基于ARM的嵌入式車載GPS定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　0 前言

　　車載定位系統(tǒng)作為車載信息系統(tǒng)的重要部分，利用GPS等裝置，以一定精度實(shí)現(xiàn)車輛定位，包含位置、速度和行車方向等車輛姿態(tài)信息。繼一些國家之后，我國一些科研院所和高校也開始研究自己的車載定位系統(tǒng)，市場空前的繁榮。但是傳統(tǒng)系統(tǒng)功能單一、集成度不高。隨著ARM處理器在全球范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經(jīng)成為嵌入式應(yīng)用和設(shè)計(jì)的主流。同時(shí)嵌入式Linux是一個(gè)非常好的免費(fèi)的操作系統(tǒng)內(nèi)核，具有穩(wěn)定、良好的移植性、優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)功能、完備的各種文件系統(tǒng)的支持、以及標(biāo)準(zhǔn)豐富的API等特點(diǎn)。因此，本文提供了一套具有先進(jìn)性及工程實(shí)用性的車載定位系統(tǒng)整體解決方案，使得系統(tǒng)的性能、集成度和可擴(kuò)展性大大提高。

　　1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)的整體硬件設(shè)計(jì)

　　本文車載信息系統(tǒng)由以下幾部分組成：主控制部分、定位部分、通信部分、數(shù)據(jù)采集部分、顯示部分，如圖1所示。

圖1 車載定位系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)方案

　　主控制部分采用了三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式系統(tǒng)平臺，完成整個(gè)系統(tǒng)的控制。其主要包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲模塊電路、JTAG接口電路、串行口電路、LCD接口、SPI接口以及按鍵電路的設(shè)計(jì)。主控模塊通過串行口、SPI接口、LCD接口與擴(kuò)展模塊相連接構(gòu)成整個(gè)硬件系統(tǒng)。

　　1.2 GPS模塊的硬件設(shè)計(jì)與制作

　　定位部分采用了自行設(shè)計(jì)和制作了基于瑞士U-BLOX公司LEA-4S芯片的GPS接收模塊。在此給出了GPS接收模塊的整體設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 GPS接收模塊的整體設(shè)計(jì)

　　u-blox的GPS部分分為兩部分。采取數(shù)字/模擬分開設(shè)計(jì)的方法，有效提高了模塊的抗干擾能力。在硬件的設(shè)計(jì)制作過程中。也是分為兩步，即模塊部分和數(shù)字部分。模擬部分主要由天線接入端及天線供電部分/檢測電路構(gòu)成。

　　天線選用3v供電的有源天線，增益27dB左右，噪聲系數(shù)1.5dB左右。天線接入模塊較為復(fù)雜，從GPS有源天線接收的信號頻率高選1.575C,屬于微渡范圍。PCB設(shè)計(jì)需要滿足天線座到模塊RF_IN端的阻抗匹配為50Ω。

　　模塊供電電源穩(wěn)壓電路為5v轉(zhuǎn)3v的五腳LDO,對電壓穩(wěn)定精度較高，要求輸出紋波在50mV以下，電流為150mA左右，這里選用精工的SOT-23-5封裝的LDO S-1112 3.0V,能滿足電源供應(yīng)的要求。后備3V可充電微型鋰電池則為數(shù)據(jù)保存作用。

　　選擇電路為波特率的選擇及速率選擇?；蚴菃铀俣戎惖倪x擇，一般可以用默認(rèn)值。

　　數(shù)字部分硬件相對簡單，LEA-4S為兩路TTL電平輸出，分別為9600/11520波特率，分別支持國際通用GPS協(xié)議NMEA及u-blox公司的UBX二進(jìn)制格式。在本設(shè)計(jì)中，通過串口O提取ASCII碼，串口數(shù)據(jù)通過MAX232電平轉(zhuǎn)換為RS232電平。另外，將GPS模塊的發(fā)送端和接收端經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后與審口DB9交叉相連。