全系統(tǒng)有兩大功能：（1）家中有人

15、）家中有人時，可檢測到有人入侵，可手動報警，時，可檢測到有人入侵，可手動報警，并記錄下罪犯特征；（并記錄下罪犯特征；（2）家中無人時，有人）家中無人時，有人入侵，可自動報警，并可記錄下入侵全過入侵，可自動報警，并可記錄下入侵全過程。程。 上述工作可分為兩個子題，也可上述工作可分為兩個子題，也可在一個題目中完成。在一個題目中完成。7.教室節(jié)電系統(tǒng)教室節(jié)電系統(tǒng) 題目內涵：教室中，經(jīng)常有下列現(xiàn)象：可題目內涵：教室中，經(jīng)常有下列現(xiàn)象：可能只有一兩個人，或沒有人時，也開著多盞能只有一兩個人，或沒有人時，也開著多盞燈，這顯然不符合低碳生活的要求。本系統(tǒng)燈，這顯然不符合低碳生活的要求。本系統(tǒng)要求作到：（要求

16、作到：（1）無人不開燈，或只開一盞）無人不開燈，或只開一盞夜燈；（夜燈；（2）人少少開燈，人多多開燈。）人少少開燈，人多多開燈。 題目要求應用攝像技術來分析教室中的人題目要求應用攝像技術來分析教室中的人數(shù)多少和所在位置，開相應的少數(shù)燈，并在人數(shù)多少和所在位置，開相應的少數(shù)燈，并在人走后自動關燈，以達到節(jié)電目的。走后自動關燈，以達到節(jié)電目的。8.飯店點菜系統(tǒng)飯店點菜系統(tǒng) 題目內涵：對現(xiàn)有點菜系統(tǒng)加以改進，題目內涵：對現(xiàn)有點菜系統(tǒng)加以改進，其改進點體現(xiàn)在：其改進點體現(xiàn)在： （1）顧客自己點菜，）顧客自己點菜，飯店服務員不必參與；（飯店服務員不必參與；（2）增加菜單的）增加菜單的視頻信息；（視頻信息

17、；（3）增加操作功能，如預點）增加操作功能，如預點菜（不確認）和預算帳等，使操作更方便。菜（不確認）和預算帳等，使操作更方便。9.智能導游系統(tǒng)智能導游系統(tǒng) 題目內涵：使導游系統(tǒng)顯示一導游圖，題目內涵：使導游系統(tǒng)顯示一導游圖，并記錄行走路線，顯示之，再增加報警及并記錄行走路線，顯示之，再增加報警及景色介紹功能，每到一個景點，會自動加景色介紹功能，每到一個景點，會自動加以介紹，同時具有交互功能，即可點擊服以介紹，同時具有交互功能，即可點擊服務點，如廁所、小賣部等，自動顯示出行務點，如廁所、小賣部等，自動顯示出行走路線，并有語音提示。走路線，并有語音提示。10.10.電子錢包電子錢包 該錢包有以下功

18、能：（該錢包有以下功能：（1）在按指紋后，可）在按指紋后，可以從銀行的相關帳戶中往電子錢包中存款；以從銀行的相關帳戶中往電子錢包中存款；（2）通過）通過USB接口與其它錢包連接時，可存接口與其它錢包連接時，可存取款，并顯示之；（取款，并顯示之；（3）外接到）外接到POS機時，可機時，可取出錢包中的款，并可取出紙幣；（取出錢包中的款，并可取出紙幣；（4）所有）所有交易可接入銀行網(wǎng)絡上結算。交易可接入銀行網(wǎng)絡上結算。 總之，此電子錢包可完全取代錢包的作總之，此電子錢包可完全取代錢包的作用，方便交易，且安全可靠。用，方便交易，且安全可靠。11.11.智能下載器智能下載器 題目內涵：有一操作界面，可從

19、網(wǎng)站上題目內涵：有一操作界面，可從網(wǎng)站上下載影視節(jié)目，并存入自己的存貯器（硬下載影視節(jié)目，并存入自己的存貯器（硬盤）中，同時對硬盤有相應的操作功能盤）中，同時對硬盤有相應的操作功能,其其方便在于可如夜間無人值守時下載。方便在于可如夜間無人值守時下載。12.12.太陽能熱水器自動朝陽太陽能熱水器自動朝陽跟蹤系統(tǒng)跟蹤系統(tǒng) 題目內涵：為了得到更多的能量，太陽能題目內涵：為了得到更多的能量，太陽能熱水器應時刻面向太陽，有兩個方向需要調熱水器應時刻面向太陽，有兩個方向需要調整：（整：（1）水平上）水平上180度的旋轉；（度的旋轉；（2）垂直）垂直方向上，仰角的變化跟蹤所處緯度調整。本方向上，仰角的變化跟

20、蹤所處緯度調整。本系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可是閉環(huán)系統(tǒng)。當系統(tǒng)可以是開環(huán)系統(tǒng)，也可是閉環(huán)系統(tǒng)。當為開環(huán)系統(tǒng)時，水平角度是時間的函數(shù)，垂為開環(huán)系統(tǒng)時，水平角度是時間的函數(shù)，垂直角度取決于該點緯度；閉環(huán)系統(tǒng)時，可用直角度取決于該點緯度；閉環(huán)系統(tǒng)時，可用一個聚焦鏡驅動兩個方向的旋轉，以達到獲一個聚焦鏡驅動兩個方向的旋轉，以達到獲取最大能量的目的。取最大能量的目的。13.13.車牌的智能識別車牌的智能識別 在交通系統(tǒng)中，對行進中車牌的識別是許在交通系統(tǒng)中，對行進中車牌的識別是許多交通控制問題的基礎研究。多交通控制問題的基礎研究。 用攝像系統(tǒng)采集車牌數(shù)據(jù)，關鍵在于從一輛用攝像系統(tǒng)采集車牌數(shù)據(jù)，關鍵在于從一輛車的多方面視頻信息中截取車牌信息，并進一步車的多方面視頻信息中截取車牌信息，并進一步識別車牌，同時對反識別技術給出相應措施。識別車牌，同時對反識別技術給出相應措施。14.GPS14.GPS導航系統(tǒng)導航系統(tǒng) 由兩個子系統(tǒng)組成：（由兩個子系統(tǒng)組成：（1）地理信息系