【文章內(nèi)容簡介】 硬件主要由 GPRS 無線通訊模塊、 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)模塊、 ARM 控制器、按鍵組成。 (2) 軟 件模塊：軟件模塊包括 主程序； GPS 模塊，實(shí)現(xiàn)定位； GPRS 模塊，實(shí)現(xiàn)通信；主模塊，實(shí)現(xiàn)串口初始化等。 可行性分析 經(jīng)濟(jì)可行性 實(shí)驗(yàn)中選用的 ARM9 芯片為三星公司的 S3C2410X 芯片，這是三星公司推出的一款基于ARM920T 內(nèi)核的 RISC 處理器，其內(nèi)部集成了豐富了片上資源，提供了一系列完整的系統(tǒng)外圍設(shè)備，大大減少了整個(gè)系統(tǒng)的成本。 要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能 的 GPS 模塊也不一定要花大價(jià)錢購買 ，幾百元購入的 GPS 模塊同樣能夠?qū)崿F(xiàn)這一功能 。 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段使用教學(xué)用的 ARM 集成開發(fā)環(huán)境（全配置的 ARM9 實(shí)驗(yàn)箱）進(jìn)行模擬開發(fā)， 使用集成 GPS、 GPRS 模塊，進(jìn)一步節(jié)省了成本。 技術(shù)可行性 (1) 有關(guān) GPRS 模塊： GPRS 是在現(xiàn)有的 GSM 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上疊加的一套分組交換系統(tǒng)，與互聯(lián)網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)相連，向移動(dòng)用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。與傳統(tǒng)的基于電路交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比， GPRS 具有“高速”和“永遠(yuǎn)在線”的優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中使用 JXARM92410 上集成的 GPRS 無線通信模塊。 (2) 有關(guān) GPS 模塊： GPS 是美國從 20 世紀(jì) 70年代開始研制， 于上世紀(jì) 80年代末引入中國， 具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益的顯著特點(diǎn)。隨全球定位系統(tǒng)的不斷改 進(jìn)，軟、硬件的不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，并開始逐步深入人們的日常生活。本設(shè)計(jì)中使用了JXARM92410 實(shí)驗(yàn)箱中的集成 GPS 全球定位系統(tǒng)模塊。 4 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要使用 ADT IDE 集成開發(fā)環(huán)境。 ADT（ ARM Development Tools）嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境是由武漢創(chuàng)維特信息技術(shù)有限公司開發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的應(yīng)用于嵌入式軟件開發(fā)的集成軟、硬件開發(fā)平臺(tái)。它為基于 ARM 核的嵌入式應(yīng)用提供了一整套完備的開發(fā)方案，包括程序編輯、工程管理和設(shè)置、程序編譯、程序調(diào)試等。 ADT 嵌入式開發(fā)環(huán)境由 ADT Emulator for ARM 和 ADT IDE for ARM 組成。 本設(shè)計(jì)中，可使用 JXARM924103內(nèi)置簡易調(diào)試模塊，可將計(jì)算機(jī)并口與實(shí)驗(yàn)箱左上角的并口通過并口延長線實(shí)現(xiàn)連接，并將 JP5 跳線通過跳線帽短接。 ADT IDE for ARM 主要包括以下工具 ： 源碼編輯器 (editor) 、 工程管理器(project manager) 、 工程編譯器 (builder)、 集成調(diào)試環(huán)境 (debug environment) 5 第三章 系統(tǒng)硬 件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件組成 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出 GPS 跟蹤系統(tǒng)的基本組成原理圖圖 31所示： G P S 模 塊控 制 單 元G P R S 模 塊按 鍵G P R S 網(wǎng) 絡(luò)衛(wèi) 星手 機(jī)Ｐ Ｃ 機(jī)監(jiān) 控 中 心 圖 31 GPS跟蹤系統(tǒng)的基本組成原理圖 該系統(tǒng)硬件主要由 GPRS 無線通訊模塊、 GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)模塊、 ARM 控制器、 鍵盤組成 。工作原理如下： GPS 模塊 GPRS 模塊通過串口與系統(tǒng)相連，系統(tǒng)通過 GPS 模塊定時(shí)地從衛(wèi)星接收定位信息，并將提取出來的經(jīng)度、緯度、海拔等 位置 信息 讀出保存在緩沖區(qū)中或保存在一個(gè)變量中，再傳送給 GPRS 模塊 ,通過 GPRS 模塊傳輸 到監(jiān)控中心 ,監(jiān)控中心由PC 機(jī)和 手機(jī)（接收） 構(gòu)成， PC 機(jī)中安裝的電子地圖軟件用于解析 GPRS 模塊傳來的定位信息，并精確顯示出被跟蹤目標(biāo)的具體地理位置 ,達(dá)到跟蹤的目的。鍵盤用于設(shè)置目標(biāo)手機(jī)號(hào)碼等。 硬件組成原理圖如圖 32所示： 4 * 4鍵 盤U A R T 0T X DR X DG P S 模 塊U A R T 1A R M控 制 器R X DT X DG P R S 模 塊天線天線g p s 數(shù) 據(jù)P C 機(jī)G P R S 模 塊監(jiān) 控 中 心 圖 32 硬件組成原理圖 6 ARM 控制器 ARM 是 Advanced RISC Machines（高級(jí)精簡指令系統(tǒng)處理器）的縮寫。 ARM 處理器已經(jīng)成功地廣泛應(yīng)用于無線通信、工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等領(lǐng)域，并且保 持持續(xù)增長的勢頭。目前，基于 ARM 技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位RISC 微處理器 75%以上的市場份額。 ARM 微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn) (1) ARM 微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 到目前為止， ARM 微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已深入到各個(gè)領(lǐng)域： 工業(yè)控制領(lǐng)域：作為 32位的 RISC 架構(gòu)，基于 ARM 核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展， ARM 微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的 8 位 /16 位微控制器提出了挑戰(zhàn)； (a) 無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過 85%的無線 通訊設(shè)備采用了 ARM 技術(shù)， ARM 以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固； (b) 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM 技術(shù) ADSL 芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外， ARM 在語音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛的支持，也對 DSP 的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)； (c) 消費(fèi)類電子產(chǎn)品： ARM 技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用； (d) 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用了 ARM 技術(shù)。手機(jī)中的 32位 SIM 只能卡也采用了 ARM 技術(shù)。 除此之外， ARM 微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并 會(huì)在將來取得更廣泛的應(yīng)用。 (2) ARM 微處理器的特點(diǎn) 采用 RISC 架構(gòu)的 ARM 微處理器一般具有如下特點(diǎn)： ☆ 體積小、低功耗、低成本、高性能； ☆ 支持 Thumb(16 位 )/ARM(32 位 )雙指令集，能很好的兼容 8/16 位器件； ☆ 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； ☆ 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； ☆ 尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高； ☆ 指令長度固定。 ARM9 微處理器系列 ARM9 系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn) : ☆ 提供 ； ☆ 支持 32位 ARM指令集和 16 位 Thumb 指令集； ☆ 支持 32位的高速 AMBA 總線接口； 7 ☆ 全性能 MMU，支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等主流嵌入式操作系統(tǒng)； ☆ MPU 支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)； ☆ 支持?jǐn)?shù)據(jù) Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 ARM9 系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。它包含 ARMA920T、 ARM922T 和 ARM940T 三種類型。 S3C2410X 模塊 本設(shè)計(jì)中 采用 SamSung 公司的主流 ARM9 處理器 S3C2410X， 它是一款基于 ARM920T內(nèi)核的 16/32位 RISC處理器，具有 27位地址總線和 32位的數(shù)據(jù)總線，可編程工作于 8/16/32位模式下。 主頻高達(dá) 203MHz，帶 MMU（內(nèi)存管理單元）， 內(nèi)部集成有豐富的片上資源（各類外接設(shè)備的控制器）和大量的運(yùn)算 /功能寄存器， 性 /價(jià)比極高， 使用 m工藝制作，為嵌入式系統(tǒng)提供了一個(gè)低成本，低功耗，高性能的解決方案。 GPS 模塊 GPS 簡介 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS(Global Positioning System)是美國從 20 世紀(jì) 70 年代開始研制的，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)。經(jīng)過多年我國測繪等部門的使用表明， GPS 以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地運(yùn)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)檢測、工程變形檢測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻地技術(shù)革命。 隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，軟、硬件地不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地開拓，目前已遍及國民經(jīng)濟(jì)各種部門，并開始逐步深入人們 地日常生活。它的飛速發(fā)展已逐漸取代了無線電導(dǎo)航、天文導(dǎo)航等傳統(tǒng)導(dǎo)航技術(shù)，而成為一種普遍采用的導(dǎo)航定位技術(shù)，并在精度、實(shí)時(shí)性、全天候等方面取得了長足進(jìn)步。現(xiàn)不僅應(yīng)用物理勘探、電離層測量和航天器導(dǎo)航等諸多民用領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域更是取得了廣泛的應(yīng)用 —— 在彈道導(dǎo)彈、野戰(zhàn)指揮系統(tǒng)、精確彈道測量以及軍用地圖快速測繪等領(lǐng)域均大量采用了衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)在民用和軍用領(lǐng)域地重要意義使其得到了許多國家的關(guān)注。我國也于 2020 年成功發(fā)射了二顆導(dǎo)航定位試驗(yàn)衛(wèi)星，并建立了我國第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) —— “ 北斗導(dǎo)航系統(tǒng) ” ， 但由于起步較晚，沒有得到廣泛應(yīng)用。目前在我國應(yīng)用最多的還是美國的 GPS系統(tǒng)。 GPS 發(fā)展歷程公分三個(gè)階段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段；第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段；第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。 GPS 原理 GPS 由三個(gè)獨(dú)立的部分組成： ● 空間部分： 21 顆工作衛(wèi)星， 3顆備用衛(wèi)星。 8 ● 地面支撐系統(tǒng)： 1 個(gè)主控站， 3個(gè)注入站， 5個(gè)檢測站。 ● 用戶設(shè)備部分：接收 GPS 衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成導(dǎo)航和定位工作。 GPS 定位的基本原理是根據(jù)高空運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星的瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)， 采用空間距離后方交匯的方法，確定待測點(diǎn)的位置。 如 下 圖 33 所示，假設(shè) t 時(shí)刻在地面待測點(diǎn)上安置 GPS 接收機(jī)，可以測定 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 4個(gè)方程式： ＺＹ Ｘ衛(wèi) 星 １衛(wèi) 星 ２ 衛(wèi) 星 ３衛(wèi) 星 ４( x 1 , y 1 , z 1 )( x 2 , y 2 , z 2 )( x 3 , y 3 , z 3 )( x 4 , y 4 , z 4 ) 圖 33 定位信息接收 [（ X1X） 2+(Y1Y) 2+(Z1Z) 2]1/2+C(Vt1Vt0)=d1 [（ X2X） 2+(Y2Y) 2+(Z2Z) 2]1/2+C(Vt2Vt0)=d2 [（ X3X） 2+(Y3Y) 2+(Z3Z) 2]1/2+C(Vt3Vt0)=d3 [（ X4X） 2+(Y4Y) 2+(Z4Z) 2]1/2+C(Vt4Vt0)=d4 上述四個(gè)方程式中待測點(diǎn)坐標(biāo) x、 y、 z 和 Vto 為未知參數(shù)，其中 di=c△ ti (i= 4)。 di (i= 4) 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4到接收機(jī)之間的距離。 △ ti (i= 4) 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的信號(hào)到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。 C 為 GPS 信號(hào)的傳播速度（即光速）。 四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義 如下： x、 y、 z 為待測點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。 Xi、 Yi、 Zi (i= 4) 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4在 t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)， 可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。 Vti (i= 4) 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 Vto 為接收機(jī)的鐘差。 由以上四個(gè)方程即可解算出待測點(diǎn)的坐標(biāo) x、 y、 z 和接收機(jī)的鐘差 Vto。 JXARM92410 使用集成 GPS 模塊， GPS 使用了 S3C2410X 的串口 0。 9 GPRS 模塊 GPRS 簡介 移動(dòng)通 信通常被劃分為三代 .第一代是模擬的無線網(wǎng)絡(luò) 。第二代是數(shù)字通信 ,包括 GSM、CDMA 等；第三代是分組型的移動(dòng)業(yè)務(wù)，稱為 3G。 GPRS 是通用無線分組業(yè)務(wù)的縮寫（ General Packet Radio Service），是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常將其成為 ，目前通過升級(jí) GSM 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。稱之為 是比較恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)樗且粋€(gè)混合體，并采用TDMA 方式傳輸語音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。 GPRS 是歐洲電信協(xié)會(huì) GSM 系統(tǒng)中有關(guān)分組數(shù)據(jù)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。它可以提供高達(dá)115kbps 的空中接口傳輸速率。 GPRS 使若干移動(dòng)用戶能夠同時(shí)共享一個(gè)無線信道，一個(gè)移動(dòng)用戶也可以使用多個(gè)無線信道。實(shí)際不發(fā)送或接受數(shù)據(jù)包的用戶僅占很小一部分網(wǎng)絡(luò)資源。有了 GPRS，用戶的呼叫建立時(shí)間大為縮短，幾乎可以做到“永遠(yuǎn)在線”（ always online）。此外， GPRS 使?fàn)I運(yùn)商能夠以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量而不是連接時(shí)間為基準(zhǔn)來計(jì)費(fèi)，從而使每個(gè)用戶的服務(wù)成本更低。 GPRS 采用信道捆綁和增強(qiáng)數(shù)據(jù)速率改進(jìn)實(shí)現(xiàn)高速接入，目前 GPRS 的設(shè)計(jì)可以在一個(gè)載頻或 8 個(gè)信道中