基于GPS的汽车导航系统的设计与实现

1、邮局订阅号 :82-946360元 /年 技 术创 新 汽 车 电 子PLC 技术应用 200例 基于 GPS 的汽车导航系统的设计与实现Realization and design of automobile guidance system based on GPS(吉林工程技术师范学院 张丹彤ZHANG Dan-tong摘要 :设 计 并 实 现 了 一 种 以 单 片 机 为 主 要 控 制 器 件 、 基 于 GSP 模 块 的 新 型 智 能 电 动 汽 车 底 盘 的 导 航 系 统 。 GPS 定 位 系 统 主要 采 用 技 术 非 常 成 熟 的 GPS 模 块 进 行 与

2、单 片 机 的 接 口 通 信 完 成 , 使 用 更 方 便 , 定 位 也 更 准 确 。 所 设 计 的 电 动 导 航 系 统 具 有 全 球 定 位 、 自 动 控 制 、 实 时 性 好 等 多 方 面 优 点 为 一 体 , 应 用 在 当 今 的 汽 车 上 有 较 好 的 发 展 前 景 。 关键词 :GPS; 导航 ; 数据采集 中图分类号 :U49文献标识码 :AAbstract:The present paper introduced one kind take the monolithic integrated circuit as the primary contr

3、ol component, based on GSP module new intelligent electric automobile chassis guidance system design. The GPS localization mainly uses the technical ex -tremely mature GPS module to carry on with the monolithic integrated circuit connection correspondence completes, use more conve -nient, the locali

4、zation is also more accurate. This chassis collection whole world localization, the automatic control, timeliness good and so on the various merit is a body, applies has the good prospects for development on the now automobile. Keywords:GPS; navigation; data acquisition文章编号 :1008-0570(200811-2-0255-

5、02近年来, 我国私人小轿车拥有量呈上升趋势, 单位用轿车 拥有量也在快速发展,对于这一类车辆, GPS 领航系统侧重于 电子地图领航, 对运行路线不固定的车辆, 可预先设置到达目 的地, 在运行中告知运行路线, 起到领航的重要作用 。 本论文介 绍了一种以单片机为主要控制器件, 基于 GSP 模块的新型智能 电动汽车底盘的导航系统设计 。1主体控制方案本系统是以单片机为主要控制器件, 基于 GSP 模块的新型智能电动汽车底盘的导航系统设计 。 该车底盘具有智能避障 、寻迹 、 测距 、 报警 、 寻光 、 行驶路程显示 、 行驶时间显示 、 车体所在环境温 度显示 、 车体所在环境湿度显示

6、、 人工定位等功能 。 可以使用无线 遥控器控制,并可以在上位机显示出它所在的位置等数据信息 。 本系统设计主要包括硬件电路的设计 、 实时操作系统程序设计 、 多 机通信设计与总线接口的设计 。 系统框图如图 1所示 。图 1系统框图本系统硬件电路主要包括控制模块 、 GPS 定位模块 、 电机驱动模块 、 传感器数据采集模块 、 网络节点接口模块 、 光报警模块 、显示驱动模块 、 时间模块 、 键盘模块与无线通信模块组成 。 传感器数据采集模块由光电传感器进行对光线的跟踪, 红外传感器进行对近距离的数据采集, 声纳传感器进行对远距离的数据采集, 温度传感器对车体周围的环境温度采集, 湿度

7、传感器对周围环境的相对湿度采集等 。 网络接口采用串行通信方式 。显示驱动模块由 LED 数码管与液晶共同显示 。 无线通信模块采 用 FSK 方式进行无线传输 。2GPS 定位系统设计GPS 定位主要采用技术非常成熟的 GPS 模块进行与单片 机的接口通信完成 。 电机驱动电路模块主要采用 H 型电路构建 而成 。 GPS 模块的电源接口供电有 15v 、 12v 、 5v 、 3.3v 不等, 本系 统为了设计简单采用全新台湾 HOLUX 公司推出的 SIRF 第三 代高灵敏度超小型 GPS 接收模块这是最新推出的产品,采用SiRF 第三代芯片,主要是定位灵敏度大大提高, 例如在汽车上 应

8、用时, 只要靠近车窗就能较好工作, 使用更方便, 定位也更准 确 。 本模块主要是提供给从事 GPS 模块二次开发的客户使用 的, GPS 模块使用 3.3伏(70毫安 直流工作电压, 默认每秒输 出一次 TTL 的 NMEA-0183信号 。此模块接口定义如表 1所示 。 GPS 控制模块口控制模块方框图如图 2所示 。 为了使车具有导航系统, 所以在车体上安装了 GPS 模块, 本设计采用全新 台湾 HOLUX 公司推出的 SIRF 第三代高灵敏度超小型 GPS 接收模块, 该模块由 6个控制脚组成 。 为了减轻主控 CPU 的负担, 并且为了模块化硬件, 所以该 GPS 模块由一块 ST

9、C12C2052单片机进行单独的控制, 并且通过 74HS573与主单片机进行总线 通信 。 STC12C2052单片机与 GPS 通过串行口连接,并且以 4800bps 的波特率进行通信 。 单片机的 P1口与 74HC573的数 据输入口相连接, 作为并行的 8为数据总线使用, 而 LE 端口通 过一个反响器与 STC12C2052单片机的 P3.7连接, 并且 P3.7口通过一个 74HC14与主控单片机的 INT0相连 。 这样当 P3.7为 张丹彤 :副教授 255-技 术 创 新中文核心期刊 微计算机信息 (嵌入式与 SOC 2008年第 24卷第 11-2期360元 /年 邮局订

10、阅号 :82-946现场总线技术应用 200例 汽 车 电 子低电平时数据缓冲器 74HC573的 LE 被选通,并且单片机的INT0为低电平,这样就可以使用并行端口与主控单片机在中断 中将数据读入 。 双色共阳极 LED 的作用有两个, 一个作用是可 以提供给串行口更大的驱动能力; 另一个作用可以看到信号是 否在进行数据通信 。表 1GSP 管脚定义图 2GPS 接口控制与车体部分主控方框图GPS 汽车卫星领航系统,是以具有独立 CPU 和彩色显示屏 以及电子地图模块的车载台为终端,通过卫星传递到主控中 心, 并与 CDMA 、 移动网 、 互联网相联的网络系统 。3车体部分 MCU 主控模

11、块设计车体部分的主控 MCU 要采用 RTX51系统来完成,根据RTX51系统的空间需要,要选用一个程序存储空间较大的 CPU 来进行支持 。 本 CPU 的串行接口用来与 PTR8000无线模块的 控制 CPU 进行通信 。 并行接口与 GPS 模块控制的 CPU 连接进行通信 。 并行接口还与液晶接口 、光电传感器组 、 红外传感器 组 、 声纳传感器组连接进行外部传感器的数据采集 。 主控 CPU 的 P1.4P1.7用来控制直流电机的正转与反转 。 P1.0P1.4用来 采集键盘的数据 。 MCU 主控模块方框图如图 2所示 。4系统软件设计本系统分上位机与下位机两部分构成, 其中上位

12、机软件用VB 进行开发,是基于面向对象的事件驱动方式的程序 。 下位机 采用 C 语言编程,基于 RTX51Tiny 实时操作系统框架进行设 计 。 建立于 Keil C 的 IDE 。 并实现各部分的模块化设计 。1、车体主控部分软件设计 图 3车体部分软件流程图车体部分的软件设计也是基于 RTX51TINY 设计的, 他主 要完成并行的外部中断调度 、 数码管显示驱动调度 、 LCD 显示 调度 、 串行中断调度 、 键盘模块调度 、 温湿度采集调度 、 电机状态控制调度 、总线接口查询调度等 。 2、车体无线通信模块的软件设计 无线模块采用 PTR8000进行通信,此器件为 SPI 接口

13、的一 种无线通信模块,使用 STC12C2052来控制 PTR8000。 因为 STC12C2052内部集成了硬件的 SPI 接口功能 。 通过软件进行 对单片机内部硬件的 SPI 接口设置,即可以完成 SPI 接口的读 与写 。 由软件将 PTR8000的数据读回后经过单片机内部的程序 处理,将无线数据通过 STC12C2052的串行口发送给主机的 MCU 。 STC12C2052单片机与主机以串行通信的方式 2进行通 信 。 在通信的过程中, 从机的发送采用查询方式, 接收采用中断 方式进行 。 而主机的发送也采用查询方式完成, 接收方式采用 中断方式 。 主机与从机的通信速率使用 480

14、0bps 完成 。主从机将数据通信完毕后主机将向从机发回一条校验数据 进行数据的校验 。 校验的方式采用校验和方式 。 即将所有的数据进行求和后取余数 。如果校验的数据不正确, 从机将重新发送上次 发送的那组数据 。 当数据发送成功后, STC12C2052单片机将再次 读回无线通信模块 PTR8000 的数据, 进行新一次的数据发送 。图 4车体部分无线模块软件流程图5结束语本文作者创新点:以单片机为核心设计一种新型的汽车导航全球定位系统, GPS 定位系统主要采用全新台湾 HOLUX 公 司推出的 SIRF 第三代高灵敏度超小型 GPS 接收模块,完成与 单片机的接口通信 。 采用 SiR

15、F 第三代芯片, 主要是定位灵敏度 大大提高, 使用更方便, 定位也更准确 。随着智能交通系统的逐步应用和定位与导航技术的发展, 已经有大量的智能车辆导航系统产品出现,并且在许多国家取 得了商业上的成功 。 在我国, 随着国民经济的快速增长和人民生 活水平的提高, 汽车拥有量迅速增加, 每年仅进口的高级轿车就 达 10万辆以上, 整个社会对高效 、 便捷的交通服务的需求也迅 猛增长, 从而为智能车辆导航系统提供了极为广阔的市场前景 。 参考文献1杜 萌,付梦印, 王美 . 基于 DSP 的车载 GPS/DR组合导航系统 硬件设计; . 微计算机信息, 2006, 12-2:103-105(下转

16、第 207页 Á256-邮局订阅号 :82-946360元 /年 技 术 创 新 DSP 开 发 与 应 用PLC 技术应用 200例 1. 当笔离开纸面时设置分割点 。 分割点的作用有两个 :第一 两个分割点之间的数据表示笔尖在纸面仁绘制的一条曲线 ; 第 二一个分割点两边的数据表达的是笔尖在纸面绘制出的两条 不同的曲线 。2. 先判断笔尖当前坐标是否在纸张的坐标范围之内,如果 不在, 则产生分割点, 而目 . 如果上一个点是分割点,这个分割点 就不产生了, 这是为了节约系统资源, 不产生没有必要的节点 。3. 保留链表的末节点地址 。由于链表的遍历性较差, 如果在 添加新节点时,

17、 每次都要遍历整个链表, 必然会在时间上花去 很大的开销 。 那么, 保存末节点地址, 这样可以快速的插入新的 节点 , 算法的流程图见图 5。图 5串口接收数据处理过程的流程图3. 2系统类库的设计在 VC+6.0环境下,采用面向对象技术, 结合 OpenGL 实 现系统的类库, 包括点类 、 铅笔类以及显示窗口类 。 (1Point 类 类的数据成员是点的坐标, 为了便于操作物体在空间中的几何 变换, 点必须用齐次坐标来表示 。 点不仅是描绘物体几何模型 的基本因素, 它还可以表示向量 。 因此, 需要在类中加入向量的 基本运算函数 。 (2Pencil 类 , 该类主要完成在三维空间绘制

18、铅 笔的模型, 包括铅笔的几何性质 、 材质 、 阴影等 。 (3DrawingWnd 类 , 该类主要是用于创建一个在对话框框架下显示子窗口的 对象, 完成三维场景的显示 。 它是 Cwnd 类的一个派生类, 通过 消息函数 OnPaint(完成子窗口的图形显示 。 类中保护成员数据 s_singal 6是用来保存笔尖坐标和笔杆上任意一点坐标的数组, 通过这两点, 可以确定铅笔的向量方向 (指向笔尖 ,然后完 成铅笔的旋转 。4总结本文的创新点 :本文在分析了人机交互技术的发展历程和 现状的基础上, 给出一种笔式三维人机交互技术系统, 并根据 该系统的功能和要求, 设计了一种三维人机交互设备

19、 , 系统能够 比较真实的模拟笔在纸面上的运动轨迹 , 在一定的硬件条件下, 系统能够较好地完成实时交互, 同时交互过程中能够保证良好 的手感 。 本系统在陕西省机器人大赛中 , 获得一等奖 , 受到评审 专家的好评 。 参考文献1美 DonaldHearn 等著 . 计算机图形学 . 电子工业出版社, 2005:431-527.2彭景芹,刘振明, 赵可新 . 人工智能技术在配电自动化中的应 用 J. 微计算机信息, 2005,4-2,18-19.3周文祥 . 非正交系坐标测量机理论及轮轨外形测量技术研究 . 西南交通大学博士学位论文 ,2006:49-52. .4王瑜 .OpenGL 在三维

20、造型中的应用 . 大连理工大学硕士学位 论文, 2000. 5LIY,GUAN Z,Dai Get al.A Context -Aware Infrastructure for Supporting Applications With Pen-Based InteractionJ.Journalof Computer Science and Technology,2003;18(3:343353.6Kinrot,o.&Kinrot,U.(2000.interferometry:Encodermeasures mo -tion through interfermetry Lasert F

21、ocus. World .7AndrewIlachinski. Land Warfare and Complexity, Part I Mathematical Background and Technical Sourcebook M.Virginia Center for Naval Analyses, 1997.作者简介 :李景民 (1974-,男 , 讲师, 吉林工商学院西安校区计算机系 . 研究方向 :计算机应用,自动化, 人工智能 。 Biography:LI Jing-min (1974- male , lecturer, jiLin Business and technology college.Research area:Artificial intelligence , au -tomation direction ,artificial intelligence 。 (130062吉林长春 吉林工商学院 李景民(JiLinBusiness and technology college Jilin changchun 130062 LI Jing-min通讯地址 :(130062吉林省长春市绿园区西安大路 4728号