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安徽工程大学机电学院课程名称：嵌入式系统课程设计专业班级：计科2112学生姓名：刘斌指导教师：鲍广喜目录一、设计题目................................................................................................................................1二、设计背景及意义....................................................................................................................1三、GPS简述.................................................................................................................................23.1GPS组成及工作原理.....................................................................................................23.2GPS卫星信号特征及定位原理.....................................................................................43.2.1GPS卫星信号及美国的SA和AS政策.............................................................43.2.2GPS卫星定位的基本原理.................................................................................63.3GPS定位的基本方法.....................................................................................................73.4GIS简介.........................................................................................................................8四、系统总体方案设计................................................................................................................94.1系统构成及原理.............................................................................................................94.2方案介绍......................................................................................................................104.3嵌入式处理器的选择..................................................................................................114.4嵌入式Linux操作系统..............................................................................................114.5GPS接收机的选择.......................................................................................................134.6无线通信方式的选择..................................................................................................13五、车载终端控制......................................................................................................................145.1GPS定位模块...............................................................................................................155.2无线传输模块..............................................................................................................15六、设计总结..............................................................................................................................17七、设计心得..............................................................................................................................18八、参考文献..............................................................................................................................191一、设计题目随着全球经济的迅猛发展，交通紧张问题日益严峻，为此提出了ITS(智能交通系统)作为解决这一问题的全新方案。车辆导航监控系统是ITS的重要组成部分，本设计题目就是嵌入式系统在车辆导航监控系统中的应用，以IlltelPXA255处理器为核心处理器，以嵌入式Linux系统为操作系统，结合USB摄像头，GPS接收机，CDMA无线传输模块等外设构建了基于嵌入式系统的多功能车载导航监控系统。二、设计背景及意义自从二十世纪六、七十年代以来，随着交通需求的日益增大，交通与环境、交通与能源之间的矛盾日益加剧。世界各国都存在不同程度的交通拥挤和堵塞的现象，交通事故与日俱增，环境污染越来越受到人们的关注，这些都严重影响着社会经济发展和人民生活，以前那种简单的交通控制技术已经不能满足需求，交通事故和堵塞给人们带来了巨大的效率、能源和生命上的损失。21世纪人类正进入以计算机、网络、卫星通信为特征的信息社会，人员流动的日益频繁使得每个人对空间信息有了更多的依赖，尤其是在户外和移动过程中对地理信息的需求更加迫切。人们更加关心“当前我在哪里?”、“目的地在哪里?”、“如何到达?”等问题。随着我国国民经济的飞速发展，城市建设日新月异，但与此同时城市交通问题变的日益严重，己成为严重影响许多大中城市发展的重点问题之一，许多大中城市政府部门每年都要投入大量的人力、物力，用以改善和解决城市交通拥挤的问题。人民生活水平的不断提高，使得拥有私车的人的数量迅速增加，这不但加剧了城市道路交通拥堵状况，同时也带来了车辆被盗事件的频发。在研究如何解决上述问题的过程中，ITS(智能交通系统)应运而生。它作为一种解决问题的全新方式在国内外迅速发展起来。ITS是一种综合性的网络，是一种实现地理信息获取、管理、可视化分析、输出等的高效手段。它与尖端科技领域的全球卫星定位技术(GPS)、通信技术、互联网技术以及其它应用领域有机结合，不仅为地理信息系统提供了良好的发展前景，同时也为这些应用领域提供了一套科学的解决应用问题的方法，不但可以提供全新、透明、可视、实时、互动、形象化的车辆跟踪、个人辅助导航等服务，而且提供车辆管理、行车路线调度、交通事故处理等辅助决策功能。2车辆导航监控系统是ITS系统的重要组成部分。它将卫星定位技术(GPS)，地理信息系统(GIS)以及现代通信技术融于一身。主要功能是将装有GPS接收机的移动载体的动态位置(经度、纬度、高度)、时间、状态等信息实时的通过无线网络链接到指挥控制中心，而后在具有强大地理信息处理和查询功能的电子地图上进行载体运动轨迹的显示，并能对载体的准确位置、速度、运动方向、车辆状态等基本信息进行监控和查询。电子地图数据库为车辆的监控管理提供了一个可视化的平台，GPS技术使车辆的实时定位成为可能，通信技术则在GIS和GPS之间架起了桥梁，使得远距离监控得以实现。车辆导航监控系统可以在GPS和GIS系统的协助下借用先进的通信工具，对车辆进行实时路线监控，从而引导车辆避开拥塞路段提高道路交通通信能力，缓解交通拥挤和堵塞，使人们节约出行时间，减少开销。综上所述，将GIS、GPS技术运用于我国的交通运输行业具有重要的现实意义。它既可以提高交通运输的安全性、可靠性，又能改善服务质量，提高运输管理水平，创造良好的社会效益和经济效益。三、GPS简述3.1GPS组成及工作原理GPS系统主要由三大部分组成，即空间卫星部分,地面监控部分以及用户接收部分。(l)空间部分空间卫星部分由空间运行的多颗卫星按一定规则组成GPS卫星星座。GPS工作卫星共24颗，其中21颗卫星处于工作状态，3颗处于在轨备用状态，组成(21+3)GPS工作卫星星座。GPS卫星均匀分布在6个倾角为55。的轨道平面内，各轨道之间相距600，因此相邻两轨道之间的升交点赤经相差600。同一轨道面内相邻两卫星间升交距相差900，相邻两轨道面上的卫星升交角比较，东边比西边超过30度。GPS卫星的主要作用主要有以下三个方面:1、接收地面注入站发送的导航电文和其它信号。2、接收地面主控站的命令，修正其在轨道运行偏差及启用备件等。3、连续的向广大用户发送GPS导航定位信号，并用电文的形式提供卫星自身的位置以及其它卫星的概略位置，以便用户接收使用。3GPS卫星的定位精度与被观测卫星的分布位置有关。对于只能观测到4颗卫星的情况，因为在这一时间段内别无选择，其定位精度一般较差，这个短暂的时间段称为“时间间隙段”。在时间间隙段内须用新型的GPS/GLONASS集成式接收机同时接收GPS信号和GLONASS信号才能消除“间隙段”的影响。“间隙段”仅出现在极少数地区，而广大范围内不会出现这种情况。(2)地面监控部分GPS卫星作为一种动态已知点，其“已知数据”为表述卫星运动及其轨道参数的“卫星星历”，不可能也无需在卫星上设置庞杂的机构去测算和编制，而是由地面监控站测算好后编成电文形式发送给卫星，再由卫星转发至地面用户。另外，卫星上各种设备是否工作正常，是否启用备件，卫星运行情况，是否需要纠正运行轨道以及使各卫星处于同一时间标准一一GPS时间系统等，都需要由地面站来完成。GPS工作卫星的地面监测部分由一个主控站，三个注入站和五个监测站组成。主控站的作用是数据收集、数据处理、监测协调、控制卫星。监控站根据其接收到的卫星扩频信号求出相对于其原子钟的伪距和伪距差，检测出所测卫星的导航定位数据。利用环境传感器测出当地的气象数据。然后将算得的伪距、导航数据、气象数据及卫星状态数据注入主控站，为主控站编算导航电文提供可靠的数据。注入站