智能GPS导航系统终端的设计与实现word文档.docx
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智能GPS导航系统终端的设计与实现
引言
近年来,城市道路建设步伐的加快和人员流动的日益频繁使每个人对空间信息有了更多的依赖,尤其是在户外和移动过程中,对地理信息的需求非常普遍。
新一代的智能移动通讯导航设备不仅小巧、轻便,能够实现电话语音、短信和随时随地的接入网功能;同时以无线的方式将电脑、通讯、导航三者融合在一起,实现无线通讯、远程安控、信息接收查询等功能,最大程度地发挥终端移动通讯、信息管理和智能GPS导航功能,具有可观的发展前景。
基于此,本文开展基于WindowsCE5.0的智能GPS导航系统终端的研究。
1系统整体设计
智能GPS导航系统终端的框图如图1所示。
图1智能GPS导航系统终端框图
最底层是系统层。
由WindowsCE嵌入式操作系统和内置的各种接口器件的驱动程序以及相关外围设备的驱动程序组成。
驱动程序通过操作系统进行调用,完成相应的功能,为上层的接口层和应用层提供数据服务。
中间的嵌入式GUI为接口层,采用qt-embeddedwince-opensource4.5作为用户GUI的界面库。
QT4.5是基于服务器-客户端的一种用户界面设计中间件,具有丰富的标准库、动态引擎、强大的信号槽机制。
最上层是应用层。
采用qt-embedded-wince-opensource4.5作为应用程序框架进行设计。
它具有Widget样式表,强大的图形布画和多线程功能。
不仅能够提供丰富的功能控件和精美的外层界面设计功能,而且可以快捷地设计出符合要求的各种功能模块。
主要包含以下几个功能模块:
(1)实时路径导航模块:
通过GPS模块实时地接收卫星信号,解析得出所在地理位置的经纬度信息,在导航界面框架上更新显示;同时可以设置目的地点,系统将通过路径优先算法显示最优路径,完成导
航功能;
(2)空间分析功能模块:
可以在导航界面搜索当前所处地点附近的公共设施、酒店、医院、停车场等。
方便用户在短时间内查询所需信息,为用户提供帮助;
(3)无线语音通讯模块:
通过平台外扩GPRS模块,实现无线语音通讯,拨打和接听电话;
(4)指纹识别登录模块:
从设备的安全角度考虑设计,用户通过指纹识别正确登录后才能使用设备;
(5)安全报警模块:
主要体现在对指纹识别登录多次失败后采取的一种警报方案。
它通过对GPRS短信功能、GPS定位功能和指纹识别功能的结合,获取警报定位,保障对设备的实时地位。
本系统的开发环境如下:
(1)硬件环境:
UP-TECHPXA270-S硬件开发平台、指纹识别模块、GPS模块、GPRS模块;
(2)软件环境:
PlatformBuilder5.0、qt-embeddedwince-
Opensource4.5、VisualStudio2005+SP1。
2系统硬件设计
2.1XSCALEPXA270特性介绍
基于XScale架构的PXA27X系列处理器,最高主频达到624MHz,引用了英特尔的SpeedStep动态电源管理技术,在保证CPU性能的情况下,最大限度地降低系统功耗,延长便携产品的电池使用功耗。
同时加入了WirelessMMX无线多媒体扩展指令集技术,提高了多媒体处理能力,使其能够支持2D和3D游戏、数据流MPEG4视频、无线加密/解密、语音识别和数字编辑等应用。
2.2硬件模块设计
系统硬件主要有以下模块:
(1)处理器模块:
即PXA270处理器,用于实现系统的输入输出控制和音视频、图像等的编解码;
(2)输入接口模块:
主要处理用户的交互输入信息,分为USB接口、RS232串口、标准串行(STUART)接口和触摸屏,USB接口包括键盘输入、蓝牙和摄像头;RS232串口包括GPRS模块、指纹识别模块,GPS模块;
(3)音频输出模块:
主要用于音频信息的输出,包括本地内置喇叭的音频输出和音频接口的输出;
(4)显示输出模块:
主要用于输出视频影像、图像、文本等功能信息的输出,实现人机的交互;
(5)系统控制模块:
包括晶振,电源,复位电路,总线扩展槽等;
(6)存储模块:
包括NOR/NANDFlash、SDRAM、U盘、SD卡等。
用于系统初始化代码的存放、音视频数据及图像数据的存储等。
3系统软件设计
系统软件包括WindowsCE嵌入式操作系统的定制与裁剪、驱动程序和应用程序的开发。
3.1WindowsCE嵌入式操作系统
通过微软提供的PlatformBuilder定制嵌入式操作系统,不仅能够符合系统的硬件平台,也能为各外围设备的驱动以及应用程序的运行提供稳定的系统环境。
WindowsCE是高度模块化的嵌入式操作系统,用户为了满足特定的项目开发需求,可以对操作系统进行量身定制。
为嵌入式设备定制
WindowsCE操作系统,须进行创建、构建、运行和发布OS等一系列操作。
在本系统的设计中,根据项目实际功能的需要,利用PlatformBuilder定制操作系统的流程如下:
(1)导入BSP开发包。
由于使用的是博创公司提供的硬件平台,故首先安装博创公司提供的BSP包;
(2)创建项目。
根据WindowsCE智能GPS导航系统的功能需求,在定制过程中选择合适的组件。
包括:
MFC组件、.NETCompactFramework2.0组件、网络相关的组件、串行通信的组件以及音视频播放相关的组件等;
(3)编译项目,生成操作系统镜像(NK.bin)并导出SDK;
(4)下载镜像到硬件平台,调试成功后启动;
3.2GPS导航系统实现
在本系统中,GPS模块是设计重点之一。
由于硬件平台配套的GPS模块采用的是168pin外扩总线接口,对于PXA270来说是标准串行(STUART)接口,所以对于GPS模块驱动采用流式接口驱动的方法进行开发。
GPS每秒钟接收发送10条数据,从中选择需要的数据,其余信息忽略掉。
本系统GPS数据采集程序采用GPS的异步串行传送方式,通过RS-232串行口采集的GPS数据。
如果卫星信号正常的话,可能接收到的信息的是:
$GPRMC,025145.00,A,2221.9263,N,11332.04305,E,
000.0,000.0,050509,01$GO
对应上述对GPRMC的分析,通过GPRMC信息中的“A”,首先确认目前输出的信息是有效的;由025145.00可以知道当前的格林威治时间是2时51分45.00秒;由“2221.9263,N”人们知道当前的纬度是北纬N,22.219263度;由“11332.04305,E”可以得到当前的经度是东经E,113.3204305度。
3.3应用程序的开发
3.3.1QT绘制导航地图
GPS导航地图的设计采用层次图层组合的设计方法。
通过MapInfo地图制作软件制作目标地图的各个图层(如地界层、点图层、标注图层等),图层上的信息关联到预定的数据库,每一个图层对应到数据库中的一张表,图层上的各个点信息对应到表中的各个属性,制作好的图层导出到mif和mid文件。
电子地图的层次结构如图2所示。
.mif的文件主要用来保存空间对象的几何数据;扩展名为mid的文件主要用来保存与几何数据相对应的属性数据。
通过这样完成数据的交接。
采用qt-embedded-wince-opensource4.5作为导航地图的GUI,对mif和mid格式文件的读取,在QT的QGraphicsView框架上绘制地图,并且连接后台的数据库。
从而显示在导航电子图上。
图2电子地图的层次结构图
3.3.2GPRS通讯
无线语音通讯作为系统的一个功能模块,当程序启动的时候初始化。
GPRS模块通过串口连接到平台,故应对串口进行设置。
系统的GPRS通讯模块包括无线语音通讯、短信收发和无线上网3个部分。
通讯模块采用的SIM300GPRS模块,内置了标准的AT指令、TCP/IP协议,可以提供GSM语音、短信息、GPRS无线上网等业务。
通过PXA270上面的标准RS232串口发送各种特殊AT指令实现接收短信、语音通话;同时浏览网页、捕获最新新闻信息等。
3.3.3GPRS和GPS联合报警
联合报警功能是指通过“指纹识别+GPRS+GPS+摄像头”的完美结合实现的一个功能,是本项目的一大特色。
此功能为设备的安全提供了保障,当设备遗失时,若是没有指纹记录的人想使用设备,指纹识别错误超过3次,系统就会自动启动报警功能。
先通过GPS获得当前位置信息,同时摄像头自动拍摄,然后利用GPRS将拍摄到的照片和当前经纬信息通过彩信发送到预设的服务器,为找回设备提供了重要的线索。
4结束语
本系统在嵌入式开发平台上实现智能GPS导航系统终端的设计。
该系统具有广阔的市场前景,而且应用广泛。
系统具有如下特点:
1)采用WindowsCE操作系统和qt-embeddedwince-opensource4.5界面设计工具,具有源码开放、功能强大、系统接口丰富等特点。
可以将本系统方便地移植到其它平台上,系统界面简洁,操作简单。
(2)系统是新一代的智能通讯导航设备,具有快速定位、联合报警等功能;同时系统具备影音播放、图片浏览器、无线上网等功能。
在实现导航功能的基础上,还提供丰富的娱乐功能。
(注:
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