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本科生（自考）毕业论文（设计）题目 汽车导航系统 摘要 进入 21 世纪，汽车工业已成为世界的支柱产业，汽车在日常生活和工作中起的作用也越来越突出。而如何实现各类车辆的有效指挥、协调控制和管理已经成为交通运输和安全管理部门面临的一个重要问题。 汽车导航系统为汽车司机提供实时的信息服务，使交通网络快速、高效、安全的运行，为提高交通安全和提供良好的交通环境做出了相当的贡献。但现有导航系统这种贡献是有限的，它仅局限于单车导航，并不能从本质上。 解决现有的交通安全问题，因为它没有分析和解决自车周围潜在的交通问题。本文正是针对现有汽车导航系统存在的问题和新的发展需要提出新的研究方向汽车导航信息共享系统PSS。 关键词： 汽车导航；组成；软件系统；规划；市场需要；故障实例 Abstract entering 21st century in recent years the auto industry has already become the pillarindustry of the world it is more and more outstanding that the automobile function in thedaily life and work. How to realize the effective conduct and control in harmony andmanage of all kinds of vehicles which already become an important problem thatcommunication and transportation and safe administrative department havefaced.Automobile offer real-time information service to drivers by navigation systemmake traffic network fast high-efficient security running and make suitablecontribution to improve the traffic safety and offer the more traffic environment. But thiskind of contribution is limited it only confines to navigate by own car which can notsolve the existing traffic safely problem in essence. Because it has not analyzed andsolved the potential traffic problem around own car.This text just at the problem whichexisting automobile navigation exists and new development need and propose the newresearch direction -Automobile Navigation Public Space System PSS Abstract: Carnavigation composition software system planning faultexamples 目录摘要 . I 1 课题的来源 .1 1.1 引言 .1 1.2 系统组成及特点 .1 1.3 系统功能及工作原理 .2 1.3.1 GPS_GPRS 定位系统车载终端原理： .2 1.3.2 该系统车载终端的工作原理： .4 1.4 系统软件设计 .5 2 汽车导航系统的组成.7 2.1 全球定位系统 .8 2.2 汽车导航系统 .8 3 汽车导航仪的核心功能 .9 3.1 地图查询 .9 3.2 路线规划 .9 3.3 自主导航 .10 4 导航系统的实用性 .12 4.1 市场需求 .12 4.2 导航系统的实用优势 .13 4.2.1 CMMB 数字电视 .13 4.2.2 电子预警 .13 4.2.3 TMC 实时路况.13 4.3 小结 .135 汽车导航系统应用的新技术 .15 5.1 动态交通信息系统 .15 5.2 汽车导航系统在交通管理中的应用 .156.导航仪常见故障 .16 6.1 显示故障 .16 6.2 导航不读盘 .17 6.3 主机故障 .17总结 .18致谢 .19参考文献 .201 课题的来源 1.1 引言 目前随着人民生活水平的提高交通工具越来越多安全服务也越来越受到重视尤其是车载监控系统越来越多地受到业界的关注。本文介绍了作者设计的一种车载监控系统（以下简称为车载系统）并重点介绍了车载系统终端的设计与实现。该系统将 GPRS、GPS 技术相结合利用 GPRS 的数据传输功能实现移动车辆与监控中心的双向数据传输以实施对车辆运行状态、安全状态、技术状态的监控。 1.2 系统组成及特点 由于在GPS_GPRS定位系统中涉及到了GPS卫星定位技术与GPRS通用分组无线业务的相关应用从而在系统的组成中GPS与GPRS无疑是整个系统的核心部门下面就GPS系统与GPRS系统以应用为前提作如下简要介绍。 全球定位系统（GPSGlobal Positioning System）是美国从上世纪70年代开始研制、历时20年、耗资200亿美元、于1994年全面建成、具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。 GPRS是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。它采用信道捆绑（目前GPRS的设计 可以在一个载频或8个信道中实现捆绑）和增强数据速率改进实现高速接入理论上可提供高达115kbps的空中接口传输速率使若干移动用户能够同时共享一个无线信道一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源并且网络容量只有在实际进行传输时才被占用。 为了实现GPRS需要在现有的GSM网络中引入3种新的逻辑网络实体：服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）和分组控制单元（PCU）。GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是GSM是一种电路交换系统而GPRS是一种分组交换系统。因此GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。 基于以上对 GPS 系统和 GPRS 系统的简要介绍可以得出 GPS_GPRS 定位系统车载终端的组成及特点。其中系统结构方框图如图 1-1 所示系统工作流程为：GPS_GPRS定位系统车载终端将其所获取的当前 GPS 地理位置信息通过 GPRS 方式上传到系统服务器。客户端可以通过专用 GIS 软件或 IE 浏览方式对当前受监控车辆所在的位置、车速及行进方向进行实时监控并可以通过网络对车载终端进行控制实现移动车辆与监控中心的双向数据传输完成对车辆运行状态、安全状态、技术状态的监控。 图1-1 导航设备总成 1.3 系统功能及工作原理 1.3.1 GPS_GPRS 定位系统车载终端原理： GPS区域映射系统通过对分布式转发器的时延控制实现定位区域上的映射关系使由GPS制导的武器错误定位从而偏离原有的目标实现对重要目标的保护。文章首先给出了求解区域映射系统中虚拟点邻域的迭代算法在此基础上分析了虚拟点与真实点的位置关系以及转发器的分布对映射比例的影响并在有效干扰区域内对如何选择虚拟点的位置和转发器的分布以达到映射比例的优化进行了研究得出的结论为实际应用提供了参考。 图1-2 工作过程 该车载终端需要实现的主要功能： 1）用户当前信息一次查询 2）用户连续定位信息查询/启动发送实时定位信息 3）停止终端定位数据上传 4）设置GPS采样定位数据周期 5）硬件点对点下载GPS定位系统终端定位采样数据 6）备开关（电平）输出/输入端子实现与车用防盗报警器、紧急报警（SOS）、医疗服务、故障服务、继电器输出、警示嗽叭、点火信号等的接口 7）安防功能：可以通过手机短信、直接遥控、网络等三种方式进行设/撤防操作。同时具备应急、紧急求助功能。且当系统在一定程度上遭到破坏或出现异常时系统终端自动启动安防功能 8）监听功能：用户可通过手机短信或者网络对监听号码（接警号码）进行设置并发送监听命令（监听电话主动挂机则结束监听）且当系统在一定程度上遭到破坏或出现异常时系统终端将自动启动安防功能 9）电话功能：通过电话手柄完成拨打和接听电话的功能 10）欠压检测示警及后备电源自动启用功能1.3.2 该系统车载终端的工作原理： 车载终端由W77E58实现控制其核心部分主要包括PPP及TCP/IP协议栈、GPRS控制、GPS控制以及外围接口控制。CPU内嵌PPP及TCP/IP协议栈同时分别通过串行口UART0去控制GPRS的工作通过串行口UART1去控制GPS的工作。 （1）CPU对GPRS的控制 主要是通过串行口UART0发送AT命令实现。同时在该系统设计中CPU还可以通过控制I/O口电平输出状态对GPRS进行硬件复位以防止意外情况下的不可恢复性死机（值得注意的是通常情况下GPRS模块都有软件复位命令为实现对GPRS模块的保护最好在软件复位命令无效时才选择硬件复位）。 （2）CPU对GPS的控制 主要是通过串行口UART1发送控制命令实现（GPS采样周期的设置、GPS输出数据选择 、通讯波特率设置等）同时也是通过串行口UART1接收GPS定位信息由于GPS输出数据采用NMEA-0183Ver2.0格式输出数据为多组在本系统中仅选择了取其中的一组数据：GPRMC推荐最小数据量的GPS具体内容/传输数据其格式见图3其中当且仅当GPS输出数据为有效定位数据时对应的UTC时间才为当前准确时间。 图1-3 数字模型 （3）CPU对其它外围接口的控制 主要通过通用I/O口实现开关（电瓶）输入/输出同时通过外部中断的方式实现了与车用防盗报警器、紧急报警（SOS）、医疗服务、故障服务、点火信号等的接口。 （4）CPU对系统的整体控制 首先CPU完成对GPRS、GPS及外围接口的初始化工作其次CPU通过串行口UART1对GPRS进行操作完成从拨号到PPP协商（创建PPP链路、用户验证、PPP回叫控制、协商和调用网络层协议）并与服务器建立起TCP连接然后在保证与服务器之间的TCP连接正常的前提下实现与服务器之间的数据交互与控制最后CPU还必须要周期性地对系统终端的当前状 态作出测试及判断并对各种实际情况作出相应的处理以保证系统能正常而稳定地工作。 1.4 系统软件设计 在整个GPS_GPRS定位系统的设计中涉及到服务器软件、客户端应用软件及车载终端底层软件。在此主要就车载终端底层软件的设计作进一步的说明。 在GPS_GPRS定位系统车载终端底层软件的设计中程序采用了模块化设计软件由一个主程序和若干个子程序构成其中子程序主要完成一些单一的基本功能主程序 则主要负责完成对各个功能模块（即子程序）的调用同时对车载终端的资源及 图1-4 电子程序 当系统完成GPS及GPRS的初始化之后即进行网络拨号、PPP协商、TCP联结等操作当车载终端与服务器之间建立起网络联结之后便可通过自定义的车载终端与服务器之间的通讯协议进行数据交互。 在此过程中系统会首先判断当前系统是否允许终端将GPS数据进行上传并进行相应操作同时会检测是否收到控制命令（包括通过网络发出的控制命令或通过短信方式发出来的命令或是通过遥控器发出的控制命令）倘若收到了控制命令则对命令的合法性作出判断并进行相应的处理。 同时系统会定时对网络质量进行测试倘若网络测试正常则返回到继续判断控制命令及对系统当前状态进行处理倘若网络测试不正常则进行有限次尝试倘若有限次尝试均以失败告终而主动断开网络连结并对GPRS作出复位及再次初始化操作之后再重复主程序的拨号、PPP协商、TCP联结及网络数据交互工作。 其中与GPRS的数据交换通过串行口UART0中断完成与GPS的数据交换通过串行口UART1完成另外外部警情接收通过外部中断0和1完成无线遥控接收由外部中断2完成。通讯超时及定时处理由定时器TIME2完成它们均以子程序的形式存在于车载终端控制软件中同时还包括一些对GPRS、GPS模块进行初始化及设置以及PPP协议、TCP/IP协议的解析与实现子程序具体框图及说明略。 由以上对车载终端控制程序的说明可知车载终端工作流程控制程序的工作流程： （1）与服务器建立网络连接 （2）与服务器建立TCP联结 （3）对用户进行注册 （4）向服务器发送GPS定位数据 （5）默认状态下按设定周期（默认状态为每5秒一帧）定位数据不间断地上传到服务器 （6）网络状态检测及网络质量测试并据网络当前状况作出相应处理（比如断线重拨） （7）接收网络或第三方控制或操作命令并作出相应处理（比如：GPS采样周期设定、停止发送GPS数据、开始发送GPS数据、设置监听号码、更改操作密码等） （8）处理突发警情（自动拨打监听中心号码、上报求助警情信息等）2 汽车导航系统的组成 汽车导航设备一般是由 GPS 天线，集成了显示屏幕和功能按键主机，以及语音输出设备一般利用汽车音响系统输出语音提示信息构成。受车内安装位置限制，一般汽车导航设备和汽车视像音响合成一起，可以播放 CD、VCD 和 DVD 碟，其中 DVD驱动器负责读取电子图 DVD 光盘，一些汽车导航系统又称为 DVD 导航系统。 2.1 全球定位系统 介 绍 汽 车 导 航 系 统 必 然 要 涉 及 到 全 球 定 位 系 统 ， 即 GPS 。 GPS 是 英 文Global Positioning System全球定位系统缩写，它是由空间卫星、监控和用户接收等三大部分组成。空间卫星由 24 颗卫星组成一个分布网络，分别分布 6 条离地面 2万公里、倾斜角为 55球准同步轨道上，每条轨道上有 4 颗卫星。GPS 卫星每隔 12小时绕球一周， 使球上任一点能够同时接收 79 颗卫星信号。地面共有 1 个主控站和 5 个监控站负责对卫星监视、遥测、跟踪和控制。它们负责对每颗卫星进行观测，并向主控站提供观测数据。主控站收到数据后，计算出每颗卫星每一时刻精确位置，并 3 个注入站将它传送到卫星上去，卫星再将这些数据无线电波向面发射。 2.2 汽车导航系统 汽车导航系统中 GPS 信号接收器接收卫星发送信号，卫星信号计算出地面接收机当前位置。地面接收机同时收到 4 颗以上卫星信号，计算精确位置及发送信号时刻，计算当前点位置。汽车导航系统车轮传感器、磁传感器和偏航传感器等三种传感器获取数据，确定汽车速度和位置。车轮传感器记录车轮速度，产生脉冲信号用于定时计算行驶距离和方向变化。磁传感器励磁绕组感应出电压脉冲，测量出沿途磁场水平分量大小与起始点磁场比较，为车载电脑提供补偿数据。电子图存储容量能够存储汽车运行区域所有数据，车载电脑与存储道路网络数据不断比较判断，更正定位误差确定最佳行驶路径。目前先进汽车导航系统多用单片机结构，嵌入式操作系统，软件代码存储于 ROM 中，代码简洁，运行可靠，启动及关闭迅速，具有几乎完整组件和输入输出端口，适应汽车恶劣工作环境，高温或低温以及剧烈振动环境下工作可靠性高。3 汽车导航仪的核心功能 3.1 地图查询 硬件是基础，软件是灵魂，GPS 导航仪的“灵魂”包括两个方面软件引擎和地图数据，这两者是导航仪能否把你带到目的地的关键所在。电子导航地图是 GPS 导航仪赖以工作的另一个重要组件，电子导航地图的正确与否就直接决定了车主能否更快捷、更轻松地到达