基于車(chē)載通訊GPS的嵌入式漢顯終端的設計

1 引言

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

2 嵌入式漢顯的組成

圖1 車(chē)載GPS系統結構圖

嵌入式漢顯的作用主要是通過(guò)串口與GPS車(chē)載終端和計價(jià)器通信，接收處理GPS車(chē)載終端發(fā)送的GPS定位信號和計價(jià)器發(fā)送的相關(guān)運營(yíng)數據，并通過(guò)紅外遙控器和按鍵讓用戶(hù)對漢顯進(jìn)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(yǔ)音服務(wù)。

嵌入式漢顯由以下幾個(gè)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(gè)部分組成：并口Flash，供電電路，LCD模塊接口及驅動(dòng)電路，串口通信電路，看門(mén)狗電

路和語(yǔ)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(kāi)發(fā)的16位單片機，其突出特點(diǎn)是超低功耗，非常適合于各種功率要求低的場(chǎng)合，是目前業(yè)界所有內部集成閃速存儲器(Flash ROM)產(chǎn)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，具有五種節能模式。其64K的程序空間保證了可容納足夠的代碼長(cháng)度，而程序執行中可寫(xiě)的內部FLASH可用于存放中心號碼，電話(huà)號碼和GPS車(chē)載終端設置等重要數據。單片機內有抗ESD保護，有較強抗干擾能力。在線(xiàn)編程，程序更新方便。仿真器結構簡(jiǎn)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(mǎn)足車(chē)載設備應用要求。

3.2 供電電路

為了兼容不同的車(chē)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(mǎn)足可輸入電壓在9V至36V之間。由于車(chē)載環(huán)境較為惡劣，電瓶供電波動(dòng)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(diǎn)亮時(shí)，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(mǎn)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(gè)TVS管，由于車(chē)載電瓶供電電壓為12V或24V，因此可根據實(shí)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(guān)鍵點(diǎn)、字庫、通話(huà)記錄、短信息、運營(yíng)數據和其他數據。Flash容量需求分析如下：

3.3.1 字庫約需要800K字節。

3.3.2 GPS定位信息需要作為行車(chē)記錄加以保存，目前絕大多數GPS模塊都是每秒發(fā)送一次GPS定位數據，如果每一條都作為行車(chē)記錄保留沒(méi)有太大的實(shí)際意義，因此可每隔一至十分鐘保留一次定位數據，這樣的話(huà)10000條可至少保存大約一周的行車(chē)記錄，滿(mǎn)足實(shí)際應用需要。定位信息包括：時(shí)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=480000字節

3.3.3 對于需要限速提示、路段提示、區域提示等特殊需求，可以通過(guò)預存這些關(guān)鍵點(diǎn)或多邊形的定位數據信息，車(chē)輛行駛過(guò)程中經(jīng)過(guò)、到達、離開(kāi)這些區域時(shí)，將收到的定位信息與之比對并配合語(yǔ)音播報即可判別并進(jìn)行提示。關(guān)鍵點(diǎn)的信息包括：進(jìn)入關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間、駛出關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)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(guān)鍵點(diǎn)信息量計算： 52字節×200個(gè)=10400字節(保存100個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，預留100個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)容量)

多邊形信息包括：頂點(diǎn)的編號、頂點(diǎn)經(jīng)度、頂點(diǎn)緯度等信息。

多邊形：10個(gè)×9個(gè)頂點(diǎn)×(2+10+11)=2070字節(最大保存10個(gè)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(mǎn)足與MSP430系列單片機的高速數據傳輸。

3.4 語(yǔ)音芯片及功放電路

為了縮短開(kāi)發(fā)周期，可考慮采用處理器內部集成了完整的語(yǔ)音合成系統。以科大訊飛的語(yǔ)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T(mén)TL 電平，通過(guò)串口(UART) 接收上位機發(fā)送的命令和數據，命令和數據以幀的方式進(jìn)行封裝和發(fā)送，允許發(fā)送數據的最大長(cháng)度為200個(gè)字節。語(yǔ)音芯片在接收到命令或文本合成完畢之后，通過(guò)串口TXD2向MCU發(fā)送反饋信息。MCU可以通過(guò)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(shí)，表明芯片處于待機就緒狀態(tài);處于高電平時(shí)，表明芯片正處于文本合成狀態(tài)。語(yǔ)音通過(guò)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(mǎn)足要求。

圖4 語(yǔ)音芯片原理框圖

3.5 其它外圍電路

由于國內目前的車(chē)載GPS終端和計價(jià)器基本都是采用串口通信的方式連接漢字顯示終端，因此根據不同車(chē)載終端和計價(jià)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(guò)3.3V~5V的電平轉換芯片為核心的驅動(dòng)電路來(lái)連接，也可根據LCD模塊采用合適的解決方案。

4 結語(yǔ)

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

參考文獻：

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

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

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