【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RS 無(wú)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(gòu)買 ，幾百元購(gòu)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(wú)線通信模塊。 (2) 有關(guān) GPS 模塊： GPS 是美國(guó)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(guó)， 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(jiǎn)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(guò)并口延長(zhǎng)線實(shí)現(xiàn)連接，并將 JP5 跳線通過(guò)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(wú)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(guò)串口與系統(tǒng)相連，系統(tǒng)通過(guò) GPS 模塊定時(shí)地從衛(wèi)星接收定位信息，并將提取出來(lái)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(guò) GPRS 模塊傳輸?shù)奖O(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(lái)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(jiǎn)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(wú)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(zhǎng)的勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)的大部分市場(chǎng)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(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò) 85%的無(wú)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外， ARM 在語(yǔ)音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛的支持，也對(duì) 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(lái)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(jiǎn)單，執(zhí)行效率高； ☆ 指令長(zhǎng)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(wú)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(jiǎn)介 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS(Global Positioning System)是美國(guó)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(guò)多年我國(guó)測(cè)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(cè)繪工作者的信賴，并成功地運(yùn)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、航空攝影測(cè)量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)檢 測(cè)、工程變形檢測(cè)、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測(cè)繪領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)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(guó)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(wú)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(zhǎng)足進(jìn)步?，F(xiàn)不僅應(yīng)用物理勘探、電離層測(cè)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(cè)量以及軍用地圖快速測(cè)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(guó)家的關(guān)注。我國(guó)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(guó)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(méi)有得到廣泛應(yīng)用。目前在我國(guó)應(yīng)用最多的還是美國(guó)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(cè)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(cè)點(diǎn)的位置。 如 下 圖 33 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 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(cè)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(cè)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(cè)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(jiǎn)介 移動(dòng)通信通常被劃分為三代 .第一代是模擬的無(wú)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(wú)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(guò)升級(jí) GSM 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。 稱之為 是比較恰當(dāng)?shù)模驗(yàn)樗且粋€(gè)混合體，并采用TDMA 方式傳輸語(yǔ)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(wú)線信道，一個(gè)移動(dòng)用戶也可以使用多個(gè)無(wú)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(lái)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)信道中實(shí)現(xiàn)捆綁，將