【正文】 ........................38 第 4 章 操作系統(tǒng)移植和軟件設(shè)計(jì)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(jì) ....................................44 GPS 模塊軟件 .........................................46 人機(jī)接口軟件設(shè)計(jì) ......................................48 輔助程序設(shè)計(jì) ..........................................49 串口軟件設(shè)計(jì) .....................................49 串行 E2PROM 存儲(chǔ)器的軟件設(shè)計(jì) ....................50 輕觸開關(guān)和 LED 的軟件設(shè)計(jì) ........................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(bào)告 ...............................................59 附錄 2 文獻(xiàn)綜述 ...............................................65 III 附錄 3 中期報(bào)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(shí)間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航。 比如可以采用和電子地圖相結(jié)合的手段獲得更為精確和詳細(xì)的定位數(shù)據(jù)，為用戶提供更為方便的服務(wù)和更好的地圖視覺效果。軟件平靜主 要包括 GPS 信息的采集與解析， GPRS 與監(jiān)控中心的通訊，發(fā)短信， LCD 顯示等程序。包括硬件平臺(tái)的設(shè)計(jì)、操作系統(tǒng)定制移植、軟件開發(fā)平臺(tái)的選擇和應(yīng)用程序開發(fā)等方面。無線傳輸技術(shù)極大的擴(kuò)展了數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 ，降低了制造和維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行效率。嵌入式技術(shù)為汽車電子提供了極佳的解決方案，使開發(fā)出高性能、低成本的智能車載終端成為可能。 II 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 GPS 和 GPRS 的車輛定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要 幾年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車的智能化逐漸成為汽車工業(yè)發(fā)展的必然要求。隨著嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化趨勢和半導(dǎo)體王藝的進(jìn)步，嵌入式處理器的性能大幅提高，其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛。無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的快速發(fā)展給相關(guān)產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展帶來了極大的機(jī)遇，尤其是對數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)方面的應(yīng)用。 文中分別從軟件和硬件兩個(gè)方面進(jìn)行了原理分析，并給出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案。硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)包括：在研究 STM32 處理器的特性、外圍接口的基礎(chǔ)上核心系統(tǒng)的構(gòu)建；針對 GPRS 模塊的實(shí)現(xiàn)公能、數(shù)據(jù)接口、引腳功能，完成了其與 STM32 的接口設(shè)計(jì)；依據(jù) GPS 模塊的特性、基本結(jié)構(gòu)和外部引腳定義，完成了 GPS 模塊與 STM32 處理器接口設(shè)計(jì)；以及 LCD接口、 USART 接口等外圍接口的詳細(xì)設(shè)計(jì)。 最后對所做工作做了總結(jié)，對系統(tǒng)今后研究方向做了展望。 以后一定繼續(xù)完善車輛定位系統(tǒng)的功能以滿足未來發(fā)展的需要。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]。 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。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(shí)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]。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。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。 2021 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。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(shí)，獲得緊急求助 [4]。首先從衛(wèi)星導(dǎo)航的整個(gè)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。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。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(huì)朝著功能越來越完善、性能越來越穩(wěn)定、設(shè)計(jì)越來越人性化的方向快速發(fā)展。 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(shí)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。 實(shí)時(shí)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(jì)算和規(guī)劃，幫助駕駛員及時(shí)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。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)。主要介紹了 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)； GPS 模塊的電氣特性和接口設(shè)計(jì)； STM32 處理器的總線結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)時(shí)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(jì)；電源模塊等輔助電路的設(shè)計(jì)； 第 4 章， 操作系統(tǒng)的移植和軟件的設(shè)計(jì)開發(fā) 。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。 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 整個(gè)系統(tǒng)如 圖 21 所示，采用 STM32 為控制器，使用 GPRS 和 GPS 為功能模塊，外加鍵盤和屏幕顯示 為輔助輸入輸出模塊，提供一個(gè)人性化的交互平臺(tái)。 此系統(tǒng)將包含 GPRS 通信模塊、 GPS 定位模塊、 STM32 處理器等模塊，本章將主要介紹將要用到的各模塊的主要工作原理 GPRS 技術(shù) GPRS 是 通用分組無線服務(wù)技術(shù)（ General Packet Radio Service)的簡稱，它是 GSM 移動(dòng)電話用戶可用的一種移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 GPRS 和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封包?Packet）式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的 費(fèi)用是以其傳輸資料單位計(jì)算，并非使用其整個(gè)頻燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 道，理論上較為便宜。 GPRS 經(jīng)常被描述成 “ ”， 也就是說這項(xiàng)技術(shù)位于第二代（ 2G）和第三代（ 3G）移動(dòng)通訊技術(shù)之間。 GPRS 突破了 GSM 網(wǎng)只能提供電路交換的思維方式，只通過增加相應(yīng)的功能實(shí)體和對現(xiàn)有的基站系統(tǒng)進(jìn)行部分改造來實(shí)現(xiàn)分組交換，這種改造的投入相對來說并不大，但得到的用戶數(shù)據(jù)速率卻相當(dāng)可觀。 GPRS 分組交換的通信方式在分組交換的通信方式中，數(shù)據(jù)被分成一定長度的包（分組），每個(gè)包的前面有一個(gè)分組頭（其中的地址標(biāo)志指明該分組發(fā)往何處）。而是在每一個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)，根據(jù) 數(shù)據(jù)包頭中的信息（如目的地址），臨時(shí)尋找一個(gè)可用的信道資源將該數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。 由于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在絕大多數(shù)情況下都表現(xiàn)出一種突發(fā)性的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對信道帶寬的需求變化較大，因此采用分組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送將能夠更好地利用信道資源。圖 2 和圖 3 從不同的角度上給出了 GPRS 網(wǎng)絡(luò)的 組成示意圖。 GPRS 共用現(xiàn)有的GSM 網(wǎng)絡(luò)的 BSS 系統(tǒng)，但要對軟硬件進(jìn)行相應(yīng)的更新；同時(shí) GPRS 和 GSM網(wǎng)絡(luò)各實(shí)體的接口必須作相應(yīng)的界定；另外，移動(dòng)臺(tái)則要求提供對 GPRS 業(yè)務(wù)的支持。 GPRS 網(wǎng)絡(luò)框圖如圖 22 所示。因此，全面的解決方法 GPRS也就這樣應(yīng)運(yùn)而生了，這項(xiàng)全新技術(shù)可以令您在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都能快速方便地實(shí)現(xiàn)連接，同時(shí)費(fèi)用又很合理。 (1) 高速數(shù)據(jù)傳 輸 速度 10 倍于 GSM，更可滿足您的理想需求，還可以穩(wěn)定地傳送大容量的高質(zhì)量音頻與視頻文件，可謂不一般的巨大進(jìn)步。 (3) 僅按數(shù)據(jù)流量計(jì)費(fèi) 即根據(jù)您傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量 (如：網(wǎng)上下載信息時(shí) )來計(jì)費(fèi)，而不是按上網(wǎng)時(shí)燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 間計(jì)費(fèi)也就是說，只要不進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，哪怕您一直 “ 在線 ”，也無需付費(fèi)。 (4) 相對低廉的連接費(fèi)用 資源利用率高在 GSM 網(wǎng)絡(luò)中， GPRS 首先引入了分組 交換的傳輸模式，使得原來采用電路交換模式的 GSM 傳輸數(shù)據(jù)方式發(fā)生了根本性的變化，這在無線資源稀缺的情況下顯得尤為重要。 GPRS 用戶的計(jì)費(fèi)以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，體現(xiàn)了 “ 得到多少、支付多少 ”的原則。這意味著數(shù)年內(nèi)，通過便攜式電腦 GPRS 用戶能和 ISDN 用戶一樣快速地上網(wǎng)瀏覽，同時(shí)也使一些對傳輸速率敏感的移動(dòng)多媒體應(yīng)用成為可能。 GPRS 主要是在移動(dòng)用戶和遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（如支持 TCP／ IP、 等網(wǎng)絡(luò)）之間提供一種連接，從而給移動(dòng)用戶提供高速無線 IP 和無線 業(yè)務(wù)。如果把空中接口上的 TDMA 幀中的 8 個(gè)時(shí)隙都用來傳送數(shù)據(jù)，那么數(shù)據(jù)速率最高可達(dá) 164kb/s。當(dāng)然在信道充足的條件下，可以把一些信道定義為 GPRS 專用信道。目前 GPRS 網(wǎng)絡(luò)引入 GSN（ GPRS Surporting Node）節(jié)點(diǎn)。 GPS 技術(shù) 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(shí)間等信息來完成對各種目標(biāo)的定位、導(dǎo)航、監(jiān)測和管理。 導(dǎo)航定位技術(shù)現(xiàn)狀 自 1957 年世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功以來，人造地球衛(wèi)星技術(shù)在通信、氣象、資源勘察、導(dǎo)航、遙感、大地測量、地球動(dòng)力學(xué)、天文學(xué)和軍事科學(xué)等眾多領(lǐng)域，得到了極廣泛的應(yīng)用 [12]。隨后，為滿足日益增長的軍事需要， 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初，美國和前蘇聯(lián)分別開始研制全天候、全天時(shí)、連續(xù)實(shí)時(shí)提供精確 定位服務(wù)的新一代全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，到 90 年代中期全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng) GPS 和GLONASS 均已建成并投入運(yùn)行。歐盟籌建的 Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在計(jì)劃實(shí)施之中 [13]。特別是從美國于2021 年 5 月 1 日宣布中止了 SA 政策后， GPS 以其技術(shù)優(yōu)勢和廉價(jià)的使用成本，在全球得到廣泛應(yīng)用，涉及野外勘探、陸路運(yùn)輸、海上作業(yè)及航空航天等諸多行 業(yè)，其相關(guān)產(chǎn)品和服務(wù)市場的年產(chǎn)值達(dá) 80 億美元，成為當(dāng)今國際公認(rèn)的八大無線產(chǎn)品之一。在 19961998 年間，由于經(jīng)濟(jì)困難， GLONASS 星座得不到正常的維護(hù)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能衰退。 我國目前正在自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)填補(bǔ)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航定位領(lǐng)域的空白，成為世界上第三個(gè)擁有自主衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的國家。未來 幾 年將分 別 在軍用、民 用 領(lǐng)域發(fā)揮 作用 。 綜合考慮各系統(tǒng)性能以及全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)芯片技術(shù)等方 面 ，本系統(tǒng)中選用了全球定位系 統(tǒng) GPS，獲得高精度的定位信息。 全 球定位系統(tǒng)是在 子 午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā) 展起來的，采納了子午儀系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)，是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航 系統(tǒng)。 空 間 部分為 21 顆工作衛(wèi)星和 3 顆 在軌 備用 衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座。每一個(gè) 用 戶在任何地方都 能 夠同時(shí)接收到來 自 4～ 12 顆 GPS 衛(wèi)星 的 定位