嵌入式系统在车辆导航监控系统中的应用

2017届结课论文《嵌入式系统原理及应用》学生姓名学号所属学院专业计算机科学与技术班级塔里木大学教务处制塔里木大学课程论文目录摘要.........................................................11.嵌入式系统的发展领域.......................................22.嵌入式系统在车辆导航监控系统中的发展........................33.系统的总体方案.............................................43.1相关技术介绍.........................................43.2系统的组成...........................................73.3车载监控终端.........................................93.3.1硬件部分功能...................................93.3.2软件部分功能...................................94.系统软件组成..............................................104.1WindowsCE开发环境的建立...........................104.2WindowsCE平台的定制移植...........................114.2.1平台配置......................................124.2.2修改平台.....................................134.2.3生成操作系统镜像.............................144.2.4输出平台SDK..................................144.3WindowsCE平台应用程序开发工具选择.................155.系统硬件组成..............................................155.1硬件系统总体结构....................................155.2核心板..............................................165.3主板各主要模块设计...................................186.小结......................................................227.心得体会..................................................22参考文献....................................................23塔里木大学课程论文第1页共23页嵌入式系统在车辆导航监控系统中的应用摘要嵌入式系统(EmbeddedSystem)是一种包括硬件和软件的完整的计算机系统，它的定义是：“嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可剪裁，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗有严格要求的专用计算机系统。”嵌入式系统所用的计算机是嵌入到被控对象中的专用微处理器，但是功能比通用计算机专门化，具有通用计算机所不能具备的针对某个方面特别设计的、合适的运算速度、高可靠性和较低比较成本的专用计算机系统。嵌入式GIS系统是目前GPS定位系统应用的一个热点，发展十分迅速。尽管它的发展历史不长，但是己经引起各方面的广泛关注，有着巨大的市场潜力。以嵌入式GIS系统为核心的智能交通系统(ITS)可以广泛应用于交通调度管理，车辆防盗，物流运输等方面，可以大大提高交通使用率，缓解道路交通拥挤的难题，为国家节约资源，为企业降低成本。关键词：嵌入式系统微处理器计算机系统嵌入式GIS系统塔里木大学课程论文第2页共23页1.嵌入式系统的发展领域1．工业控制：基于嵌入式芯片的工业自动化设备将获得长足的发展，目前已经有大量的8、16、32位嵌入式微控制器在应用中，网络化是提高生产效率和产品质量、减少人力资源主要途径，如工业过程控制、电力系统、电网安全、石油化工系统。2．交通管理：在车辆导航、流量控制、信息监测与汽车服务方面，嵌入式系统技术已经获得了广泛的应用，内嵌GPS模块，GSM模块的移动定位终端已经在各种运输行业获得了成功的使用。目前GPS设备已经从尖端产品进入了普通百姓的家庭，只需要几千元，就可以随时随地找到你的位置。3．信息家电：这将称为嵌入式系统最大的应用领域，冰箱、空调等的网络化、智能化将引领人们的生活步入一个崭新的空间。即使你不在家里，也可以通过电话线、网络进行远程控制。在这些设备中，嵌入式系统将大有用武之地。4．家庭智能管理系统：水、电、煤气表的远程自动抄表，安全防火、防盗系统，其中嵌有的专用控制芯片将代替传统的人工检查，并实现更高，更准确和更安全的性能。目前在服务领域，如远程点菜器等已经体现了嵌入式系统的优势。5．POS网络及电子商务：公共交通无接触智能卡发行系统，公共电话卡发行系统，自动售货机，各种智能ATM终端将全面走入人们的生活。6.环境工程与自然：水文资料实时监测，防洪体系及水土质量监测、堤坝安全，地震监测网，实时气象信息网，水源和空气污染监测。在很多环境恶劣，地况复杂的地区，嵌入式系统将实现无人监测。塔里木大学课程论文第3页共23页这些应用中，可以着重于在控制方面的应用。就远程家电控制而言，除了开发出支持TCP/IP的嵌入式系统之外，家电产品控制协议也需要制订和统一，这需要家电生产厂家来做。同样的道理，所有基于网络的远程控制器件都需要与嵌入式系统之间实现接口，然后再由嵌入式系统来控制并通过网络实现控制。所以，开发和探讨嵌入式系统有着十分重要的意义。2.嵌入式系统在车辆导航监控系统中的发展现在我国的车辆导航监控系统主要是建立在GPS/GSM/GPR/CDMA技术整合与运用的基础上，这种科学的管理手段必然会在将来在各个地方各个领域得到广泛的运用。近年来GPS的行业应用快速发展，呈现出与业务结合、多样化发展的特征。车辆导航监控系统方面的研发，为提高各运输企业运营管理效率提供了强有力的保障。主要对车辆导航监控系统中车载终端硬件平台搭建，软件开发环境搭建，车载终端与监控中心通信，车载终端客户端与监控中心服务器应用程序等进行了设计和阐述，实现了车辆导航监控系统的基本功能。车辆导航监控系统设计由基于嵌入式车载导航终端设计和监控中心上位机平台设计两大部分组成。嵌入式车载导航终端完成的主要功能包括:通过GPS模块接收卫星信号;对接收到的卫星信号进行处理实现车辆的实时定位;通过运行相应的地图软件对车辆进行导航;通过GPRS无线通讯模块向监控中心上位机发送车辆实时信息;接收上位机下传的管理信息，实现接打电话收发短信的功能。监控中心上位机平台主要功能包括:接收嵌入式车载导航终端上传的车辆信息;对相关车辆的位置信息实时显示;对相关车辆进行实时监测和管理;通过数据库对重要信息进行存储。塔里木大学课程论文第4页共23页3.系统的总体方案3.1相关技术介绍(1)GPS技术GPS即全球定位系统(GlobalPositioningSystem)是美国第二代卫星导航系统，是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，是美国从20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。空间卫星部分:在飞越注入站上空时，接收由地面注入站用S波段发送到卫星的导航电文和其他相关信息，并通过GPS信号形成电路适时地发送给广大用户。地面控制部分:由1个主控站、3个注入站和5个监测站组成。主要用来测量和计算每颗卫星的星历，编辑成电文发送给卫星，即卫星所提供的广播星历。用户接收部分:GPS接收机的基本构成如图1所示。它主要由天线单元和接收单元两部分组成。主要是用来接收GPS信号，并对其进行变换、放大和处理，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。①GPS主要特点全球覆盖连续导航定位。由于GPS卫星数目较多且分布合理，所以地球上任何地点均可连续同步地观测到至少4颗卫星，从而保障了全球、全天候连续实时定位需要。实时定位速度快。利用GPS技术一次定位和测速工作在一秒至数秒内便可完成，现在最快的GPS接收机一次定位时为半秒钟。塔里木大学课程论文第5页共23页抗干扰性好、保密性强。由于GPS系统采用了伪随机噪声码技术，因而GPS卫星所发送的信号具有良好的抗干扰性和保密性。功能多，精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。图1GPS接收机的基本构成②GPS定位原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为己知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。(2)GIS技术地理信息系统(GeographicalInformationSystem，简称GIS)，是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来多种学科交叉的产物。地理信息系统(GIS)就是一种利用计算机对有关地理、空间位置的数据信息进行存储、处理、查询和显示的计算机支持系统。塔里木大学课程论文第6页共23页以地理研究和地理决策为目的，以地理模型方法为手段，具有空间分析、多要素综合分析和动态预测的能力，并能产生高层次的地理信息;由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务。(3)GPRS技术因为车载终端不可能利用有线方式与外界进行通信，必须要使用一种便捷的方式，而GPRS是目前阶段解决移动通信信息服务的一种较完美方案。①GPRS简介GPRS(GeneralPacketRadioService)为通用分组无线业务的简称，是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。GPRS充分利用共享无线信道，实现数据终端的高速、远程接入。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G)，目前通过升级GSM网络实现，采用TDMA方式传输话音，采用分组方式传输数据②GPRS系统结构GPRS的系统结构如图2所示。它是在GSM基础上引入三个关键组件组成:SGSN(服务GPRS支持节点)、GGSN(网关GPRS支持节点)和PCU(分组控制单元)。GSN是GPRS骨干无线接入网的接口，它将分组交换到正确的基站子系统(BSS)其任务包括提供对移动台的加密、认证、会话管理、移动管理和逻辑链路管理，它也提供到HLU等数据的连接。塔里木大学课程论文第7页共23页图2GPRS系统结构GGSN是外部分组数据网或分组交换数据网与GPRS核心网之间的网关节点，如果外部网络IP网，GPRS可以看成一个普通的IP路由器，它服务于移动台的所有IP地址，该节点可以包括防火墙和分组过滤机制，另外，GGSN根据移动台的位置，为其指定一个SGSN的接口。3.2系统的组成可视化实时监控系统由车载监控终端、无线通信网络、监控中心三部分组成。系统组成结构如图3所示。(1)车载监控终端车载监控终端是整个系统的核心，主要分布在各个执法车辆上，提供给用户一个简单的操作界面，以便进行电子地图显示、地理信息查询、实时位置显示、最优路径选择等。同时负责接收GPS卫星定位信息并解算出车辆的位置、速度等信息;采集有关车辆状态信息、报警信息的数据，并把这些数据通过GPRS无线网络，按照通信协议，传送到监控中心;接收并执行来自监控中心的命令等;同