【正文】 河北工業(yè)大學城市學院2012屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書河北工業(yè)大學城市學院畢業(yè)設(shè)計說明書 作 者： 趙歡 學 號： 087656 系： 信息工程系 專業(yè)： 電子科學與技術(shù) 題 目： 基于ARMLinux平臺的GPS定位系統(tǒng) 指導(dǎo)者： 王偉 副教授 評閱者： 田漢民 講師 2012年6月6日畢業(yè)設(shè)計（論文）中文摘要 題目 基于ARMLinux平臺的GPS定位系統(tǒng)摘要： GPS即全球定位系統(tǒng)（Global Position System），隨著經(jīng)濟技術(shù)不斷的發(fā)展，定位與導(dǎo)航在各行業(yè)的應(yīng)用越來越普遍。本設(shè)計內(nèi)容是研究實現(xiàn)一種基于ARMLinux平臺與圖形用戶界面的GPS定位系統(tǒng)。首先根據(jù)需求分析選擇三星S3C2440芯片作為系統(tǒng)的微處理器，通過對處理器與存儲模塊、電源模塊、GPS接收模塊、LCD觸摸屏等進行電路設(shè)計，確定了定位系統(tǒng)的硬件平臺；隨后建立交叉編譯環(huán)境與QT開發(fā)環(huán)境，構(gòu)建嵌入式Linux系統(tǒng)平臺，在分析GPS接收機輸出明文標準NMEA018以及GPS硬件通信原理的基礎(chǔ)上，對GPS圖形用戶界面與GPS軟件系統(tǒng)進行了設(shè)計。該系統(tǒng)通過GPS模塊接收來自GPS定位衛(wèi)星的定位信息，并將定位信息進行實時處理，在顯示終端LCD上顯示出來。經(jīng)測試該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，精確度高，用戶界面良好，具有很好的應(yīng)用意義。關(guān)鍵字：GPS定位系統(tǒng) ARMLinux平臺 QT圖形用戶界面 S3C2440河北工業(yè)大學城市學院2012屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計（論文）外文摘要Title Based on ARMLinux of GPS positioning system AbstractA GPS position system based on ARMLinux platform and graphic user Interface（GUI） was designed and realized in this work. Choosing S3C2440 as microprocessor, we constructed the GPS hardware system through circuit design which includes memory circuit, power circuits, GPS model and LCD touchscreen circuit, etc. Then we established crosspiling and QT developing environments, and then constructed the embedded Linux platform. GPS GUI and GPS applied progARMs were designed based on the analysis of standard NMEA0183 statement and GPS hardware munication principles. The designed GPS position terminal has a good user interactive interface, and runs well, which also was proved to be reliable, precise and of high practical values. Keywords: GPS position system ARMLinux platform QT GUI S3C2440 目 次 1引言 1 1 研究意義 1 嵌入式開發(fā)的前景 1 主要工作 12 GPS技術(shù)介紹 2 GPS基礎(chǔ) 2 GPS定位原理 2 GPS數(shù)據(jù)與GPS協(xié)議 2$GPGGA 2$GPRMC 3$GPVTG 4$GPGLL 4 當前衛(wèi)星信息$GPGSA 43 GPS定位系統(tǒng)的硬件的設(shè)計 5 5 5 5 HY57V561620的結(jié)構(gòu) 6 S3C2440與HY57V561620接線方法： 6 GPS模塊設(shè)計 7 電源模塊 104 GPS定位系統(tǒng)的軟件開發(fā) 14 Linux 14 15 創(chuàng)建QT開發(fā)平臺 17 ubuntu下安裝串口工具mini 20 22 GPS用戶界面 24 27 GPS信息獲取 27 GPS信息顯示 325 GPS定位系統(tǒng)的測試 37結(jié) 論 39參考文獻 40致 謝 41附 錄 A 42河北工業(yè)大學城市學院2012屆本科畢業(yè)設(shè)計說明書 第51頁 1引言嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，把計算機技術(shù)作為基礎(chǔ)，軟件硬件可剪裁并且應(yīng)用系統(tǒng)在功能，可靠性，成本，體積，功耗上都具有很高的標準。更面向于針對具體對象的開發(fā)。從應(yīng)用的角度看嵌入式系統(tǒng)是“控制監(jiān)視或者輔助控制機器和設(shè)備運行的系統(tǒng)”。從技術(shù)的角度看:可以理解成帶有CPU的專用軟硬件系統(tǒng)。[5]嵌入式開發(fā)具有很廣闊的前景。 研究意義嵌入式在國內(nèi)雖然有很大的發(fā)展空間，卻嚴重缺少專業(yè)的人才，嵌入式是將計算機技術(shù)，電子技術(shù)，半導(dǎo)體技術(shù)的具體應(yīng)用結(jié)合到一起的綜合學科，對技術(shù)知識要求很高且資源不足，又要滿足更小型化，在相同的硅片上潛入功能強大的系統(tǒng)，必須高效率的設(shè)計硬件和軟件。 嵌入式開發(fā)的前景隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及電子技術(shù)制造工藝的進步，嵌入式硬件的體積將會不斷縮小，系統(tǒng)穩(wěn)定性不斷在加強將來會把更多的功能集成在一塊很小的芯片上。功耗降低，功能越強，隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和IPV6技術(shù)的應(yīng)用，會有更多的嵌入式產(chǎn)品加入到網(wǎng)絡(luò)中。嵌入式技術(shù)也會也來越成熟。 主要工作首先在前期是查閱一些相關(guān)的文獻學習一些基本的知識與設(shè)計思路，器件的選型，例如GPS模塊原理，以及GPS協(xié)議。之后主要是完成硬件部分的設(shè)計，主要包括SDRAM，NandFlash，晶振，電源，GPS，LCD，Jlink各部分與中央處理器的連接，設(shè)計出電路圖在面包板搭接出電路。再次，是完成軟件部分，由于要完成GPS的定位，必須包含軟件的控制部分，硬件是骨架，軟件則是靈魂。工欲善其事必先利其器，要想很好的完成軟件部分設(shè)計，建立軟件開發(fā)環(huán)境包括Ubuntu Linux的安裝，常用工具的安裝，創(chuàng)建交叉編譯環(huán)境，編譯好定位程序，調(diào)試運行。最后，完善部分，由于GPS的輸出是按照NAME0183協(xié)議的格式輸出的，使用者并不知道0183協(xié)議并不利于用戶使用，所以進行進一步完善，安裝QT開發(fā)環(huán)境進入QT編程，開發(fā)出一個圖形界面顯示經(jīng)緯度，高度。完成畢業(yè)設(shè)計。2 GPS技術(shù)介紹 GPS基礎(chǔ)GPS主系統(tǒng)是由美國發(fā)射的衛(wèi)星系統(tǒng)，由27顆衛(wèi)星組成，其中24個正常使用，3個備用，27顆衛(wèi)星不間斷的發(fā)送地理位置海拔高度和時間信號，由地面的接收機接受再做處理，一般的接收機可以接收5至12個衛(wèi)星信號。全球定位系統(tǒng)分為三部分：太空衛(wèi)星部分：24顆繞極轉(zhuǎn)動的衛(wèi)星分成六個軌道，在20200公里的高空運動，轉(zhuǎn)動一周約12小時，每個衛(wèi)星都不停的發(fā)射載有衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)及時間的無線電波以供地球上的各種接收機接收。地面管制部分：在地面設(shè)置的地面管制站主要任務(wù)是追蹤控制衛(wèi)星運轉(zhuǎn)，修正維護每個衛(wèi)星能保持運轉(zhuǎn)的個性參數(shù)，確保接收信息的可靠性。終端設(shè)備：追蹤GPS衛(wèi)星并隨時計算出接收機所在位置的坐標，移動速度及時間。GPS接收機及一般分為：無線藍牙GPS，USB接口GPS。 GPS定位原理 先要確定三維空間中某一點的具體位置，就要把待測點放置在三個不同的平面，及待測點與恒星所構(gòu)成的平面會有一個交點，既是待測點。 GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(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的方法，空間后方交會利用航攝像片上三個以上不在一條直線上的控制點按構(gòu)像方程計算該像片外方位元素，可列出四個方程，確定待測點的空間位置。 GPS數(shù)據(jù)與GPS協(xié)議GPS模塊協(xié)議支持NMEA0183協(xié)議，NMEA0183協(xié)議是National Marinc Elcctronics Association所指定的標準規(guī)格，這一標準還包含傳輸資料的格式以及傳輸資料的通信協(xié)議。一組正常的GPS協(xié)議語句包含GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句（$GPGGA），建議使用推薦定位信息($GPRMC），地面速度信息（$GPVTG）語句。$GPGGA $GPGGA，092007，000，N，E，1，08，，M...0000*$GPGGA，（1），（2），（3），（4），（5），（6），（7），（8），（9），M（10），M，（11），（12），*（CR），（LF）各部分對應(yīng)的含義為：（1）標準定位時間：時分秒(2)緯度（度.分）(3)N/(4)經(jīng)度（度.分）(5)E/W (6)質(zhì)量因子（0=沒有定位，1=實時GPS，2=差分GPS）(7)可以應(yīng)用衛(wèi)星個數(shù)（08）(8)水平精度因子（）水平精度因子=(9)(10)大地橢球面相對海平面的高度（，單位：米）無(11)差分GPS數(shù)據(jù)年齡，實時GPS時無(12)差分某準站號（00001023），實時GPS時無 *總和校驗域Hh總和校驗數(shù)：35（CR）（LF）回車，換行$GPRMC $GPRMC082006,000,A,3528,9276,N,11527,4283,E,0,00,0,0,261009..*38標準格式為：$GPRMC(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(CR)(LF)定位狀態(tài)：A=數(shù)據(jù)可用，V=數(shù)據(jù)不能被用緯度：緯度區(qū)分：北半球=N，南半球=Sccksum經(jīng)度：經(jīng)度區(qū)分：東半球=E，西半球=W相對位移的方向：。實際值日期：格式日日月月年年磁極變量：0度到180度度數(shù)Chccksum檢查位$GPVTG $GPVTG,T,M,N,K*50字段1：運動角度，000359前導(dǎo)位數(shù)不足補0字段2：T=真北參照系字段3：運動角度，000359前導(dǎo)位不足補0字段4：M=磁北參照系字段6。N=節(jié)，Knots字段7：字段8：K=公里/時字段9：校驗值$GPGLL $GPGLL，,N,W,A*2C字段1：字段2：N/S，北半球或南半球字段3：字段3：E/W，東半球或西半球字段4：標準定為時間：格式，時時分分秒秒字段5：狀態(tài)，A=資訊可用，V=資訊不可用字段6：總合檢查碼 當前衛(wèi)星信息$GPGSA$GPGSA A，3，07，02，26，27，09，04，15，，，*33字段1：A/M，允許自動切換二維定位或三維定位模式/強迫對二維定位或三維定位模式字段2：定位形式1/2/3,分別是未定位，二維定位，三維定位字段3：07，恒星使用，信號頻道1字段4：02，恒星使用，信號頻道2字段14：恒星使用，信號頻道12字段15：位置經(jīng)度稀釋值，字段16：水平經(jīng)度稀釋值，字段17：垂直精度稀釋值，字段18：*33，總合檢查碼3 GPS定位系統(tǒng)的硬件的設(shè)計本設(shè)計采用三星的S3C2440微處理器。這是一款高性價比、低功耗、高集成度的CPU,基于ARM920T內(nèi)核,主頻最高為450MHz,專為手持設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用而設(shè)計,能滿足嵌入式系統(tǒng)中的低成本、低功耗、高性能、小體積的要求[1]。下圖為硬件平臺的總體設(shè)計。 圖31：系統(tǒng)總體框圖SDRAM作為內(nèi)部存儲器，不能長時間保留數(shù)據(jù)，通過電容充保存數(shù)據(jù)，一般存儲體中電容數(shù)據(jù)最長可保存64毫秒，即在64毫秒內(nèi)必須沖洗刷新一次。SDRAM是多Bank結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)大大提高了存儲器訪問速度。所以SDARM需要控制BAn引腳來管理多個Bank。 SDRAM引腳可以分為三類：1）控制信號：包括片選，時鐘，時鐘使能，地址行和列選擇，讀或?qū)懠皵?shù)據(jù)有效。2）地址信號：時分復(fù)用引腳，根據(jù)行列地址選擇引腳，控制輸入的的地址為行地址或列地址。3）數(shù)據(jù)信號：雙向引腳，受數(shù)據(jù)有效控制。 HY57V561620的結(jié)構(gòu)HY57V561620存儲容量4M4Bank16位，支持自動刷新和自刷新，16位數(shù)據(jù)寬度。HY57V561620引腳信號描述如下：引腳名稱描述CLK時鐘時鐘CKE時鐘使能片內(nèi)時鐘信號控制/CS片選決定除CLK CKE和DQM外的信號是否可輸入BA0 BA1組地址選擇用于片內(nèi)4個組的選擇A12A0地址總線行地址：A12A0，列地址：A8A0，自動預(yù)充電標志：A10/RAS/CAS/WE行地址鎖存列地址鎖存寫使能參照功能真值表，/RAS/CAS/WE的定義相應(yīng)的操作LDQM UDQM數(shù)據(jù)IO屏蔽讀模式時控制輸出緩沖；寫模式時屏蔽輸入數(shù)據(jù)DQ15DQ0數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)輸送引腳VDD/VSS電源/地內(nèi)部輸入緩沖電源/地VDDQ/VSSQ電源/地輸出緩沖電源/地NC未連