基于車載通訊GPS的嵌入式漢顯終端的設計

1 引言

近幾年來，GPS導航定位技術在不斷發(fā)展，越來越多的車輛加裝了車載GPS終端。時至今日，車載GPS終端已經(jīng)成為城市交通管理網(wǎng)絡的重要組成部分。但一直以來，用戶在加裝了車載GPS終端后，由于缺乏友好的人機交互設備，影響了用戶使用和車載GPS終端的普及，限制了車載GPS終端產品的功能擴展。通過加裝漢字顯示終端，能使用戶更便捷的使用車載GPS終端，方便中心進行調度管理，彌補以前產品的不足。

2 嵌入式漢顯的組成

圖1 車載GPS系統(tǒng)結構圖

嵌入式漢顯的作用主要是通過串口與GPS車載終端和計價器通信，接收處理GPS車載終端發(fā)送的GPS定位信號和計價器發(fā)送的相關運營數(shù)據(jù)，并通過紅外遙控器和按鍵讓用戶對漢顯進行設置和操作，然后在液晶模塊上顯示相應的內容，并能提供語音服務。

嵌入式漢顯由以下幾個部分組成：漢顯主板、液晶模塊、紅外接收頭、按鍵、喇叭、發(fā)光二極管以及連接器。

3 主板硬件部分

圖2 漢顯結構圖

嵌入式漢顯的主板由以下幾個部分組成：并口Flash，供電電路，LCD模塊接口及驅動電路，串口通信電路，看門狗電

路和語音芯片及功放電路。

3.1 MSP430系列單片機

MSP430系列單片機是由TI公司開發(fā)的16位單片機，其突出特點是超低功耗，非常適合于各種功率要求低的場合，是目前業(yè)界所有內部集成閃速存儲器(Flash ROM)產品中功耗最低的，消耗的功率僅為其他閃速微處理器(Flash MCUs)的1/5。在3V工作電壓下其耗電電流低于350uA/MHz，待機模式僅為15 uA/MHz，具有五種節(jié)能模式。其64K的程序空間保證了可容納足夠的代碼長度，而程序執(zhí)行中可寫的內部FLASH可用于存放中心號碼，電話號碼和GPS車載終端設置等重要數(shù)據(jù)。單片機內有抗ESD保護，有較強抗干擾能力。在線編程，程序更新方便。仿真器結構簡單，可自行制作。該系列工業(yè)級單片機工作溫度范圍為-40~+85攝氏度，可滿足車載設備應用要求。

3.2 供電電路

為了兼容不同的車載電瓶提供的12V和24V電壓，供電電路采用的電壓變換器應能滿足可輸入電壓在9V至36V之間。由于車載環(huán)境較為惡劣，電瓶供電波動大，為了防止外部干擾引起的大電流燒壞內部元器件，可在電源輸入端串聯(lián)自恢復保險絲。本設計思路主板的基本功耗大約在50mA左右，在LCD背光點亮時，功耗在180mA左右，因此可選取熔斷電流在350mA的自恢復保險絲可滿足要求。為了防止微處理器或單片機因瞬間的脈沖，如靜電干擾，所導致的失靈或損壞，可在電源正極輸入端并聯(lián)一個TVS管，由于車載電瓶供電電壓為12V或24V，因此可根據(jù)實際情況選取。

圖3 供電電路

3.3 存儲器

Flash需要保存GPS定位信息、關鍵點、字庫、通話記錄、短信息、運營數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。Flash容量需求分析如下：

3.3.1 字庫約需要800K字節(jié)。

3.3.2 GPS定位信息需要作為行車記錄加以保存，目前絕大多數(shù)GPS模塊都是每秒發(fā)送一次GPS定位數(shù)據(jù)，如果每一條都作為行車記錄保留沒有太大的實際意義，因此可每隔一至十分鐘保留一次定位數(shù)據(jù)，這樣的話10000條可至少保存大約一周的行車記錄，滿足實際應用需要。定位信息包括：時間、經(jīng)度、經(jīng)度標識、緯度、緯度標識、速度、方向、狀態(tài)以及附加信息等等。

定位信息量計算:10000條×48字節(jié)=480000字節(jié)

3.3.3 對于需要限速提示、路段提示、區(qū)域提示等特殊需求，可以通過預存這些關鍵點或多邊形的定位數(shù)據(jù)信息，車輛行駛過程中經(jīng)過、到達、離開這些區(qū)域時，將收到的定位信息與之比對并配合語音播報即可判別并進行提示。關鍵點的信息包括：進入關鍵點時間、駛出關鍵點時間、左下角緯度、左下角經(jīng)度、左上角緯度、左上角經(jīng)度、右下角緯度、右下角經(jīng)度、右上角緯度右上角經(jīng)度以及其他標志位等等。

關鍵點信息量計算： 52字節(jié)×200個=10400字節(jié)(保存100個關鍵點，預留100個關鍵點容量)

多邊形信息包括：頂點的編號、頂點經(jīng)度、頂點緯度等信息。

多邊形：10個×9個頂點×(2+10+11)=2070字節(jié)(最大保存10個9邊形)

因此容量應至少在1MB以上，最好采用并口通信的Flash以滿足與MSP430系列單片機的高速數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 語音芯片及功放電路

為了縮短開發(fā)周期，可考慮采用處理器內部集成了完整的語音合成系統(tǒng)。以科大訊飛的語音芯片為例，該芯片支持任意中文文本的合成，中文編碼可以采用GB2312 或者Unicode 兩種編碼方式，電平邏輯為TTL 電平，通過串口(UART) 接收上位機發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，命令和數(shù)據(jù)以幀的方式進行封裝和發(fā)送，允許發(fā)送數(shù)據(jù)的最大長度為200個字節(jié)。語音芯片在接收到命令或文本合成完畢之后，通過串口TXD2向MCU發(fā)送反饋信息。MCU可以通過接收芯片的反饋，了解到芯片是否正確接收了命令，以及芯片是否完成了文本合成。當芯片READY信號腳處于低電平時，表明芯片處于待機就緒狀態(tài);處于高電平時，表明芯片正處于文本合成狀態(tài)。語音通過10bit DAC 模擬音頻輸出，外圍功放電路采用最常用的LM386的功放電路就能滿足要求。

圖4 語音芯片原理框圖

3.5 其它外圍電路

由于國內目前的車載GPS終端和計價器基本都是采用串口通信的方式連接漢字顯示終端，因此根據(jù)不同車載終端和計價器必須采用相應的串口通信方式，可考慮采用MAX202等轉換芯片電路、電流環(huán)電路或其他解決方案。電流環(huán)電路原理如下圖：

圖5 電流環(huán)電路原理圖

MCU和Flash最好采用3.3V供電的低功耗芯片，因此需要與LCD模塊通過3.3V~5V的電平轉換芯片為核心的驅動電路來連接，也可根據(jù)LCD模塊采用合適的解決方案。

4 結語

在車載GPS技術已經(jīng)十分成熟的今天，車載GPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是提供更友好的人機交互功能、更完善的服務。嵌入式漢字顯示終端通過串口即可實現(xiàn)對車載終端的擴展，為車載GPS終端提供友好的人機交互界面，以及個性化設置，大大方便用戶的使用，而且擴展了車載GPS終端的功能和資源，能為用戶提供更豐富的服務內容。因此，嵌入式漢字顯示終端必將極大地推動車載GPS系統(tǒng)的普及，促進車載GPS系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]胡大可編著. MSP430系列16位單片機原理和應用. 北京：北京航空航天大學出版社，2000

[2]胡大可編著. MSP430系列FLASH型16位單片機. 北京：北京航空航天大學出版社，2001

[3]北京聚利科技有限公司. 計價器與車載終端GPS通信協(xié)議. 北京：北京聚利科技有限公司，2005