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车载导航定位终端硬件总体设计方案编号：编写人编写时间2012-11-27版本号V1.0生效日期单位：地址：电话：传真：手机：邮件：修订记录日期修订版本描述作者2012-12-21.0初稿完成车辆导航终端硬件总体设计方案关键词：GPS、GIS、3G、ARM、Android、导航定位摘要：本方案利用GSM（3G）通信网络和北斗GPS，建立基于北斗导航GPS的车辆监控调度服务系统，实现对消防车辆的实时定位、调度监控、导航等功能。通过本系统，企业能够提高车辆的有效利用率，提高车辆运行的安全性和处理突发事件的能力。整体设计思路为：以ARM9S3C2440为控制中心，管理和驱动3G模块，GPS模块，以及外接触摸板。软件操作系统选择Android，以更加友好的快速的操作方式去进行查询和显示电子地图等信息。缩略语清单：对本文所用缩略语进行说明，要求提供每个缩略语的英文全名和中文解释。缩略语英文全名中文解释1概述1.1文档版本说明本文档现为第一版本1.2项目名称及版本号车载导航终端硬件总体设计方案V1.01.3开发目标一、实现实时导航和定位功能、实时根据消防车的情况有效快速的做最优化的调度，以提高解决突发事件的整体效能。二、本设计使用ARM9S3C2440处理器，3G模块采用SIM5320，北斗GPS采用。显示和输入采用车载专用触摸屏。1.4背景说明略1.5位置、作用本子系统是特种车辆导航定位系统的一部分。整个系统分为服务器管理部分，监考平台部分，和车载终端导航定位部分。本子系统负责GPS信息的接收和解码，3G信息的发送和接收以及语音通信，甚至是视频信息的采集和传输。车载终端将处理好的信息发送到3G网络发送，然后联入互联网上的服务器。监控平台负责和服务器之间的通信以及实时的监控已经调度的消防车辆的情况。1.6采用标准略1.7尺寸（单位）略2功能描述和主要性能指标2.1功能描述完成PGS导航定位信息的接收和解码，接收和发送3G信息，进行有效的语音通信，实时查看电子地图等功能。2.2运行环境说明略2.3重要性能指标表1性能指标描述表性能指标名称性能指标要求说明S3C2440主频：533MHz内存：2片4Banks×4Mbits×16bitsSDRAM，共64MB；可扩展至128MBNandflash：256M×8bitsNandflashNorflash：4MB.支持容量128M或更高时钟：12MHz系统外部时钟源；32.768KHz的RTC时钟源摄像头接口：有触摸屏接口：有UART：3通道USB:1通道AC97编解码器接口：有SD卡接口：有SIM5320支持GSM/GPRS/EDGE4频：850/900/1800/1900MHZ支持UMTS/HSDPA2频：900/2100MHZ(SIM5320E)支持HSDPA3.6Mbps丰富的应用接口：USIM接口、UART串口、USB、音频、状态指示、GPIO、ADC、PCM、SPI、KEYPAD、I2C、电源等支持GPS和A-GPS支持MMS，内嵌FTP/FTPS/HTTP/HTTPS/SMTP/POP3/DNS/TCP/IP支持WINCE/LINUX/ANDORID等操作系统北斗GPS:BMOS2-100输入信号：GPSL1频点1575.42MHz±2.046MHzBD2B1频点1561.098MHz±2.046MHzBD2B2频点1207.14MHz±2.046MHzBD2B3频点1268.52MHz±10.23MHz性能指标名称性能指标要求说明增益:100db，详见附件1车载触摸屏STG4L08000尺寸：8寸分辨率：4096*4096其他略3总体设计框图及各功能单元说明3.1总体设计框图根据项目的需求，以及现有的成熟技术，设计如图1的硬件架构。图1物理架构框图3.2功能单元－ARM9SC32440嵌入式主控模块基于S3C2440处理器，主要负责对北斗GPS导航模块数据的响应、处理和控制，以及3G模块的通信实现。在硬件上，主控模块就是一个嵌入式开发板，包括触摸LCD接口电路、SD卡接口电路、FLASH、SDRAM等。而在软件上，主控模块上应当运行嵌入式Android系统。而嵌入式操作系统的主要作用是管理程序模块进程并调度进程等。3.3功能单元－3G模块SIM5320在全球三大3G标准中，WCDMA为最主流的标准，技术成熟度最高、产业链最完善，可以实现全球大范围的漫游。在本设计中，采用芯讯通(SIMCom)公司推出的高性价比的WCDMA/HSDPA模块SIM5320。该模块为城堡式SMT封装，具有紧凑的尺寸、超薄的厚度、支持下行速率达3.6Mbps，并且内置GPS和A-GPS，非常适用于跟踪系统、车载信息系统等应用。另外，SIM5320支持嵌入式LUA脚本，是一个可编程模块，在多种应用场景中客户无需外部AP。3.4SIM卡接口设计SIM5320支持1.8V和3V的USIM卡。图2为SIM卡推荐电路。电路中33pf和100nf可以分别滤除干扰和稳定SIM卡电压；22R电阻可以改善波形质量，增强EMC性能。图2SIM卡接口电路设计3.53G天线接口RF天线在设计时需要遵循以下一些规则。RF天线走线需要50ohm阻抗控制，线尽可能短、走直线、不要换层。RF天线走线要包地，遵循3W规则设计。Trace两边要多打地孔。Trace和天线远离马达、AP、memory、LCD、FPC、XO、Speaker、DCDC等器件和区域。Trace下面禁止布线，尤其是高速信号线，否则会造成串扰和阻抗不连续。天线要有足够的净空区域。天线Trace可以走微带线或者带状线。以下图3是3G天线接口的设计电路：图33G天线接口设计电路：3.6GPS天线接口设计本Sim5320芯片自带GPS功能，如果平时启用的是美国的GPS导航功能，则可以采用车载GPS有源天线。本设计如下图4：图4GPS天线接口电路3.7北斗GPS模块BMOS2-100卫星导航接收机是GPS、北斗二代双模兼容的实时定位接收机。能够提供高精度的载体三维位置、速度信息、时间信息以及原始观测数据等。BMOS2-100将射频、基带处理、定位软件高度集成，36路跟踪通道快速启动，具有低功耗、小体积、高可靠性，实现GPS/北斗二代模式一键切换。如下图5是他的实物图图5BMOS2-1003.7.1北斗bmos2-100主要的特点：◆GPS、北斗二代兼容处理一键切换（不需要任何软硬件更新）◆36路通道，1s重捕获◆超小体积便于用户集成◆支持RS232、RS422、SPI、GPIO多种数据接口◆原始观测数据输出3.7.2MBOS2-100的PCB尺寸图7MBOS2-100尺寸3.8功能单元－触摸屏及其接口电路S3C2440集成了4线制电阻式的触摸屏接口，触点坐标的检测是通过A/D转换来实现的。S3C2440一共有4种触摸屏接口模式，其中，自动（连续）XY坐标转换模式和等待中断模式应用地比较常见。如图8S3C2440内部的触摸屏接口。本设计的车载触摸屏采用，STG4L080002触摸屏。如图8S3C2440内部的触摸屏接口。3.10电源设计车载电源又叫车载逆变器。车载电源有瞬断的现象，模块VBAT上必须加大量电容补偿，保证系统能正常工作。车载环境相对比较恶劣，外部电源输入端加一些压敏电阻、共模电感、TVS管等器件，可以增强模块电源抗干扰能力（用于抗浪涌，脉冲群，静电等）。下图9是模块电源供电电路。因采用DC/DC电源方案，存在开关噪声，我们推荐使用磁珠滤出噪声。图9模块电源供电电路。4与硬件配套的软件总体设计框图嵌入式操作系统，主要有vxworks、wince、Linux、Android等。用于车载导航系统的常用winCE和Android。WinCE相对Android，启动速度较慢，并且为封闭的系统，不提供第三方的应用。而Android则具有较大的明显优势。Android是基于Linux内核的开放的智能化的操作系统，他具有丰富的扩张功能和个性定制的特点，具有移动网络设计优势，以及优化的浏览器功能，支持USB接口，内置GOOGLE核心应用（Google地图、GMAIL等功能），基于标准和开发的多媒体架构等等。目前他是主流的嵌入式操作系统，而且未来他会成为全球第一大的嵌入式移动操作系统。具有这些优点，所以在本设计中我们采用Android。以下图10是本设计的与硬件相符的软件总体层次结构。图10软件总体层次结构5其他约束略附件1：MBOS2-10主要特性指标基本指标输入信号GPSL1频点1575.42MHz±2.046MHzBD2B1频点1561.098MHz±2.046MHzBD2B2频点1207.14MHz±2.046MHzBD2B3频点1268.52MHz±10.23MHz增益100dBAGC范围≥65dB输出时钟65.47075MHz；参考频稳度：1ppm输出信号SIGN和MAG数字中频频率16.39975MHz各路输出电平≥0dBm噪声系数≤5dB输出相噪＠100Hz≤-70dBc＠1KHz≤-80dBc＠10KHz≤-85dBc＠100KHz≤-95dBc带外抑制GPSL1:≥20dB@中心频率±4MHzBD2B1:≥20dB@中心频率±6MHzBD2B2B3:≥20dB@中心频率±22MHz电气指标工作温度－25℃～＋70℃工作电压5V功耗每一频段≤1W重量40克（四个频点）