基于ARM處理器的車載GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

概述：本文設(shè)計(jì)了一套基于ARM處理器的車載GPS系統(tǒng)，采用AT91RM9200處理器為硬件平臺(tái)，在該處理器上移植Linux操作系統(tǒng)，利用操作系統(tǒng)的資源編寫程序?qū)崿F(xiàn)GPS和GPRS的功能在車載GPS系統(tǒng)中的應(yīng)用。本文提供了一套切實(shí)可行的具有實(shí)時(shí)監(jiān)控能力的車載GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

1 引言

車載GPS定位終端在過去十年內(nèi)已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的焦點(diǎn)。在歐美國家和日本，車載GPS定位終端在最近幾年內(nèi)得以廣泛的應(yīng)用。車載GPS定位終端是融全球衛(wèi)星定位技術(shù)(GPS)和現(xiàn)代無線通信技術(shù)于一體的高科技系統(tǒng)。該終端的主要功能是通過GPS模塊從衛(wèi)星獲取GPS數(shù)據(jù),將移動(dòng)車輛的動(dòng)態(tài)位置(經(jīng)度、緯度、時(shí)間、速度)等信息實(shí)時(shí)地通過無線通信鏈路上傳至監(jiān)控中心,同時(shí)接收監(jiān)控中心發(fā)送的控制命令。目前的車輛監(jiān)控系統(tǒng)中大多采用GSM通信網(wǎng)以短信息的方式進(jìn)行通信,不能充分滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。而GPRS(General Packet Radio Service)通用分組無線業(yè)務(wù)是一種以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ),采用IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高效數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，可以彌補(bǔ)GSM網(wǎng)絡(luò)的不足。車載GPS定位終端不僅在智能交通系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)主要作用，同時(shí)還可以提供防盜防搶劫報(bào)警，公交車報(bào)站，物流車輛調(diào)度等多種服務(wù)。

2 車載GPS定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

本部分介紹車載GPS定位系統(tǒng)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，著重闡述嵌入式處理器AT91RM9200硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊的接口設(shè)計(jì)和GPRS通信模塊接口的設(shè)計(jì)。如圖1所示，車載GPS定位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主要由GPRS接收模塊、GPS接收模塊、SDRAM,FLASH存儲(chǔ)器模塊、串口通信模塊，以及外圍模塊組成。

圖1 車載GPS定位系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)組成

2.1 GPRS接收模塊電路設(shè)計(jì)

GPRS模塊負(fù)責(zé)主電路板與監(jiān)控中心的通信任務(wù)，它將處理好了的GPS數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給監(jiān)控中心，并接收監(jiān)控中心發(fā)送給主電路板的控制命令，該模塊直接影響到這個(gè)車載終端的實(shí)際使用效果。

本系統(tǒng)選用的GPRS模塊是由索尼愛立信公司推出的GR47模塊，該模塊的主要特點(diǎn)是內(nèi)置TCP/TP協(xié)議棧。它允許一個(gè)TCP/UDP傳輸機(jī)制以最小的前期配置和操作來被使用。其內(nèi)嵌控制器方便集成客戶的應(yīng)用，減少外部控制器的需求。GR47支持雙頻GSM寬帶900MHz/1800MHz，可通過SMS短消息服務(wù)、CSD、HSCSD或GPRS來發(fā)送或接收資料，并可處理語音及傳真。其TCP/IP協(xié)議棧也可通過AT命令或嵌入式應(yīng)用進(jìn)行訪問。由于GR47模塊內(nèi)嵌了TCP/IP協(xié)議棧，所以可以直接用AT命令對(duì)其進(jìn)行控制，使用起來非常方便。圖2描述了GPRS通信模塊的串口電路設(shè)計(jì)。

圖2 GPRS模塊的串口電路設(shè)計(jì)圖

2.2 GPRS模塊的SIM卡電路設(shè)計(jì)

GR47模塊帶有一個(gè)SIM卡的接口，遵從IS07816 IC卡標(biāo)準(zhǔn)。通過電線與外部擴(kuò)展的SIM卡盒相連。圖3描述了GPRS模塊的SIM卡電路設(shè)計(jì)。

圖3 GPRS模塊SIM卡電路設(shè)計(jì)圖

2.3 GPS接收模塊電路設(shè)計(jì)

GPS模塊負(fù)責(zé)接收GPS定位衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航電文，他通過串行接口與主電路板相連接，是實(shí)現(xiàn)接收GPS數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。

對(duì)于GPS模塊的選擇而言，通常從技術(shù)參數(shù)，支持的通信協(xié)議，控制接口和成本幾個(gè)方面考慮。目前商用的GPS模塊，大都支持12通道，采用C/A編碼，NMEA0183協(xié)議，通過RS232接口控制。本系統(tǒng)選用的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊為上海麗浪公司出品的GPS-R25型GPS模塊，具有以下特性:12通道C/A碼接收控制，可同時(shí)監(jiān)控12路衛(wèi)星信號(hào)；內(nèi)部集成16位ARM7TDMI處理內(nèi)核；電池會(huì)在正常的使用過程中充電；GPS衛(wèi)星采集模塊的誤差范圍為1～5米；2種接口連接且用戶可自選波特率；達(dá)到工業(yè)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)并且防水。并且該模塊即可以通過RS-232的串口與主電路板相連接，也可以通過PS2接口與主電路板相連接，使用起來非常方便。

2.4 FLASH存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)

Flash存儲(chǔ)器是一種可在系統(tǒng)電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲(chǔ)器。作為一種非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中通常用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)采用了一片K9F5608U0A的NAND型Flash，K9F5608U0A是三星公司生產(chǎn)的K9XXXXXU0A系列閃存中的一種，32MB容量，讀寫速度快，數(shù)據(jù)保存時(shí)間長以及高達(dá)10萬次的擦除寫入壽命等優(yōu)點(diǎn)。該芯片具有一個(gè)八位的I/O端口。在CE為低電平時(shí)，把WE置低，地址、命令和數(shù)據(jù)都可通過該端口寫入。數(shù)據(jù)在WE的上升沿被鎖存，CLE和ALE分別用來控制對(duì)命令和地址的鎖存。同時(shí)K9F5608U0A具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)功能，能夠最大限度地保護(hù)用戶數(shù)據(jù)。