【正文】 ....... 10 GPS 的應(yīng)用 ...................................... 12 STM32 處理器 ........................................ 13 總線構(gòu)架 ........................................ 14 存儲器組織 ...................................... 16 電源 ............................................ 17 本章小結(jié) ............................................. 18 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計與開發(fā) ................................... 19 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計 ..................................... 19 GPRS 模塊硬件設(shè)計 ................................... 20 UART 接口 ...................................... 20 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)指示 .................................... 21 SIM 卡接口 ...................................... 22 音頻接口 ........................................ 23 電 源接口 ........................................ 25 USB 總線接口 .................................... 25 GPRS 模塊整體電路 ............................... 26 GPS 模塊硬件設(shè)計 ..................................... 26 II GPS 模塊結(jié)構(gòu)框圖 .................................27 GPS 模塊設(shè)計 .....................................28 STM32 處理器設(shè)計 .....................................29 時鐘電路設(shè)計 .....................................29 系統(tǒng)時鐘 SYSCLK ...................................32 系統(tǒng)復(fù)位 .........................................32 人機(jī)接口設(shè)計 ..........................................34 TFT 寸彩色液晶屏 ..............................34 按鍵和 LED 電路 ...................................35 輔助電路設(shè)計 ..........................................35 RS232 通信模塊 ...................................35 系統(tǒng)供電電路 .....................................36 JTAG 仿真調(diào)試接口 ................................37 串行 E2PROM 存儲器 ..............................37 本章小結(jié) ..............................................38 第 4 章 操作系統(tǒng)移植和軟件設(shè)計開發(fā) ............................39 uCOSII 嵌入式操作系統(tǒng)移植 ............................39 uCOSII 嵌入式系統(tǒng)簡介 ............................39 uCOSII 系統(tǒng)的移植 ................................41 GPRS 模塊軟件設(shè)計 ....................................44 GPS 模塊軟件 .........................................46 人機(jī)接口軟件設(shè)計 ......................................48 輔助程序設(shè)計 ..........................................49 串口軟件設(shè)計 .....................................49 串行 E2PROM 存儲器的軟件設(shè)計 ....................50 輕觸開關(guān)和 LED 的軟件設(shè)計 ........................51 本章小結(jié) ..............................................52 結(jié)論 ..........................................................53 參考文獻(xiàn) ......................................................55 致謝 ..........................................................57 附錄 1 開題報告 ...............................................59 附錄 2 文獻(xiàn)綜述 ...............................................65 III 附錄 3 中期報告 .............................................. 71 附錄 4 外文翻譯 .............................................. 79 附錄 5 外文文獻(xiàn) .............................................. 89 第 1 章 緒論 1 第 1 章 緒論 課題背景 衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供的位置、速度及時間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)是全球發(fā)展最快的三大信息產(chǎn)業(yè)之一，涉及集成電路技術(shù)、軟件技術(shù)、通訊技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等多領(lǐng)域的戰(zhàn)略性高新科技，在信息、交通、安全防衛(wèi)、農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、防災(zāi)、救災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)展前景十分廣闊 [1]。 隨著社會的不斷進(jìn)步，車輛在人們的生活 中起了越來越重要的作用，而車輛帶來的問題也日趨明顯，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)集合全球衛(wèi)星定位技術(shù) ， 現(xiàn)代移動通信技術(shù) ， 地理信息系統(tǒng)技術(shù)于一身 ， 不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)主要作用 ， 同時還可以提供防盜防搶劫報警 ， 緊急醫(yī)療求助等多種服務(wù) [2]。 車載導(dǎo)航和監(jiān)控系統(tǒng)是 ITS 的重要組成部分，它們在很大的程度上依靠GPS 定位技術(shù)、 GIS 地圖服務(wù)技術(shù)和無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其功能。 GIS 電子地圖，為車輛監(jiān)控系統(tǒng)提供了一個車輛位置信息的一個形象的可視化表現(xiàn)手段， GPS 定位技術(shù)使車輛監(jiān)控中的實(shí)時跟蹤定位成為可能，而 GPRS 無線通信技術(shù)則在 GIS 和 GPS 之間建立一座無線數(shù)據(jù)通信的橋梁，使得遠(yuǎn)程監(jiān)控成為可能。通過準(zhǔn)確的定位，配合無線通信技術(shù)以及數(shù)字地圖，車輛監(jiān)控系統(tǒng)可以進(jìn)行實(shí)時車輛狀態(tài)監(jiān)控、規(guī)劃出行路線、引導(dǎo)車輛避開擁擠路段，提高道路通行能力，緩解道路擁擠和堵塞 [3]。 本系統(tǒng)研究的國內(nèi)外 現(xiàn)狀 國外對車輛導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究比較早，大約開始于 20世紀(jì) 60年代，最初主要應(yīng)用于軍事上。近十年來車輛導(dǎo)航與監(jiān)控系統(tǒng)的研究已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，開發(fā)了各種智能化車載導(dǎo)航與監(jiān)控電子裝置，并被廣泛應(yīng)用于汽車上。就目前情況來看，日本是當(dāng)今車輛導(dǎo)航定位監(jiān)控 系統(tǒng)發(fā)展最為成功的國家之一。在日本的一些豪華汽車上，電子導(dǎo)航設(shè)備已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置。在日本和歐美，裝載有導(dǎo)航設(shè)備的汽車數(shù)量比例非常高。 2020 年日本汽車車載導(dǎo)航設(shè)備安裝率高達(dá) 59％，歐美約在 25％左右。同時，在北美、歐洲、燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 日本等地，汽車導(dǎo)航銷售額居各類 GPS 市場之首。車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)可以很方便的使駕駛員得到車輛的具體位置、速度和方向等信息；還可以提供路線查詢、路徑查詢，以使駕駛員可以更快的到達(dá)目的地；以及遭遇人身安全問題時，獲得緊急求助 [4]。 目前，國內(nèi)的車載導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)存在著很多問題。首先從衛(wèi)星導(dǎo)航的整個 應(yīng)用而言，我國在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域基本上都是依靠進(jìn)口的 GPS 芯片，國內(nèi)廠商在這些芯片產(chǎn)品上進(jìn)行二次開發(fā)，生產(chǎn)車載終端、自導(dǎo)航和手持定位儀等產(chǎn)品。 2020 年國內(nèi)自主研發(fā)的首款應(yīng)用于車載的衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片 “ 航芯二號 ” 的設(shè)計成功，表明國內(nèi)已經(jīng)完全具備 GPS、伽利略、北斗等全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的開發(fā)能力，可以替代進(jìn)口產(chǎn)品，成為中國集成電路設(shè)計領(lǐng)域的重要技術(shù)突破 [5]。另外，國內(nèi) GPS 應(yīng)用尚未實(shí)現(xiàn)普及，并非是技術(shù)和硬件問題，而主要在于滿足用戶需求的服務(wù)比較少。國內(nèi)在智能車載裝置的研發(fā)還要進(jìn)一步加大投入，增加系統(tǒng)的功能、提高 系統(tǒng)性能。隨著嵌入式微處理器的不斷發(fā)展和我國自主研發(fā)衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航接收芯片的不斷完善，相信我國的車載監(jiān)控終端會朝著功能越來越完善、性能越來越穩(wěn)定、設(shè)計越來越人性化的方向快速發(fā)展。 本文主要研究內(nèi)容和工作 近年來 ， GPS 在車輛管理和調(diào)度系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 本系統(tǒng)采用 STM32 為控制器，用 GPS 模塊來實(shí)現(xiàn)空間的定位，用 GPRS 模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的通信控制， 具有數(shù)據(jù)管理、精確定位、實(shí)時監(jiān)控和直觀顯示等功能 ，十分適合車輛定位系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。 基于以上的設(shè)計方案，采用性價比高的 STM32 處理器為控制核心，采用 UART 接口讀取車輛的 GPS 定位信息，經(jīng)過信息處理把信息顯示在屏幕上， 利用 AT 指令通過串口和 GPRS 模塊進(jìn)行通訊 ， 通過 GPRS 模塊把采集到的信息通過 TCP/IP 協(xié)議送到 Inter 網(wǎng)絡(luò)或通過短信發(fā)送到指定的手機(jī)上，在遠(yuǎn)程收到定位信息后通過已有的數(shù)據(jù)庫確定路況，路線等信息。 實(shí)時連續(xù)地對車輛的準(zhǔn)確位置，速度，方向以及周圍的詳細(xì)地理環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控和查詢，對最優(yōu)路徑進(jìn)行計算和規(guī)劃，幫助駕駛員及時了解車輛目前的位置和第 1 章 緒論 3 狀況，從而快速，安全，準(zhǔn)確地到達(dá)目的地。 基于以上系統(tǒng)設(shè)計思想，我 將 從 GPRS 模塊、 GPS 模塊、 STM32 處理器 等模塊詳細(xì)介紹系統(tǒng)的設(shè)計，本文結(jié)構(gòu)如下： 第 1 章，緒論。簡要介紹了論文選題的背景及意義、課題的來源及各章節(jié)結(jié)構(gòu)。 第 2 章， 系統(tǒng)總體設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù) 。主要介紹了 系統(tǒng)的總體設(shè)計思想，然后詳細(xì)介紹了與此相關(guān)的 GPRS 無線通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，全球定位系統(tǒng) GPS 系統(tǒng)的產(chǎn)生、發(fā)展、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)格式，和 STM32 處理器等關(guān)鍵技術(shù)，為后面的應(yīng)用做準(zhǔn)備； 第 3 章， 系統(tǒng)硬件設(shè)計與開發(fā)，詳細(xì) 介紹了 定位 系統(tǒng)的 GPRS 模塊的硬件結(jié)構(gòu)和電路設(shè)計； GPS 模塊的電氣特性和接口設(shè)計； STM32 處理 器的總線結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)時鐘、電源等必備硬件結(jié)構(gòu)； LCD 液晶顯示等人機(jī)接口的電路設(shè)計；電源模塊等輔助電路的設(shè)計； 第 4 章， 操作系統(tǒng)的移植和軟件的設(shè)計開發(fā) 。 鑒于系統(tǒng)復(fù)雜繁多的任務(wù)量，把 適用于嵌入式系統(tǒng)的搶占式實(shí)時多任務(wù)操作系統(tǒng) UCOSII 移植到本系統(tǒng)中，為后面的任務(wù)分配做好準(zhǔn)備工作；并 詳細(xì)介紹了 系統(tǒng)各模塊的通信協(xié)議和軟件接口并編寫相應(yīng)的各模塊的程序；最終結(jié)合硬件完成整個系統(tǒng)的軟件硬件搭建； 第 5 章，總結(jié)與展望。首先對本課題完成的工作進(jìn)行了總結(jié)，然后結(jié)合本課題涉及領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了展望。 第 2 章 系統(tǒng)總體設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù) 5 第 2 章 系統(tǒng) 總 體設(shè) 計和關(guān)鍵技術(shù) 系統(tǒng)的整體設(shè)計 本系統(tǒng)采用性價比高的 STM32 處理器為控制核心 ， 采用 UART 接口讀取車輛的 GPS 定位信息 ， 經(jīng)過信息處理把信息顯示在屏幕上 ， 利用 AT 指令通過串口和 GPRS 模塊進(jìn)行通訊 ， 通過 GPRS 模塊把采集到的信息通過TCP/IP 協(xié)議送到 Inter 網(wǎng)絡(luò)或通過短信發(fā)送到指定的手機(jī)上 ， 在遠(yuǎn)程收到定位信息后通過已有的數(shù)據(jù)庫確定路況 ， 路線等信息 。 S T M 3 2 控 制 器G P S 模 塊鍵 盤 輸 入G P R S 模 塊屏 幕 顯 示c 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖