車(chē)載導航系統終端的研究

引言

面對龐大的汽車(chē)市場(chǎng)以及隨著(zhù)全國各省市高速公路路網(wǎng)的建設與完善，對交通管理信息化的要求越來(lái)越高，gps車(chē)載系統的潛力不可估量，其發(fā)展前景比較樂(lè )觀(guān)。日本和西方各大公司都參與了這場(chǎng)高科技的角逐。各發(fā)達國家的很多生產(chǎn)商都加快了車(chē)載導航系統的研究步伐。隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，很多資源不足的瓶頸問(wèn)題都很大程度上得到了解決。車(chē)載定位系統由車(chē)載定位終端、無(wú)線(xiàn)通信鏈路和車(chē)載監控管理系統三部分組成。其主要功能是將移動(dòng)目標的動(dòng)態(tài)位置(經(jīng)度和緯度)、時(shí)間和海拔等對用戶(hù)有用的信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路傳送到監控中心，而后在電子地圖上對移動(dòng)目標的運動(dòng)軌跡進(jìn)行顯示，并對車(chē)輛的準確位置、速度、運動(dòng)方向和車(chē)輛狀態(tài)等用戶(hù)感興趣的參數進(jìn)行監控和查詢(xún)，為調度管理提供可視化依據，提高車(chē)輛運行效率，還能起到節能減排的作用。也在一定程度上起到保護地球的作用。本文將gps定位技術(shù)應用于氣車(chē)，與現有定位技術(shù)組合起來(lái)共同完成定位監控任務(wù)，將大大提高定位準確性及安全性，同時(shí)能夠降低資金投入，具有很廣闊的發(fā)展空間。

系統總體設計

系統硬件的結構設計

車(chē)輛監控系統由車(chē)載端(包括arm工控機、觸摸屏、gps接收模塊和電源等)、通信系統(gprs)、監控中心三大部分組成。車(chē)載端的gps模塊實(shí)時(shí)接收全球定位衛星的位置、時(shí)間等數據，一方面發(fā)送給車(chē)內的arm微型工控機，得到車(chē)輛的當前位置并且在電子地圖上顯示：另一方面，數據將通過(guò)gprs終端模塊發(fā)送到遠程監控中心服務(wù)器，使得監控中心能實(shí)時(shí)得到所有車(chē)輛的位置信息，給車(chē)輛的安全監控以及遠程凋度提供了基礎。通過(guò)spi接口與can總線(xiàn)相連，利用can總線(xiàn)掛接傳感器，檢測汽車(chē)主要技術(shù)參數，can總線(xiàn)模塊可以使本系統與其他車(chē)載模塊的連接，完成收集車(chē)輛的狀態(tài)信息以及進(jìn)一步控制。can總線(xiàn)模塊主要包括can總線(xiàn)的控制器和收發(fā)器，在這里分別選用的是microchip公司的mcp2510和飛利浦公司的pca82c250。其中，can總線(xiàn)控制器mcp2510實(shí)現了can總線(xiàn)的協(xié)議，can總線(xiàn)收發(fā)器pca82c250提供協(xié)議控制器和物理傳輸線(xiàn)路之間的接口。由于can總線(xiàn)控制器mcp2510具有spi接口，因此，系統中將其與s3c2440的spi0相連。故障檢測模塊主要是對汽車(chē)的主要技術(shù)參數進(jìn)行檢測，并顯示到lcd顯示器上，如果檢測到故障，會(huì )發(fā)出報警信號。本文主要檢測的技術(shù)參數包括燃油消耗量、制動(dòng)力、轉向力、發(fā)動(dòng)機溫度、冷卻液溫度、前照燈，以及車(chē)內噪聲和尾氣等方面。該模塊主要是通過(guò)各種傳感器把各種信號轉換為電信號，再利用信號處理電路把電信號進(jìn)行相應的處理，使其能與can總線(xiàn)模塊進(jìn)行數據傳輸。車(chē)載端的硬件組成框圖，如圖1所示。

圖1 車(chē)載端的硬件組成框圖

應用程序總結構

應用程序的總體流程圖如圖2所示。由于gprs模塊和gps模塊都是通過(guò)串口和監控終端連接的，程序系統初始化的工作就是對串口進(jìn)行初始化，使串口按gprs及gps模塊的要求工作。之后創(chuàng )建共享內存是為gprs通信子進(jìn)程與gps子進(jìn)程之間的通信做準備。gps子進(jìn)程負責從串口接收gps信息并把這些信息寫(xiě)入共享內存內，gprs子進(jìn)程則將共享內存內的gps信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò )送到遠方的監控服務(wù)器。

gps驅動(dòng)程序的編寫(xiě)

為了使arm上的應用程序能夠處理gps接收到的導航信號，要編寫(xiě)gps的驅動(dòng)程序。

這個(gè)gps驅動(dòng)程序也是屬于字符型驅動(dòng)程序，首先了解嵌入式開(kāi)發(fā)中應用程序、庫、內核、驅動(dòng)程序的關(guān)系：應用程序調用應用程序庫函數完成功能;應用程序以文件形式訪(fǎng)問(wèn)各種資源;應用程序函數庫的一部分直接完成功能，一部分函數通過(guò)系統調用由內核完成，內核處理系統調用，調用設備驅動(dòng)程序，設備驅動(dòng)程序直接與硬件通信。如圖3所示

一般linux的設備驅動(dòng)有三種類(lèi)型，字符設備、塊設備、網(wǎng)絡(luò )設備。而我要講的gps模塊的驅動(dòng)程序是屬于字符設備。對于字符設備發(fā)出讀/寫(xiě)請求時(shí)，實(shí)際的硬件i/o操作一般緊接著(zhù)發(fā)生。在設備管理中，除了設備類(lèi)型外，內核還需要一對被稱(chēng)為主從設備號的參數，才能唯一標識一個(gè)設備。主設備號相同的設備使用相同的驅動(dòng)程序，從設備號用于區分具體設備的實(shí)例。用命令cat/proc/devices可以查看系統中所有設備對應的主設備號。所以在gps驅動(dòng)程序的開(kāi)始定義設備名稱(chēng)#define device_name “s3c2440-gps”再定義主設備號，我是讓系統自動(dòng)分配的，以防主設備號已被占用，static int gps_major=0;驅動(dòng)程序以一個(gè)模塊初始化函數作為入口，如module_init(s3c2440_gps_init)向內核聲明當前模塊的初始化函數;再寫(xiě)gps的初始化函數：static int __init s3c2440_gps_init(void)函數，在這個(gè)函數里面注冊一個(gè)設備，返回主設備號，可以寫(xiě)成：gps_major=register_chrdev(0，device _name，s3c2440_gps_fops)，s3c2440_gps_fops是定義了的結構體，規定了驅動(dòng)程序向應用程序提供的操作接口。如：static struct file_operations s3c2440_gps _fops ={.owner= this_module，。

open= s3c2440_gps_open，.release= s3c2440_gps_release=s3c2440_gps_release， .ioctl=s3c2440_gps_ioctl};繼續向下寫(xiě)，gps_class=class_create(this_module，device_name);在/sysfs目錄下創(chuàng )建這個(gè)設備的類(lèi)。再是注冊這個(gè)設備的類(lèi)，如device_create(gps_class，null，mkdev(gps_major，0)，null，device_name)。

gps應用程序即定位功能的實(shí)現

要實(shí)現gps的定位必須先要對gps數據包進(jìn)行解析，gps上電后，每隔一定的時(shí)間就會(huì )返回一定格式的數據，數據格式為$信息類(lèi)型，每行開(kāi)頭的字符都是$，接著(zhù)是信息類(lèi)型，后面的是數據，以逗號分開(kāi)，完整的數據類(lèi)型如下：$gprmc，080655.00，a，4546.40891，n，12639.65641，e，1.045，328.42，170809，，，a*60信息類(lèi)型為：gpgsv：可見(jiàn)衛星信息、gpgll：地理定位信息、gprmc：推薦最小定位信息、gpvtg：地面速度信息、gpgga：gps定位信息、gpgsa：當前衛星信息、這里我只解析gprmc和gpgga的信息。一.gprmc數據詳解：$gprmc，《1》，《2》，《3》，《4》，《5》，《6》，《7》，《8》，《9》，《10》，《11》，《12》*hh《1》utc時(shí)間，hhmmss(時(shí)分秒)格式《2》定位狀態(tài)，a=有效定位，v=無(wú)效定位《3》緯度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)《4》緯度半球n(北半球)或s(南半球)《5》經(jīng)度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也將被傳輸)《6》經(jīng)度半球e(東經(jīng))或w(西經(jīng))……。