【正文】 ， 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計(jì) 19 黃智偉 . ARM9嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教程 .北京 航空航天大學(xué)出版社 ,2020. 2胡順增楊偉國(guó)， Linux設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，中國(guó)電力出版社， 3陳章龍，嵌入式技術(shù)與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，北京航空航天大 學(xué)出版社 4周建鄭， GPS測(cè)量定位技術(shù)，化學(xué)工業(yè)出版社， 5王田苗，嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，清華大學(xué)出版社， 2020 6王建群 徐勇南 金瑞 韓臣，基于 Linux平臺(tái)的電動(dòng)客車駕駛信息終端研究， 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，第 24卷第 2期， 7汪洋 旦 胡大可 鄭音飛，基于嵌入式 Linux和 GPRS的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系 統(tǒng)，《電子技術(shù)》 2020年第 8期 8 周立功 .ARM嵌入式 Linux系統(tǒng)構(gòu)建與驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)范例 [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2020年 . 。勇 于嘗試往往能夠找到更好的解決方法。 (2) 系統(tǒng)思維 必須有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思維，把每一個(gè)細(xì)節(jié)都放到整個(gè)系統(tǒng)中考慮，考慮整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性、完整性、穩(wěn)定性和功能的實(shí)現(xiàn)，這樣才不會(huì)局限在細(xì)節(jié)上，才能快速的完成性能優(yōu)越的硬件設(shè)計(jì)。在課程設(shè)計(jì)中，我其實(shí)遇到了好多的困難，但我始終記得黃智偉教授的那句話：“你努力了可能做不好，但你不努力是絕對(duì)做不好的。完善的網(wǎng)絡(luò)通信和 文件管理機(jī)制。 本課題在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)采用集成化的思想，充分利用開(kāi)發(fā)板的資 源 。 本文結(jié)合 GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)、 GIS地理信息處理技術(shù)、 CDMA數(shù)據(jù)通信 技術(shù)以及嵌入式系統(tǒng)等新技術(shù)進(jìn)行了車輛監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究，初步實(shí)現(xiàn)了全天 候定位、電子地圖顯示、視頻圖像采集與無(wú)線傳輸?shù)裙δ艿?GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)。程序采取的措施是電話結(jié)束后發(fā)送stop短信保證不再占有信道，上網(wǎng)過(guò)程中遇到一些情況，比如 :服務(wù)器關(guān)閉，未打開(kāi)，綁定失敗，服務(wù)器要求停止傳送等，都會(huì)自動(dòng)下線，并恢復(fù)到上網(wǎng)前的狀態(tài)。 /usr/sbin/chat 用來(lái)和服務(wù)器進(jìn)行會(huì)話，對(duì)超時(shí)、無(wú)應(yīng)答等進(jìn)行設(shè)置，和服務(wù)器進(jìn)行身份密碼驗(yàn)證。終端成功上網(wǎng)后，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。如果綁定失敗，則終端會(huì)自動(dòng)下線。 (3)手機(jī)向終端發(fā)送帶有“ st”字串的短信，終端收到短信后，自動(dòng)掛斷當(dāng)前的電話。 GPS 接收機(jī)采用 uBloxRCBLC，接收數(shù)據(jù)采用 NMEA0183格式，波特率設(shè)為 。 (4)遠(yuǎn)程無(wú)線圖像監(jiān)控 :通過(guò)接收由 CDMA無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳送來(lái)的車載終端發(fā)送的圖像信息、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線圖像 監(jiān)控功能。 系 統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 監(jiān)控中心部分的主要功能有 : (1)數(shù)據(jù)跟蹤 :將車輛的各種實(shí)時(shí)行駛信息以列表的方式顯示出來(lái)，以供查詢。坐標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)處理 后可以顯示在本機(jī)上，同時(shí)通過(guò) CDMA 模塊，以短信的形式將車輛的位置、狀態(tài)等信息發(fā)送至公網(wǎng)，公網(wǎng)將接收到的車輛定位信息傳送至監(jiān)控中心，在監(jiān)控中心經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理后與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的 GIS電子地圖進(jìn)行匹配，并在地圖上動(dòng)態(tài)顯示坐標(biāo)的正確位置。最重要的是 CDMAIX具有上網(wǎng)成本低、傳輸速率快的特點(diǎn)而且可向 3G平臺(tái)平滑過(guò)渡，但一般 CDMAIX模塊價(jià)格偏高。但其傳輸速率較低，傳輸圖像、視頻等大數(shù)據(jù)有困難。這種方式的實(shí)時(shí)性好，但是投資大，如果建立一個(gè)能夠覆蓋全省道路網(wǎng)范圍的集群網(wǎng)絡(luò)需要的投資巨大。電臺(tái)方式的缺點(diǎn)是速度比較慢，容量小，系統(tǒng)覆蓋范圍小，且建設(shè)和維護(hù)電 臺(tái)基站系統(tǒng)的成本很高，不是一般用戶所能承受。但考慮到 USB或藍(lán)牙接口模塊一般不提供 Linux驅(qū)動(dòng)程序，如選用要自行編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序難度較大。 建立交又開(kāi)發(fā)環(huán) 境是進(jìn)行嵌入式軟件開(kāi)發(fā)的第一步，目前常用的交叉開(kāi)發(fā)環(huán)主要有開(kāi)放和商業(yè)兩種類型。 嵌入式系統(tǒng)通常是一個(gè)資源受 限的系統(tǒng)，因此直接在嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺(tái)上編寫(xiě)軟件比較困難，有時(shí)候甚至是不可能的。 這些都為開(kāi)發(fā)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用打下了很好的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的嵌入式開(kāi)發(fā)調(diào)試工具是在線仿真器 (In 一 CireultEmulator， ICE)，它通過(guò)取代目標(biāo)板的微處理器，給目標(biāo)程序提供一個(gè)完整的仿真環(huán)境，從而使開(kāi)發(fā)者能夠非常清楚地了解到程序在目標(biāo)板上的工作狀態(tài)，便于監(jiān)視和調(diào)試程序。 (3)開(kāi)放源碼，軟件豐富 Linux是開(kāi)放源 代碼的自由操作系統(tǒng)，它為用戶提供了最大限度的自由度，由于嵌入式系統(tǒng)千差萬(wàn)別，往往需要針對(duì)具體的應(yīng)用進(jìn)行修改和優(yōu)化，因而獲得源代碼就變得至關(guān)重要了。 (l)廣泛的硬件支持 Linux 能夠支持 x8 ARM、 MIPS、 ALPHA、 PowerPC 等多種體系結(jié)構(gòu)，目前己經(jīng)成功移植到數(shù)十種硬件平臺(tái)，幾乎能夠運(yùn) 行在所有流行的 CPU 上。 Linux 從 1991 年問(wèn)世到現(xiàn)在，短短的十幾年時(shí)間己經(jīng)發(fā)展成為功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)完善的操作系統(tǒng)之一，不僅可以與各種傳統(tǒng)的商業(yè)操作系統(tǒng)分庭抗?fàn)?，在新興的嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)也獲得了飛速發(fā)展。 嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合可以分為兩大類 :一類是面向消費(fèi)電子產(chǎn)品的非實(shí)時(shí)系統(tǒng)，這類設(shè)備包括個(gè)人數(shù)字助理 (PDA)、移動(dòng)電話、機(jī)頂盒 (STB)等 。 (5)接口資 源豐富 :具有 DMA 控制器， LCD 控制器， USB 從機(jī)模塊，支持 車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用口標(biāo)準(zhǔn)， 3個(gè) uART以及 BluetoothuART， 1個(gè) IZc總線接口單元，支持 2個(gè) CMCI/CF卡插槽，多媒體卡控制器以及 JTAG調(diào)試等模塊。具有犯 K 數(shù)據(jù)緩存 /32K 指令緩存等。但與全球 PC 市場(chǎng)不同的是，沒(méi)有一種微處理器和微處理器公司可以主導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)市場(chǎng)。語(yǔ)音留言功能等。本系統(tǒng)所包含的功能如下 :視頻取證功能 。使用戶能身臨其地理環(huán)境中實(shí)現(xiàn)觀察、觸摸、操作和檢測(cè)等。 (4)GISInter技術(shù)：基于 Inter技術(shù)的 GIS，已成為 GIS發(fā)展的重要方向，可以利用Inter在 Web上發(fā)布和出版空間數(shù)據(jù)，為用戶提供空間數(shù)據(jù)瀏覽、查詢和分析的功能，從而使 GIS的應(yīng)用更加靈活。 (2)GIS遙感：遙感技術(shù)的發(fā)展為 GIS數(shù)據(jù)快速更新提供了一個(gè)有效的辦法， 當(dāng)前 InSAR的發(fā)展更是 GIS數(shù)據(jù)采集的革命。當(dāng)采用積分多普勒計(jì)數(shù)法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，所需觀測(cè)時(shí)間一 般較長(zhǎng)，同時(shí)，在觀測(cè)過(guò)程中接收機(jī)振蕩器要求保持較高的穩(wěn)定。 (2)載波相位測(cè)量 GPS 接收機(jī)接收到的衛(wèi)星信號(hào)中，已用相位調(diào)制技術(shù)在載波上調(diào)制了測(cè)距碼和衛(wèi)星導(dǎo)航電文，所以載波己不在連續(xù)。相對(duì)定位又稱差分定位，是采用兩臺(tái)以上的接收機(jī)同步觀測(cè)相同的 GPS衛(wèi)星，以確定接收機(jī)天線間的相互位置關(guān)系的一種方法。其特點(diǎn)是測(cè)定一個(gè)動(dòng)態(tài)點(diǎn)的實(shí)時(shí)位置，多余觀測(cè)量少，定位精度低。 (l)靜態(tài)定位與動(dòng)態(tài)定位 靜態(tài)定位是指 GPS接收機(jī)在進(jìn)行定位時(shí)，待定點(diǎn)的位置相對(duì)其周圍的點(diǎn)位置沒(méi)有發(fā)生變化，其天線位置處于固定不動(dòng)的靜止?fàn)顟B(tài)。如果在某一時(shí)刻 ti同時(shí)測(cè)得了 4顆 GPS衛(wèi)星 A、 B、C、 D的距離 S。在繞地球運(yùn)行的人造地球衛(wèi)星上裝有無(wú)線電信號(hào)發(fā)射機(jī)，在接收機(jī)時(shí)鐘的控制下，可以測(cè)定信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間△ t，進(jìn)而求出衛(wèi)星和 接收機(jī)之間的距離 。 降低長(zhǎng)距離相對(duì)定位地精度 。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計(jì) 4 圖 SA 技術(shù)，即有選擇可用性技術(shù)，它是人為地將誤差引入衛(wèi)星時(shí)鐘和衛(wèi)星數(shù)據(jù)中，故意降低GPS定位精度。 嵌入式系統(tǒng)在車輛導(dǎo)航監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用 圖 GPS衛(wèi)星采用兩種測(cè)距碼，即 C/A碼和 P碼，均屬于偽隨機(jī)碼 (PRN)，這種二進(jìn)制的數(shù)碼序列不僅具有良好的自相關(guān)特性，而且又是一種結(jié)構(gòu)確定，可以復(fù)制的周期性序列。 GPS衛(wèi)星的測(cè)距碼和數(shù)據(jù)碼是采用調(diào)相技術(shù)調(diào)制到載波上 的，由于偽隨機(jī) 碼只有‘ 1’和‘ 0’，兩種狀態(tài)。 GPS使用的 L 段載波有兩種不同的頻率，它們的頻率和波長(zhǎng)分別為 : L、載波 :fl=154xfo=，入 。 對(duì)于車載型接收機(jī)，主要用于運(yùn)動(dòng)車輛的監(jiān)控定位，可實(shí)時(shí)給出車輛的位置和速度。按攜帶形式的不同可分為袖珍式、背負(fù)式、車載式、機(jī)載式、彈載式和星載式。其主要作用是將主控站需傳輸給衛(wèi)星的資料以既定的方式注入到衛(wèi)星存儲(chǔ)器中，供衛(wèi)星向用戶發(fā)送。利用環(huán)境傳感器測(cè)出當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。另外，衛(wèi)星上各種設(shè)備是否工作正常，是否啟用備件，衛(wèi)星運(yùn)行情況，是否需要糾正運(yùn)行軌道以及使各衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)一一GPS 時(shí)間系統(tǒng)等，都需要由地面站來(lái)完成。對(duì)于只能觀測(cè)到 4顆衛(wèi)星的情況，因?yàn)樵谶@一時(shí)間段內(nèi)別無(wú)選擇，其定位精度一般較差，這個(gè)短暫的時(shí)間段稱為“時(shí)間間隙段”。 GPS衛(wèi)星的主要作用主要有以下三個(gè)方面 : 接收地面注入站發(fā)送的導(dǎo)航電文和其它信號(hào)。 GPS工作衛(wèi)星共 24顆，其中 21顆衛(wèi)星處于 工作狀態(tài)， 3顆處于在軌備用狀態(tài)，組成 (21+3)GPS工作衛(wèi)星星座。它是由美國(guó)軍方從二十世紀(jì) 70 年代開(kāi)始研制，歷時(shí) 20 余年，耗資 200多億美元，于 1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。 南華大學(xué)電氣工程學(xué)院課 程設(shè)計(jì) 1 2. GPS簡(jiǎn)述 GPS組成及工作原理 目前全世界使用的衛(wèi)星定位系統(tǒng)主要有美國(guó)的 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，前蘇聯(lián)的 GLONASS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，歐洲空間局 NAVSAT 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，以及中國(guó)的北斗雙星衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。電子地圖數(shù)據(jù)庫(kù)為車輛的監(jiān)控管理提供了一個(gè)可視化的平臺(tái)， GPS技術(shù)使車輛的實(shí)時(shí)定位成為可能，通信技術(shù)則在GIS和 GPS之間架起了橋梁，使得遠(yuǎn)距離監(jiān)控得以實(shí)現(xiàn)。它與尖端科技領(lǐng)域的全球衛(wèi)星定位技術(shù) (GPS)、通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及其它應(yīng)用領(lǐng)域有機(jī)結(jié)合，不僅為地理信息系統(tǒng)提供了良好的發(fā)展前景，同時(shí)也為這些