基于GPS的巡邏哨兵管理系統(tǒng)(2)(1)(1)(1)(共40頁(yè))

1、題目(tm) 基于GPS的巡邏哨兵管理系統(tǒng)摘要(zhiyo)第一章緒論(xln)1.1研究的目的和意義部隊(duì)巡邏哨兵工作是指通過(guò)巡防人員徒步或使用自行車(chē)、電動(dòng)車(chē)、汽車(chē)等交通工具在重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行巡邏，及時(shí)處理突發(fā)事件，對(duì)預(yù)防、威懾違法犯罪活動(dòng)，擠壓犯罪空間，改善社會(huì)治安秩序有重要的意義。在經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，各類(lèi)案件呈高發(fā)態(tài)勢(shì)，社會(huì)治安形勢(shì)也愈加嚴(yán)峻。各地公安機(jī)關(guān)正努力打造平安城市、構(gòu)建和諧社會(huì)，保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，提高人民群眾生活安全感。因此，各地公安機(jī)關(guān)加強(qiáng)社會(huì)治安防控體系建設(shè)，建立和完善社會(huì)面巡防防控網(wǎng)絡(luò)是非常有必要的。 部隊(duì)巡邏哨兵工作承擔(dān)著接受公民報(bào)警和上級(jí)公安機(jī)關(guān)指令，先

2、期處置一些突發(fā)性事件、案件、糾紛和事故的任務(wù)，這就要求部隊(duì)巡邏哨兵勤務(wù)工作能夠快速反應(yīng)，能夠在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行先期處置。而缺乏移動(dòng)定位終端裝備的各巡防執(zhí)勤組當(dāng)前所處的實(shí)際位置，不能直觀地反饋到指揮中心，也就不能快速下達(dá)指令，讓離事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)最近的巡防執(zhí)勤組快速前往案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，從而影響處警速度。 另外，在一些案件的線索跟蹤中，由于地點(diǎn)不斷轉(zhuǎn)移，巡防執(zhí)勤人員難以準(zhǔn)確報(bào)知當(dāng)前位置，使得后方指揮人員難以及時(shí)到達(dá)準(zhǔn)確地點(diǎn)增援，容易前功盡棄。高效的巡防管理系統(tǒng)對(duì)就近指揮巡防執(zhí)勤組機(jī)動(dòng)巡防、增援，實(shí)現(xiàn)與實(shí)戰(zhàn)的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，提高信息化作戰(zhàn)能力有重要意義。目前部隊(duì)巡邏哨兵工作量較大，警力相對(duì)不足，難免會(huì)出現(xiàn)懈怠，具

3、體體現(xiàn)如：巡防路線僵化固定，不靈活。缺乏 GIS 信息系統(tǒng)支持的基層巡防，巡防線路、巡防點(diǎn)、巡防區(qū)域的管理很不直觀，采用人工作業(yè)的方式，動(dòng)態(tài)調(diào)整和實(shí)施針對(duì)性巡防是比較困難的。在這種背景下，我們提出了基于移動(dòng)定位技術(shù)的部隊(duì)巡邏哨兵管理系統(tǒng)。 隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)和完善，移動(dòng)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息安全技術(shù)的不斷發(fā)展，為基于移動(dòng)定位技術(shù)的部隊(duì)巡邏哨兵管理系統(tǒng)奠定了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。在這樣的信息化條件下，準(zhǔn)確、快速、及時(shí)獲取各巡防執(zhí)勤組的信息，對(duì)部隊(duì)巡邏哨兵勤務(wù)工作的指揮、調(diào)度、監(jiān)督起著非常重要的作用。將移動(dòng)定位技術(shù)和無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于部隊(duì)巡邏哨兵管理系統(tǒng)可以有效解決上

4、述問(wèn)題，建立由移動(dòng)定位終端子系統(tǒng)、基于無(wú)線通訊技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸模塊和業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)子系統(tǒng)組成的部隊(duì)巡邏哨兵管理系統(tǒng)，有效實(shí)現(xiàn)了部隊(duì)巡邏哨兵勤務(wù)工作的動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)指揮和可視化監(jiān)管。基于移動(dòng)定位技術(shù)的部隊(duì)巡邏哨兵管理系統(tǒng)，對(duì)信息化條件下的部隊(duì)巡邏哨兵勤務(wù)工作產(chǎn)生重大意義：能夠準(zhǔn)確知道各巡防執(zhí)勤組的實(shí)時(shí)位置信息，全面了解各巡防執(zhí)勤組的到崗時(shí)間和巡防(xn fn)路線。對(duì)部隊(duì)巡邏哨兵勤務(wù)工作實(shí)行全程可視化監(jiān)管，可以根據(jù)警情實(shí)時(shí)調(diào)整各巡防執(zhí)勤組巡防路線，大幅縮短反應(yīng)時(shí)間，提高響應(yīng)速度。1.2國(guó)內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀各地公安機(jī)關(guān)按照實(shí)時(shí)警務(wù)(jn w)、高效警務(wù)、科學(xué)警務(wù)的要求，強(qiáng)力推進(jìn)警務(wù)機(jī)制改革，將警

5、力推向街頭路面，推向案件高發(fā)時(shí)段、防范薄弱時(shí)段，構(gòu)建立體治安巡邏防控體系。1將移動(dòng)定位技術(shù)、通信技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到部隊(duì)巡邏哨兵管理工作中，對(duì)提高部隊(duì)巡邏哨兵管理水平有著重要意義。自 2002 年以來(lái)，多個(gè)地區(qū)分別研發(fā)了各種移動(dòng)定位終端，并投入使用，增強(qiáng)了科技警力。 目前投入使用的移動(dòng)定位終端從技術(shù)上可分為兩類(lèi)：一種是 GSM+GPS，一種是GPSONE。GSM+GPS 式定位終端使用 GPS 全球定位技術(shù)獲得地理坐標(biāo)，采用 SMS 短信技術(shù)進(jìn)行通訊；GPSONE 式移動(dòng)定位終端，使用 GPSONE 技術(shù)，可以采用 SMS 短信技術(shù)和 CDMA1X 技術(shù)進(jìn)行通訊。實(shí)際使用過(guò)程中，GSM+G

6、PS 式定位終端獲得了普遍的認(rèn)可，其中某市公安機(jī)關(guān)開(kāi)發(fā)的跟蹤系統(tǒng)進(jìn)入了公安部的設(shè)備列裝目錄。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)采用 GSM+GPS 式定位終端存在種種限制，有些受制于當(dāng)時(shí)的技術(shù)瓶頸，有些由于需求掌握的不透，導(dǎo)致設(shè)備的案情適應(yīng)面較窄。GSM+GPS的模式一般體積較大，尺寸為 12CM5CM3CM 左右，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，沒(méi)有防塵防水；待機(jī)時(shí)間3 天，可連續(xù)使用 2 個(gè)小時(shí)；通信方式采用短信，容易發(fā)生命令響應(yīng)不及時(shí)，導(dǎo)致命令失效，極端情況下還會(huì)發(fā)生短信擁塞，需要運(yùn)營(yíng)商對(duì) SIM 卡通訊復(fù)位；內(nèi)部沒(méi)有大容量的存儲(chǔ)器，依賴(lài)于定時(shí)上報(bào)，運(yùn)行軌跡的信息存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中， 通訊產(chǎn)生電量消耗較大，應(yīng)用場(chǎng)合限制較多。

7、某市開(kāi)發(fā)的移動(dòng)定位系統(tǒng)就是這種類(lèi)型，它采用控制電路與電源部分相分離的方式，在電路與電池之間使用連接線，采用強(qiáng)膠粘貼安裝，采用短信交互，可單次查詢(xún)和定時(shí)周期性匯報(bào)。由于模塊內(nèi)部集成了 GPS 功能，采用 GPSONE 技術(shù)研制的移動(dòng)定位終端的體積較GSM+GPS 模式的體積大幅減小。采用 GPSONE技術(shù)獲取定位信息，必須和運(yùn)營(yíng)商的定位網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)；在 GPS 有效時(shí)使用設(shè)備提供的經(jīng)緯度信息；在 GPS 無(wú)效時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)提供的定位信息，這也意味CDMA1X 通道被占用，通訊方式只能采用短信，一樣存在短信延時(shí)和擁塞問(wèn)題。另外的情況是：使用網(wǎng)絡(luò)提供的定位信息受運(yùn)營(yíng)商的定位精度影響，一般城市中誤差相對(duì)較小，

8、可控制在 50 米范圍內(nèi)，郊外則達(dá)到 500 米開(kāi)外。代表產(chǎn)品為上海與深圳生產(chǎn)的，原意與聯(lián)通的定位之星配套推廣，服務(wù)于兒童和老人的移動(dòng)定位終端，其按鍵、SIM 卡位、電源全部處于明顯位置，缺乏防水措施，沒(méi)有配備吸附安裝的磁鐵，體積在 6.5CM4.5CM3CM 左右，進(jìn)行改造后，體積通常在 7CM5CM3CM 左右，電池電量受結(jié)構(gòu)影響，容量在 800 毫安以?xún)?nèi)，待機(jī)時(shí)間約 2 天，系統(tǒng)多為網(wǎng)絡(luò)定位，受城市業(yè)務(wù)支持的成熟度影響較大。 總體上看，當(dāng)前應(yīng)用到部隊(duì)巡邏哨兵管理工作中的移動(dòng)定位終端種類(lèi)較少，功能單一。體積小的產(chǎn)品待機(jī)時(shí)間較短，時(shí)間長(zhǎng)的卻體積較大。體積較大的，定位技術(shù)(jsh)使用了GSM

9、+GPS，通訊方式是短信；體積較小的，定位(dngwi)技術(shù)使用了 GPSONE，通訊方式為短信；內(nèi)部沒(méi)有獨(dú)立(dl)的存儲(chǔ)器，難以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)采集；實(shí)用性和可靠性不夠；缺乏能夠同時(shí)有效支持以上幾種移動(dòng)定位模式的警用移動(dòng)定位終端。1.3主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)本課題的研究目標(biāo)是以某地市的實(shí)際項(xiàng)目為背景，對(duì)地市級(jí)部隊(duì)巡邏哨兵管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。該系統(tǒng)通過(guò)采用 GPS 和 GPRS 技術(shù)的移動(dòng)定位終端，獲取巡防車(chē)輛和人員的采用經(jīng)緯度坐標(biāo)表示的地理位置，用無(wú)線傳輸方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中。從移動(dòng)定位終端采集的巡防人員位置信息在電子地圖中以可視化方式顯示，可以按時(shí)間段、巡防點(diǎn)、巡防部門(mén)、巡防范圍等條

10、件顯示，從而對(duì)巡防工作的規(guī)劃、巡防點(diǎn)設(shè)置、巡防工作的量化考核等方面提供很好的技術(shù)支持。采集到的巡防人員位置信息，可通過(guò)公安內(nèi)外網(wǎng)交換技術(shù)連接到公安信息網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)巡防工作和警情的聯(lián)動(dòng)，提高警力調(diào)配的作戰(zhàn)能力。圍繞上述研究目標(biāo)，本論文的研究?jī)?nèi)容包括：1）針對(duì)巡防管理工作的要求，對(duì)地市級(jí)巡防管理的相關(guān)業(yè)務(wù)及其系統(tǒng)需求進(jìn)行深入分析，總結(jié)提煉適合地市級(jí)公安基層所隊(duì)巡防管理的需求。2）對(duì)地市級(jí)巡防管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要包括：一是利用 GPS 定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡防車(chē)輛和人員的精確可靠定位，定位精度達(dá)到 5-15 米的誤差范圍；二是利用 GPRS 通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)定位數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目?/p>

11、靠性；三是使用 GIS 技術(shù)，在電子地圖中按時(shí)間段、巡防點(diǎn)、巡防部門(mén)、巡防范圍等不同條件顯示巡防人員和車(chē)輛位置信息的可視化技術(shù)。四是利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)位置查詢(xún)和歷史軌跡查詢(xún)。 3）地市級(jí)巡防(xn fn)調(diào)度管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，包括架構(gòu)設(shè)計(jì)、移動(dòng)定位終端子系統(tǒng)、業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)子系統(tǒng)等。 4）系統(tǒng)測(cè)試(csh)及應(yīng)用，以驗(yàn)證其可行性和有效性。論文結(jié)構(gòu)(jigu)如下所示：第一章緒論。闡述研究背景及意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、研究目標(biāo)與內(nèi)容。第二章系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成，主要講解系統(tǒng)的硬件和軟件技術(shù)。 第三章GPS模塊的原理及設(shè)計(jì)第四章無(wú)線傳輸模塊和IC感應(yīng)模塊的原理及設(shè)計(jì)第五章系統(tǒng)測(cè)

12、試總結(jié)與展望?；仡櫤涂偨Y(jié)了本文工作，分析了存在的問(wèn)題并明確了下一步工作計(jì)劃。第二章 系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作(gngzu)原理2.1 系統(tǒng)(xtng)的結(jié)構(gòu)(jigu)組成2.1.1 系統(tǒng)性能該系統(tǒng)從性能方面來(lái)說(shuō)，主要具有如下特點(diǎn)：（1）定位參數(shù)引入GPSOne定位技術(shù)，可以彌補(bǔ)GPS定位技術(shù)的不足；此外，系統(tǒng)的熱啟動(dòng)時(shí)間小于3秒，冷啟動(dòng)時(shí)間小于20秒，定位誤差低于5米，在盲區(qū)的定位誤差小于15米。（2）存儲(chǔ)功能本系統(tǒng)具有較大的存儲(chǔ)容量，同時(shí)還可以采用SD卡對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。（3）電氣特性系統(tǒng)直接使用車(chē)內(nèi)的12V直流電源進(jìn)行供電，然后經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊后對(duì)不同的系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行供電，要求靜態(tài)電流不得高

13、于4毫安。2.1.2 系統(tǒng)構(gòu)成該系統(tǒng)主要由人機(jī)交互模塊、定位導(dǎo)航模塊以及主控模塊構(gòu)成，具體如下：（1）人機(jī)交互模塊人機(jī)交互模塊是本系統(tǒng)的核心模塊，也是系統(tǒng)與用戶(hù)進(jìn)行交互的直接模塊。它主要由鍵盤(pán)燈、觸摸屏、LED指示電路以及LED顯示屏構(gòu)成。（2）定位導(dǎo)航模塊該模塊主要完成系統(tǒng)的導(dǎo)航與定位功能，主要由GPS定位模塊以及GPSOne定位模塊構(gòu)成。（3）主控模塊主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)功能模塊進(jìn)行調(diào)度與控制，其主要由復(fù)位電路、電源、SPI接口、串口、存儲(chǔ)器以及中央處理器構(gòu)成。2.2系統(tǒng)(xtng)工作(gngzu)原理對(duì)系統(tǒng)(xtng)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)

14、開(kāi)發(fā)過(guò)程中不可或缺的工作。本系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)如圖4-2所示。圖4-2 系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方案Fig.4-2 The circuit design of system由圖4-2可知，系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方案中包括了人機(jī)交互模塊、電源管理模塊、外圍通信接口等，具體如下：（1）人機(jī)交互模塊。該模塊主要由按鍵、觸摸屏以及LCD顯示燈構(gòu)成。（2）電源管理模塊。該模塊對(duì)系統(tǒng)的電源進(jìn)行管理，主要由汽車(chē)內(nèi)的電源經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后進(jìn)行供電。（3）外圍通信接口。該模塊主要是為外界與終端提供通信的接口。（4）存儲(chǔ)模塊。該模塊主要用于存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)使用的存儲(chǔ)模塊是64M的NORFLASH與SDRAM。（5）定位模塊。該模塊包含了GP

15、S定位模塊以及GPSOne定位模塊兩種，本系統(tǒng)中使用M+12作為GPS定位模塊，使用DTG-800作為GPSOne定位模塊。（6）中央處理器。近年來(lái)，ARM公司研究的ARM核處理器得到了廣泛的認(rèn)可，因此本系統(tǒng)使用的是S3C2410作為處理器芯片。2.2.1 S3C2410處理器本系統(tǒng)(xtng)采用的是32位的S3C2410作為開(kāi)發(fā)板，其實(shí)物如圖4-3所示。圖4-3 S3C2410開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖Fig.4-3 S3C2410 board.處理器是嵌入式硬件平臺(tái)的核心，影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行(ynxng)性能34。因此，對(duì)于芯片封裝、外設(shè)接口以及運(yùn)行速度都有較高的要求，在對(duì)處理器進(jìn)行選擇時(shí)，首先(s

16、huxin)要考慮的就是結(jié)構(gòu)輕巧、功能強(qiáng)大以及運(yùn)行穩(wěn)定等原則。S3C2410作為三星公司首推的ARM內(nèi)核處理器，具有性能高、功耗低以及生產(chǎn)成本低等優(yōu)勢(shì)，在功能敏感以及成本低的領(lǐng)域具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。S3C2410采用的哈佛高速緩存體、BUS、AMBA以及MMU體系結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)緩沖器與指令緩存器。此外，S3C2410還搭載了CP15以及CP14作為內(nèi)部的協(xié)助處理器，其中CP15主要輔助存儲(chǔ)系統(tǒng)的控制，而CP14輔助調(diào)試的控制，其基本框架如圖4-4所示。圖4-4 S3C2410內(nèi)部(nib)結(jié)構(gòu)圖Fig.4-4 The internal structure of S3C2410由圖4-4可

17、知總結(jié)出S3C2410具有(jyu)以下功能35：（1）觸摸屏可以(ky)提供兩個(gè)模擬信號(hào)引腳以及四個(gè)控制信號(hào)引腳。（2）CMOS轉(zhuǎn)換器可以接收8個(gè)通道的模擬信號(hào)，并可以將其轉(zhuǎn)換為10位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。（3）提供117個(gè)通用的輸入/輸出端口，有11個(gè)表示的是中斷。（4）提供1通道內(nèi)部定時(shí)器以及4通道脈寬調(diào)制定時(shí)器，并且具有看門(mén)狗定時(shí)器功能。（5）提供1端口USB設(shè)備接口以及2端口USB主機(jī)接口。（6）16KB數(shù)據(jù)緩存器以及16K指令緩沖器的存儲(chǔ)單元，主要完成虛擬地址到物理地址的映射。（7）提供四種I2C的工作模式，具有4通道DMA控制器。（8）LED液晶控制器，為系統(tǒng)提供必要的控制信號(hào)。2.2.2

18、 GPS模塊電路設(shè)計(jì)全球定位系統(tǒng)中的硬件部分包括信號(hào)接收設(shè)備和天線，這里面的天線是信號(hào)接收的前端硬件設(shè)備，然后GPS接收機(jī)從中對(duì)信息進(jìn)行提取，再使用兩個(gè)通用異步串行的收發(fā)器進(jìn)行連接。在本系統(tǒng)中，使用的是M+12模塊，該模塊最大的特點(diǎn)在于其功耗較低、體積較小以及成本較低，其引腳的功能如表4-1所示。表4-1 引腳功能表Table4-1 The pin function table引腳編號(hào)功能詳細(xì)12345678910TTL TXD1TTL RXD1+3V RWMIPPSGROUNDBATTERYRESERVEDRTCMINANTERNNAVOLTAGERESERVED輸出3伏電平輸出3伏電平+3

19、V主電源脈沖控制信號(hào)地外部電源供電保留差分輸入3V或5V天線輸入電源保留此外，M+12模塊由MCU以及(yj)10個(gè)引腳相連，如圖4-5所示。圖4-5 GPS定位(dngwi)模塊Fig.4-5 GPS positioning module2.2.3 GPSOne模塊(m kui)電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的GPSOne定位模塊采用了Any DATA公司的DTGS-800模塊，同時(shí)通過(guò)該硬件能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位服務(wù)，其具體內(nèi)容包括36：（1）支持傳真以及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以對(duì)OEM進(jìn)行特別優(yōu)化，并且能夠建立快速網(wǎng)絡(luò)連接。（2）提供了2路SMS，可以使用AT命令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制(kngzh)，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)1

20、53kpbs。（3）能夠支持機(jī)、卡分離功能，提供(tgng)了MP3與MIDI接口。（4）內(nèi)置了UDP、IP以及TCP協(xié)議，可以完成(wn chng)GPSOne功能，對(duì)BREW、IS-95A/B以及CDMA20001XRTT進(jìn)行了較好的支持?？偟膩?lái)說(shuō)，DTGS-800能夠與CDMA1X網(wǎng)絡(luò)建立控制、采集以及連接關(guān)系，并且可以將IP分組接入到CDMA1X；而且，可以進(jìn)行相關(guān)信息的結(jié)構(gòu)化分解和組合處理，利用R232串口再將數(shù)據(jù)返回給車(chē)載終端，并且可以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛防盜功能。2.2.4 存儲(chǔ)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)該部分可以給信息和應(yīng)用本身需要的數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的存儲(chǔ)服務(wù)，所以導(dǎo)航定位服務(wù)必須有足夠的的存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)給軟

21、件系統(tǒng)提供相應(yīng)的服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)關(guān)鍵核心以及運(yùn)行代碼等。通常來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)器電路可以分成外部存儲(chǔ)和內(nèi)部存儲(chǔ)兩部分，外部存儲(chǔ)器包含了SD、FLASH以及SDRAM硬件設(shè)備，內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備則可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息存儲(chǔ)。（1）SD卡存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)對(duì)于巡邏哨兵系統(tǒng)而言，必須存儲(chǔ)大量的地理信息，同時(shí)還要完成信息的更新功能，這些數(shù)據(jù)通常都存儲(chǔ)在CF卡和SD卡之中。SD卡和MCU是連接的，通過(guò)SD的卡座，S3C2410就可以讀取卡中的所有數(shù)據(jù)，而SD卡又通過(guò)四條數(shù)據(jù)線以及兩條控制線與S3C2410連接，具體電路如圖4-6所示。圖4-6 SD卡電路(dinl)設(shè)計(jì)圖Fig.4-6 SD card circuit desi

22、gn（2）FLASH存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)NAND FLASH以及NOR FLASH是通用的FLASH常見(jiàn)的兩種類(lèi)型。相比較而言，NAND FLASH的讀寫(xiě)管理時(shí)間都大大的低于常規(guī)的硬件設(shè)備，同時(shí)該硬件能夠提供更大的空間，一般可以通過(guò)閃存技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用高速讀寫(xiě)操作。同時(shí)在容量一樣的前提下，其占用的空間更低一些，目前(mqin)常見(jiàn)的容量為8M-64M，通常在嵌入式的硬件環(huán)境當(dāng)中，可以和Linux的架構(gòu)相互結(jié)合，在硬件方面，可以通過(guò)MTD驅(qū)動(dòng)程序完成具體的擦除、讀、寫(xiě)操作，并且還實(shí)現(xiàn)了EDC/ECC的校驗(yàn)。在本文研究的系統(tǒng)中，使用的是K9F1208U0M作為處理器模塊，其容量為64K。S3C2410與N

23、AND FLASH的連接設(shè)計(jì)如圖4-7所示。圖4-7 S3C2410與NAND FLASH連接(linji)圖Fig.4-7 Connection of S3C2410 and NAND FLASH（3）SDRAM存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的存儲(chǔ)設(shè)備為現(xiàn)代公司的主流存儲(chǔ)硬件，該硬件當(dāng)中部署了存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，其具備整體價(jià)格較低、存儲(chǔ)空間非常大和管理方便等優(yōu)勢(shì)。在進(jìn)入了核心的操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)當(dāng)中以后，應(yīng)用中的人機(jī)接口、管理接口以及系統(tǒng)內(nèi)核都會(huì)調(diào)入到RAM中。但是，RAM的內(nèi)存空間非常小，無(wú)法同時(shí)存儲(chǔ)上述數(shù)據(jù)，因此(ync)將其存入SDRAM是最好的選擇，并且性?xún)r(jià)比較高，其接口電路設(shè)計(jì)如圖4-8所示。圖

24、4-8 SDRAM存儲(chǔ)器電路(dinl)設(shè)計(jì)圖Fig.4-8 SDRAM memory circuit design2.2.5 串口電路設(shè)計(jì)進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程以前，絕大部分的應(yīng)用管理和download操作(cozu)都需要采用JTAG接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是在本系統(tǒng)中，利用的是串口接口完成與PC端的通信。（1）S3C2410 UART模塊在S3C2410中，裝載了兩個(gè)具有異步收發(fā)功能的UART模塊，分別為UART1與UART2，它們都是利用RS232電纜進(jìn)行連接。利用UART進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可以通過(guò)程序設(shè)置為8位。此外，UART中的每個(gè)通道都用32位可用的字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，當(dāng)CPU將

25、數(shù)據(jù)寫(xiě)入到先入先出接口當(dāng)中，可以通過(guò)信息粘貼部分實(shí)現(xiàn)高速的應(yīng)用部署和更新，同時(shí)可以采用數(shù)據(jù)傳輸硬件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。在整個(gè)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程里，都需要注意反向操作的效率。（2）串口傳輸初始化整個(gè)系統(tǒng)中的硬件都是采用的TTL電平接口，那么要完成與PC端的交互，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，此處采用的是RS232轉(zhuǎn)換芯片，它具有價(jià)格低、集成度高以及功耗低等特點(diǎn)，S3C2410與PC端的串口通信電路設(shè)計(jì)如圖4-9所示。圖4-9 串行通信接口電路(dinl)設(shè)計(jì)圖Fig.4-9 Serial communication interface circuit design2.2.6 用戶(hù)(yngh)接口的電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)(xt

26、ng)的用戶(hù)接口里面，至少需要包括I/O功能以及顯示功能。（1）輸入模塊在巡邏哨兵系統(tǒng)中，用戶(hù)首先需要輸入具體的導(dǎo)航目標(biāo)信息，這些都需要通過(guò)接觸系統(tǒng)中的顯示設(shè)備和輸入設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，在這個(gè)部分當(dāng)中需要采用合理的電阻硬件，通過(guò)X+，X-,Y+,Y-表示。而鍵盤(pán)是對(duì)觸摸屏進(jìn)行輔助的，使用的是I/O接口直接驅(qū)動(dòng)，其電路設(shè)計(jì)如圖4-10所示。圖4-10 輸入模塊電路設(shè)計(jì)Fig.4-10 The input module circuit design（2）顯示模塊目前，使用LCD進(jìn)行顯示是最常見(jiàn)的做法，它的優(yōu)點(diǎn)在于(ziy)色彩豐富、對(duì)比性好以及反應(yīng)速度快等。在S3C2410內(nèi)部，集成了LCD控制器，它

27、可以將緩存區(qū)中的圖像信息顯示在LCD驅(qū)動(dòng)器上，接口電路設(shè)計(jì)如圖4-11所示。圖4-11 S3C2410與LCD連接(linji)電路圖Fig.4-11 Connection of S3C2410 and LCD diagram2.3本章(bn zhn)小結(jié)本章主要研究系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案。首先對(duì)系統(tǒng)的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后分析了硬件平臺(tái)的組成，對(duì)系統(tǒng)的性能以及構(gòu)成進(jìn)行研究。最后，完成了系統(tǒng)硬件的電路設(shè)計(jì)，比如GPS模塊電路設(shè)計(jì)、GPSOne模塊電路設(shè)計(jì)、存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)以及人機(jī)交互模塊電路設(shè)計(jì)等。第三章GPS模塊的原理(yunl)及設(shè)計(jì)3.1 GPS系統(tǒng)(xtng)3.1.1 GPS定位(dngwi

28、)原理由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測(cè)中，可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置（X,Y,Z）?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有4個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z和鐘差，因而需要引入第4顆衛(wèi)星，形成4個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度。事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住4顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組4顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一組用作定位，從而提高精度。本裝置的定位系統(tǒng)使用GPS接收機(jī)進(jìn)行自主定位，GPS接收模塊接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，將GPS信號(hào)的數(shù)據(jù)流提取出來(lái)，經(jīng)過(guò)字符

29、串操作就可以分別找出GPS信號(hào)中的經(jīng)度、緯度以及相應(yīng)的格林威治時(shí)間等定位信息(該時(shí)間加上8小時(shí)即為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí))。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，GPS接收機(jī)根據(jù)從三顆以上衛(wèi)星發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)算出自身所處的位置，完成定位。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。如下圖所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式：由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z及鐘差；GPS模塊再由此得到經(jīng)緯度、時(shí)間等信息；最后將這些信息通過(guò)串口以GPS信息的形

30、式發(fā)送出去。圖4.1 衛(wèi)星(wixng)定位原理圖4.1.2 GPS信息格式通常GPS模塊支持兩種格式：NMEA-0183 ASC II消息格式和二進(jìn)制消息格式。前者的通信協(xié)議為9600bit/s、無(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。后者的通信協(xié)議為4800bit/s、無(wú)校驗(yàn)、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位。NMEA-0183協(xié)議是美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)為了保證海上的通訊設(shè)備之間互相通訊、共享信息而制定的一種(y zhn)協(xié)議。由于NMEA-0183 ASC II格式直觀，易于識(shí)別和應(yīng)用，因此本系統(tǒng)采用NMEA-0183 ASC II格式。系統(tǒng)接收到的GPS數(shù)據(jù)主要由幀頭、幀尾和幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成，根據(jù)數(shù)據(jù)幀的不

31、同，幀頭也不相同，主要有“GPGGA”、“GPGSA”、“GPGSV”以及“GPRMC”等。GPS模塊接收到的GPS數(shù)據(jù)如下圖所示。通常不需要(xyo)了解NMEA-0183 ASC II格式的全部信息，僅需從中選取出需要的那部分定位數(shù)據(jù)即可，其余的信息都可以忽略掉。本系統(tǒng)選用推薦的：GPRMC數(shù)據(jù)幀。圖4.2 GPS數(shù)據(jù)幀的幾種格式各類(lèi)數(shù)據(jù)幀分別包含了不同的信息，在此列舉出“GPRMC”的各項(xiàng)含義：GPRMC，,*hh當(dāng)前位置的格林威治時(shí)間(shjin)，格式為hhmmss狀態(tài)：A為有效位置，V為非有效接收警告(jnggo)，即當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆。緯度(wid)，格式為ddm

32、m.mmmm標(biāo)明南北半球：N為北半球、S為南半球經(jīng)度，格式為dddmmmmmm標(biāo)明東西半球：E為東半球、W為西半球地面上的速度，范圍為0.0到999.9方位角，范圍為000.0到359.9度日期，格式為ddmmyy地磁變化，從000.0到180.O度地磁變化方向，為E或W由于幀內(nèi)各數(shù)據(jù)段由逗號(hào)分割，因此在處理緩存數(shù)據(jù)時(shí)一般是通過(guò)搜尋ASC II碼“$”來(lái)判斷是否是幀頭，在對(duì)幀頭的類(lèi)別進(jìn)行識(shí)別后再通過(guò)對(duì)所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)來(lái)判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位導(dǎo)航參數(shù)，并做出相應(yīng)的處理。GPS接收機(jī)只要與衛(wèi)星處于通訊狀態(tài)就會(huì)源源不斷地把接收到的GPS導(dǎo)航定位信息通過(guò)串口傳送到處理器。串口通訊只負(fù)責(zé)從

33、串口接收數(shù)據(jù)并將其放置于緩存，在沒(méi)有進(jìn)一步處理之前緩存中是一長(zhǎng)串字節(jié)流，是無(wú)法加以利用的。因此，需要對(duì)定位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。3.2 UART3.2.1 UART三種典型應(yīng)用使用UART與其它控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如下圖所示。由于LPC2103的I/O電壓為3.3V（但I(xiàn)/O口可承受5V電壓），所以連接時(shí)注意電平的匹配。圖4.3 使用(shyng)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換使用UART與PC機(jī)通訊，如下圖所示。由于PC機(jī)串口是RS-232電平，所以連接時(shí)需要(xyo)使用RS-232轉(zhuǎn)換器，LPC2103就是通過(guò)UART0進(jìn)行ISP操作的。圖4.4 使用(shyng)串口與PC機(jī)通訊當(dāng)使用Modem接口時(shí)，需要

34、一個(gè)RS-232轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS-232電平后，才能與Modem連接，如下圖所示。圖4.5 UART1與Modem接口電路3.2.2 UART寄存器本系統(tǒng)采用了第一種應(yīng)用，它主要用到的寄存器如下：表4.1 UART寄存器UnRBR：UART接收器緩存寄存器UnTHR：UART發(fā)送器保持寄存器UnIER：UART中斷使能寄存器UnIIR：UART中斷標(biāo)識(shí)寄存器UnFCR：UART FIFO控制寄存器UnLCR：UART控制寄存器UnLSR：UART狀態(tài)寄存器UnDLL：UART除數(shù)鎖存寄存器UnDLM：UART除數(shù)鎖存寄存器3.2.3 UART中斷(zhngdun)LPC2103 UART

35、接口具有中斷功能(gngnng)，而且由向量中斷控制器（VIC）管理(gunl)，UART0中斷和UART1中斷分別位于VIC中斷通道6和通道7，如下圖所示。圖4.6 UART與VIC的關(guān)系 UART0和UART1分別處于VIC的通道6和通道7，中斷使能寄存器VICIntEnable用來(lái)控制VIC通道的中斷使能。當(dāng)VICIntEnable6=1時(shí)，通道6中斷使能，即：UART0中斷使能；當(dāng)VICIntEnable7=1時(shí)，通道7中斷使能，即：UART1中斷使能。中斷選擇寄存器VICIntSelect用來(lái)分配VIC通道的中斷。當(dāng)某一位為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的通道中斷分配為FIQ；當(dāng)某一位為“0”時(shí)，對(duì)

36、應(yīng)的通道中斷分配為IRQ。VICIntSelect6和VICIntSelect7分別用來(lái)控制通道6和通道7，即：當(dāng)VICIntSelect6=1時(shí)，UART0中斷分配為FIQ中斷；當(dāng)VICIntSelect6=0時(shí)，UART0中斷分配為IRQ中斷；當(dāng)VICIntSelect7=1時(shí)，UART1中斷分配為FIQ中斷；當(dāng)VICIntSelect7=0時(shí)，UART1中斷分配為IRQ中斷。當(dāng)分配為IRQ時(shí)，還需要設(shè)置對(duì)應(yīng)的通道控制寄存器和地址寄存器。LPC2103 UART中斷主要(zhyo)分為4類(lèi)：接收(jishu)中斷、發(fā)送中斷、接收狀態(tài)中斷和Modem中斷，如下圖所示。其中(qzhng)，接收

37、狀態(tài)中斷指接收過(guò)程中發(fā)生了錯(cuò)誤，即接收錯(cuò)誤中斷。圖4.7 UART中斷示意圖LPC2103 UART接口具有16字節(jié)的接收FIFO，接收觸發(fā)點(diǎn)可以設(shè)置為1、4、8、14字節(jié)，當(dāng)接收到的字節(jié)數(shù)達(dá)到接收觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，便會(huì)觸發(fā)中斷。如下圖所示，通過(guò)UART FIFO控制寄存器UnFCR，將接收觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置為“8字節(jié)觸發(fā)”。那么當(dāng)UART接收8個(gè)字節(jié)時(shí)，便會(huì)觸發(fā)RDA中斷（注：在接收中斷使能的前提下）。圖4.8 RDA中斷示意圖系統(tǒng)采用接收中斷，當(dāng)接收到的字節(jié)數(shù)達(dá)到接收觸發(fā)點(diǎn)時(shí)，便會(huì)觸發(fā)中斷，系統(tǒng)設(shè)置接收觸發(fā)點(diǎn)為1。3.3 波特率計(jì)算(j sun)3.3.1系統(tǒng)(xtng)時(shí)鐘設(shè)置和VPB時(shí)鐘設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘(

38、shzhng)設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置也就是PLL設(shè)置，它的配置必須依照下面的原則：選擇需要的處理器操作頻率（CCLK）。這可以根據(jù)處理器的整體要求、UART波特率特 定設(shè)置的支持等因素來(lái)決定。記住外圍器件的時(shí)鐘頻率可以低于處理器頻率；選擇振蕩器頻率（Fosc）。CCLK一定是Fosc的整數(shù)（非小數(shù)）倍；計(jì)算M值以配置MSEL位。M = CCLK/Fosc，M的取值范圍為132。在PLLCFG中，寫(xiě)入MSEL位的值為M-1；選擇P值以配置PSEL位，使Fcco在定義的頻率限制范圍內(nèi)，F(xiàn)cco可通過(guò)前面的等式計(jì)算。P必須是1, 2, 4或8其中的一個(gè)。寫(xiě)入PLLCFG中PSEL位的值為：00表示P=1；

39、01表示P=2；10表示P=4；11表示P=8。晶振頻率Fosc：1025MHZFcco：156320MHZ系統(tǒng)頻率CCLK：1070MHZ根據(jù)公式：M=CCLK/Fosc，P=Fcco/(2*CCLK)可以計(jì)算出M和P的值。通過(guò)寄存器PLLCFG進(jìn)行設(shè)置。VPB時(shí)鐘設(shè)置一般設(shè)置VPB時(shí)鐘頻率Fpclk為晶振頻率，即Fpclk=Fosc。通過(guò)寄存器VPBDIV進(jìn)行設(shè)置。3.3.2波特率計(jì)算其中，（UnDLM：UnDLL）是由UnDLL和UnDLM一起構(gòu)成的16位除數(shù)。系統(tǒng)通過(guò)UART除數(shù)鎖存寄存器UnDLM和UnDLL進(jìn)行設(shè)置，與GPS接收器頻率同為9600bit/s。3.4 GPS模塊主要(

40、zhyo)函數(shù)3.4.1 GPS冷啟動(dòng)GPS冷啟動(dòng)命令(mng lng)用數(shù)組uint8 MColdStart13實(shí)現(xiàn)。函數(shù)void UART0SendByte(uint8 data)實(shí)現(xiàn)發(fā)送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，函數(shù)void UART0SendStr(uint8 const *str,uint32 num)實(shí)現(xiàn)發(fā)送字符串，發(fā)送冷啟動(dòng)命令(mng lng)的語(yǔ)句為：UART0SendStr（MColdStart，13）；GPS冷啟動(dòng)時(shí)間一般要23分鐘，待GPS啟動(dòng)并接收到數(shù)據(jù)，公交車(chē)可能已經(jīng)走過(guò)好幾站了，這是不允許的。而熱啟動(dòng)只需十幾秒鐘，這能很好的解決冷啟動(dòng)的問(wèn)題，但是熱啟動(dòng)要求不能斷電，所以我們

41、采用在系統(tǒng)使用備用電源對(duì)GPS芯片進(jìn)行供電。熱啟動(dòng)命令處理與冷啟動(dòng)相同，不再描述。3.4.2 GPS運(yùn)行函數(shù)流程圖函數(shù)：void _irq UART0_IRQ(void)當(dāng)UART中接受到1字節(jié)，觸發(fā)中斷，進(jìn)入中斷處理函數(shù)。該函數(shù)通過(guò)搜尋ASC II碼“$”來(lái)判斷是否是幀頭，再確定是否是數(shù)據(jù)幀“GPRMC”，最后存儲(chǔ)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)以便與站點(diǎn)經(jīng)緯度進(jìn)行匹配。該函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能流程圖如下：圖4.9 GPS運(yùn)行(ynxng)流程圖3.4.3 GPS數(shù)據(jù)幀幀頭匹配(ppi)函數(shù)函數(shù)(hnsh)：void match()GPS數(shù)據(jù)幀幀頭“GPRMC”用數(shù)組uint8 command6存儲(chǔ)，每次接收的字節(jié)放在數(shù)組

42、uint8 reccom6中，匹配時(shí)用reccom與command進(jìn)行比較，具體功能流程圖如下：圖4.10 幀頭匹配(ppi)流程圖3.4.4 經(jīng)緯度存儲(chǔ)(cn ch)函數(shù)函數(shù)(hnsh)：void addr()函數(shù)通過(guò)對(duì)所經(jīng)歷逗號(hào)個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)來(lái)判斷出當(dāng)前正在處理的是哪一種定位導(dǎo)航參數(shù)，然后找出經(jīng)緯度數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)起來(lái)。函數(shù)用數(shù)組uint8 latitude9存放緯度數(shù)據(jù)，用數(shù)組uint8 longidute10存放經(jīng)度數(shù)據(jù)。分析“GPRMC”數(shù)據(jù)幀的格式，我們知道當(dāng)逗號(hào)個(gè)數(shù)接收了3個(gè)后，后面的數(shù)據(jù)是緯度數(shù)據(jù)；當(dāng)逗號(hào)個(gè)數(shù)接收了5個(gè)后，后面的數(shù)據(jù)是經(jīng)度數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)放入相應(yīng)數(shù)組中就完成了經(jīng)緯度數(shù)據(jù)存

43、儲(chǔ)。函數(shù)功能流程圖如下：圖4.11 經(jīng)緯度存儲(chǔ)(cn ch)流程圖3.4.5 GPS數(shù)據(jù)處理GPS可信度分析(fnx)根據(jù)GPS信息格式介紹，我們(w men)知道GPS數(shù)據(jù)幀中有一個(gè)數(shù)據(jù)是狀態(tài)，用來(lái)提醒該數(shù)據(jù)幀是有效的還是無(wú)效（A為有效位置，V為非有效接收警告，即當(dāng)前天線視野上方的衛(wèi)星個(gè)數(shù)少于3顆。），無(wú)效狀態(tài)一般出現(xiàn)在車(chē)輛剛啟動(dòng)的時(shí)候，這會(huì)影響報(bào)站，使開(kāi)始的報(bào)站出錯(cuò)，甚至不報(bào)站。為了解決這個(gè)(zh ge)問(wèn)題，我們采用在數(shù)組uint8 latitude9和數(shù)組uint8 longidute10存放初始化數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為公交車(chē)路線起始站的經(jīng)緯度。程序運(yùn)行流程中，先檢測(cè)狀態(tài)，若為無(wú)效狀態(tài)，則用起

44、始站的經(jīng)緯度代替GPS接收到的經(jīng)緯度，一般第二站的時(shí)候公交車(chē)是能夠接收到有效的數(shù)據(jù)幀的。流程圖如下：圖4.12 GPS數(shù)據(jù)可信度處理流程系統(tǒng)響應(yīng)情況處理前面我們對(duì)公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析，知道系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中產(chǎn)生的綜合最大誤差為4.61m。而程序運(yùn)行中我們假設(shè)系統(tǒng)誤差范圍為10m，即當(dāng)公車(chē)進(jìn)入設(shè)定站點(diǎn)方圓10m范圍的時(shí)候，系統(tǒng)開(kāi)始自動(dòng)報(bào)站，所以最大綜合誤差對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)沒(méi)有影響。如圖：圖4.13 系統(tǒng)誤差范圍(fnwi)經(jīng)緯度存儲(chǔ)格式(g shi)和匹配系統(tǒng)經(jīng)緯度存儲(chǔ)格式(g shi)采用數(shù)據(jù)幀“GPRMC”中經(jīng)緯度格式，分別為緯度“ddmm.mmmm”和經(jīng)度“dddmmmmmm”。GPS

45、接收到的經(jīng)緯度信息（設(shè)為（X,Y）與既定站點(diǎn)經(jīng)緯度（設(shè)為（X0,Y0）匹配時(shí)，采用公式計(jì)算（X,Y）和(X0,Y0)距離，若距離小于10m，則匹配成功，進(jìn)行報(bào)站。3.5 GPS模塊的外圍電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用Protel進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)，GPS模塊的外圍電路原理圖如下：圖4.14 GPS模塊(m kui)的外圍電路原理圖3.6本章(bn zhn)小結(jié)本章首先對(duì)GPS定位原理和GPS信息格式進(jìn)行了介紹；然后介紹了UART原理、寄存器和UART中斷，詳細(xì)列出系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置、VPB時(shí)鐘設(shè)置和UART波特率計(jì)算的過(guò)程(guchng)，設(shè)置為GPS接收機(jī)的頻率9600bit/s；詳細(xì)介紹了GPS模塊的工作過(guò)

46、程，列出了主要功能函數(shù)并對(duì)GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理；最后介紹了該模塊的外圍連接電路原理圖設(shè)計(jì)。第四章無(wú)線傳輸模塊和IC感應(yīng)模塊的原理(yunl)及設(shè)計(jì)4.1無(wú)線傳輸模塊(m kui)原理及設(shè)計(jì)4.1.1 數(shù)據(jù)(shj)的接收操作通過(guò)全球定位系統(tǒng)和源代碼的融合，能夠?qū)崿F(xiàn)自定義的復(fù)雜服務(wù)。第一，如果系統(tǒng)中的接收模塊獲得了相關(guān)的內(nèi)容以后，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)串口將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵奶幚碓O(shè)備當(dāng)中，同時(shí)系統(tǒng)的相關(guān)程序會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通常來(lái)說(shuō)，使用Uart_Initial函數(shù)初始化串口1，從而完成對(duì)整個(gè)模塊的初始化。此外，采用Receive_GPS讀取GPS模塊與GPSOne模塊中的NMEA-0813信息，具體流程

47、如圖6-2所示。圖6-2 數(shù)據(jù)讀取流程圖Fig.6-2 Flow of reading data4.1.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，采用的是RS232對(duì)S3C2410與GPS實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)的傳輸。主要進(jìn)行系統(tǒng)中串行接口的參數(shù)更新等操作，同時(shí)可以完成其它相關(guān)硬件的操作，數(shù)據(jù)傳輸所采用的結(jié)構(gòu)通過(guò)下面的基本代碼表示：struct datatranstinput_dw r_istatus;/輸入模式標(biāo)志toutput_dw r_ostatus; /輸出模式標(biāo)志tcontrol_dw r_cstatus;/控制模式標(biāo)志tcontrol_dw r_cmode;/本地模式(msh)標(biāo)志cont_rol_data

48、PAGE; /控制字符;在如上的結(jié)構(gòu)(jigu)體里面，r_istatus和r_ostatus用于進(jìn)行(jnxng)數(shù)據(jù)信息的錄入和打印等操作，同時(shí)r_cstatus進(jìn)行的是串口傳輸參數(shù)的更新操作，比如字符位數(shù)、傳輸速率等。當(dāng)完成了對(duì)結(jié)構(gòu)體datatrans的賦值后，就可以對(duì)串口進(jìn)行初始化。4.1.3 定位數(shù)據(jù)解析（1）提取定位信息使用GPS-Parsenal函數(shù)可以對(duì)定位信息進(jìn)行解析，從而得出定位信息。經(jīng)過(guò)函數(shù)解析后的數(shù)據(jù)，可以將其放在GPS-INFI結(jié)構(gòu)體中，該結(jié)構(gòu)的定義代碼如下：typedef struct year-day M;string rename ;float weidu ;

49、/地理信息緯度f(wàn)loat jingdu ; /地理信息經(jīng)度string NB ;/南北緯string DX;/東西經(jīng)float rapid ; /速度double high ; /高度利用void Show-GPS函數(shù)可以輸出GPS與GPSOne混合定位信息，其具體流程如圖6-3所示。圖6-3 信息提取流程圖Fig.6-3 Flow of information extraction（2）定位(dngwi)主程序處理流程在對(duì)定位主程序進(jìn)行處理的過(guò)程中，主要經(jīng)過(guò)了系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)接收以及(yj)數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)。4.1.4 進(jìn)程(jnchng)間數(shù)據(jù)傳輸一旦可以進(jìn)行汽車(chē)的相關(guān)定位數(shù)據(jù)的獲取，相關(guān)的

50、功能模塊就能進(jìn)行進(jìn)一步的操作和管理。第一步，系統(tǒng)將進(jìn)行汽車(chē)定位數(shù)據(jù)的結(jié)合操作，之后按照操作得到的內(nèi)容完成后續(xù)的其它有關(guān)語(yǔ)言數(shù)據(jù)和地圖信息，并且顯示在觸摸屏上。此外，需要使用Linux的進(jìn)程通信對(duì)定位信號(hào)進(jìn)行處理，然后告訴系統(tǒng)確定的位置信息值。通常來(lái)說(shuō)，在Linux系統(tǒng)中，進(jìn)程間的通信包含了消息隊(duì)列、信號(hào)、信號(hào)量的數(shù)據(jù)傳輸和交替進(jìn)行的信息交互操作，本次設(shè)計(jì)過(guò)程中也包括了GPS功能模塊中數(shù)據(jù)內(nèi)容的傳輸測(cè)試。系統(tǒng)當(dāng)中采用了多種狀態(tài)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的操作，而且可以進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的仿真操作，最后將信號(hào)接收并進(jìn)行處理。在系統(tǒng)中，完成信號(hào)發(fā)生的函數(shù)為sigqueue，該函數(shù)的返回類(lèi)型是int，如果函數(shù)成功執(zhí)行

51、的話(huà)，那么返回值為0，輸入的是信號(hào)量和進(jìn)程編號(hào)。等待對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收的函數(shù)為sigsuspend，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程前，相關(guān)功能模塊主要完成的是數(shù)據(jù)內(nèi)容的監(jiān)聽(tīng)操作，在監(jiān)聽(tīng)到相關(guān)操作以后進(jìn)程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。4.2IC卡工作原理(yunl)及設(shè)計(jì)讀寫(xiě)器由單片機(jī)、鍵盤(pán)、顯示、監(jiān)控電路等部分組成。IC卡采用X76F100Y。X76F100為1288位的保密串行FLASH E2PROM，其中讀密碼和寫(xiě)密碼分別為64位。把芯片封裝在一個(gè)卡片上，將卡片插入IC卡讀寫(xiě)器的卡座中，讀寫(xiě)器就可以對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)加密、查詢(xún)、存款、取款等功能。IC卡座有8個(gè)引腳，當(dāng)X76F100Y插入時(shí)，正好同這幾個(gè)引腳相連。另外還有兩

52、個(gè)固定(gdng)端，其中一個(gè)固定端同卡座上一個(gè)彈簧片相連，兩個(gè)觸點(diǎn)和簧片就相當(dāng)于一個(gè)常閉開(kāi)關(guān)。當(dāng)卡未插入時(shí)，簧片閉合，P3.2腳保持低電平；當(dāng)卡插入時(shí)，簧片被頂開(kāi)，P3.2腳變?yōu)楦唠娖?。?dāng)單片機(jī)檢測(cè)到P3.2腳變高，通過(guò)P1.3 使X76F100的RST引腳變高，使其復(fù)位2 。如下圖所示。讀卡器從接口上來(lái)看主要有：并口讀卡器、串口讀卡器材、USB讀卡器、PCMICA卡讀卡器和IEEE 1394讀卡器。前兩種讀卡器由于接口速度慢或者安裝不方便已經(jīng)基本被淘汰了。USB讀卡器是目前市場(chǎng)上最流行(lixng)的讀卡器，PCMICA卡讀卡器最主要的被應(yīng)用在筆記本電腦上，而IEEE 1394讀卡器由于支

53、持的接口還沒(méi)有流行，應(yīng)用還不太廣泛。按協(xié)議，讀卡器從讀卡協(xié)議上劃分可以分為兩種，一種是485讀卡器，一種是韋根讀卡器。韋根26和34協(xié)議，這兩種協(xié)議是常規(guī)協(xié)議。按讀卡類(lèi)型，讀卡器從讀卡類(lèi)型上分為IC讀卡器與ID讀卡器，IC卡讀卡器是一種非接觸IC卡讀寫(xiě)設(shè)備，它通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的連接，單獨(dú)5V電源供電或鍵盤(pán)口取電，其支持訪問(wèn)射頻卡的全部功能。該系列設(shè)備應(yīng)用于門(mén)禁、考勤、會(huì)議簽到、高速公路、旅游、停車(chē)場(chǎng)、公交收費(fèi)、商場(chǎng)消費(fèi)、會(huì)員系統(tǒng)以及各種應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)卡系統(tǒng)。ID卡讀卡器是用來(lái)讀ID卡的，讀卡器支持即插即用、在使用過(guò)程可以隨意拔插，不用外加電源,用戶(hù)不用加載任何驅(qū)動(dòng)程序，windows系

54、統(tǒng)直接將其當(dāng)成HID類(lèi)設(shè)備鍵盤(pán)。計(jì)算機(jī)USB口接入讀卡器后，讀卡器“滴”一聲開(kāi)始自檢及初始化，再“滴”一聲初始化成功，進(jìn)入等待刷卡狀態(tài)。ID卡讀卡器應(yīng)用于資料錄入、信息查詢(xún)、網(wǎng)吧登記、圖書(shū)借閱、會(huì)議簽到、出入控制等場(chǎng)合。市場(chǎng)上主要的閃存或者多媒體卡主要為：SM卡、CF卡、MicroDrive、MemoryStick、MMC卡和SD卡。 按照讀取的閃存種類(lèi)來(lái)分，讀卡器又被分為單功能讀卡器、多功能讀卡器。單功能讀卡器一般只能讀取一種類(lèi)型的閃存卡，如CF讀卡器只能讀取CF閃存卡，SM讀卡器只能讀取SM閃存卡，這類(lèi)讀卡器的價(jià)格較低，只要100元；而多功能讀卡器則是對(duì)各種閃存卡通吃，無(wú)論是SM卡、CF卡

55、還是MemoryStick都可以輕松讀取，不過(guò)這類(lèi)產(chǎn)品的價(jià)格稍稍高一點(diǎn)，根據(jù)讀取閃存卡的種類(lèi)多少，價(jià)格在200-500之間不等。數(shù)據(jù)交換方式按照IC卡與讀寫(xiě)設(shè)備的數(shù)據(jù)交換方式，IC卡可分為接觸型IC卡和非接觸型IC卡。接觸型IC卡就是在使用時(shí)，通過(guò)有形的電極觸點(diǎn)將卡的集成電路與外部接口設(shè)備直接接觸連接來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的IC卡。非接觸型IC卡是通過(guò)無(wú)線電波或電磁場(chǎng)感應(yīng)的方式，將卡中集成電路內(nèi)的數(shù)據(jù)與外部設(shè)備接口設(shè)備通信，卡片不用直接接觸接口設(shè)備的電極就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)2 。第五章系統(tǒng)(xtng)測(cè)試5.1測(cè)試(csh)方案系統(tǒng)測(cè)試是對(duì)工作成果的驗(yàn)證，也是對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的不斷修正和改進(jìn)的過(guò)程，是應(yīng)用

56、系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。為驗(yàn)證設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)的基于GPS的巡邏(xnlu)哨兵管理系統(tǒng)是否達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要確定試驗(yàn)方案并進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。整個(gè)測(cè)試方案分為三個(gè)層次：硬件測(cè)試：在系統(tǒng)硬件設(shè)備完成設(shè)計(jì)安裝之后，需要進(jìn)行硬件測(cè)試。這個(gè)階段的測(cè)試工作是基礎(chǔ)，只有保證硬件有正確可靠的功能和性能，才能進(jìn)行下一階段的測(cè)試；各應(yīng)用程序單獨(dú)測(cè)試：主要針對(duì)各應(yīng)用程序單獨(dú)測(cè)試，檢驗(yàn)其功能是否實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試：硬件測(cè)試和各應(yīng)用程序測(cè)試通過(guò)之后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試。5.2測(cè)試過(guò)程及結(jié)果(1)硬件測(cè)試。借助硬件開(kāi)發(fā)裝置(如仿真器、邏輯分析儀)、硬件專(zhuān)用調(diào)試小程序(串口調(diào)試助手等)及相關(guān)測(cè)試儀器對(duì)硬件有關(guān)功能、性能進(jìn)行測(cè)試與

57、調(diào)整，確認(rèn)了硬件設(shè)備設(shè)計(jì)、安裝的正確性。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)硬件工作正常，無(wú)短路、斷路、發(fā)熱等異?，F(xiàn)象。(2)各應(yīng)用程序測(cè)試。下表為各應(yīng)用程序測(cè)試結(jié)果：表5.1 各應(yīng)用程序測(cè)試結(jié)果應(yīng)用程序 測(cè)試結(jié)果哨兵日志記錄 能夠記錄哨兵執(zhí)勤情況未按規(guī)定路線 能夠發(fā)出報(bào)警信息遇到緊急情況 能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息(3)系統(tǒng)聯(lián)合測(cè)試。由于條件有限，本測(cè)試不能上路實(shí)測(cè)。因此，我們采取在寬敞的場(chǎng)地（學(xué)校操場(chǎng)）進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的具體過(guò)程分為兩步：先將GPS模塊經(jīng)RS232連接到PC機(jī)上到操場(chǎng)指定的位置接收GPS信息，并記錄該位置的經(jīng)度，緯度。將GPS模塊重新連接到系統(tǒng)上，啟動(dòng)系統(tǒng)，將系統(tǒng)沿第一步指定的位置移動(dòng)，當(dāng)系統(tǒng)到達(dá)(dod

58、)指定位置時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警第六章、總結(jié)(zngji)本系統(tǒng)主要闡述(chnsh)了對(duì)基于GPS的巡邏哨兵管理系統(tǒng)方面的研究。在整個(gè)課題的研究過(guò)程中主要(zhyo)做了以下工作：(1)基于GPS的巡邏哨兵管理系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，包括電路設(shè)計(jì)、焊接。(2) GPS模塊的原理及設(shè)計(jì)。首先對(duì)GPS定位原理和GPS信息格式進(jìn)行了介紹；然后介紹了UART原理、寄存器和UART中斷，詳細(xì)列出系統(tǒng)時(shí)鐘設(shè)置、VPB時(shí)鐘設(shè)置和UART波特率計(jì)算的過(guò)程，設(shè)置為GPS接收機(jī)的頻率9600bit/s；詳細(xì)介紹了GPS模塊的工作過(guò)程，列出了主要功能函數(shù)和GPS數(shù)據(jù)處理；最后介紹了該模塊的外圍連接電路原理圖設(shè)計(jì)。(3) 報(bào)警模塊的

59、原理及設(shè)計(jì)。介紹了定時(shí)器的原理及應(yīng)用、信號(hào)放大原理及其外圍電路、信號(hào)的外圍存儲(chǔ)和語(yǔ)音播放的中斷處理。(4) GPRS的原理及其應(yīng)用。GPRS概述、UART原理及其應(yīng)用、AT指令集和GPRS外圍電路的設(shè)計(jì)。(5) 系統(tǒng)測(cè)試。介紹了系統(tǒng)的測(cè)試方案、測(cè)試過(guò)程及測(cè)試結(jié)果。本系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的功能，對(duì)部隊(duì)哨兵進(jìn)行嚴(yán)格的管理，并能夠確保哨兵遇到緊急情況能夠及時(shí)進(jìn)行報(bào)警。參考文獻(xiàn)1 曹夢(mèng)龍，巡邏哨兵系統(tǒng)自主重構(gòu)技術(shù)與信息融合(rngh)算法研究D，哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009年.2 黃祿虎，在汽車(chē)導(dǎo)航系統(tǒng)中數(shù)據(jù)和路線(lxin)檢索系統(tǒng)的研究及設(shè)計(jì)D，沈陽(yáng)工業(yè)(gngy)大學(xué)，2006年.3 王曉寧，基于A

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