基于APM7101的漢、英雙語MP3導(dǎo)游機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

王 超，肖 偉，于秀青，普 頓

（西藏大學(xué) 工學(xué)院 電子信息系，西藏 拉薩 850000）

西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，使西藏的旅游業(yè)得到空前的發(fā)展。但西藏的旅游業(yè)起步較晚，使得當(dāng)前的旅游業(yè)發(fā)展規(guī)模和水平不能滿足旅游快速發(fā)展的需求。目前，西藏地區(qū)導(dǎo)游人員缺乏，沒有特級導(dǎo)游人員，這就導(dǎo)致非本土導(dǎo)游人員沒有真正掌握西藏的地理和文化知識，講解內(nèi)容偏離原有的文化內(nèi)涵，造成游客的誤解，無法完整宣傳和推廣藏民族的文化；而現(xiàn)有的小語種導(dǎo)游人員無法滿足西藏廣闊的客源市場，制約了西藏旅游業(yè)的發(fā)展，造成大量國外游客流失。

針對上述問題，為了促進(jìn)西藏旅游業(yè)的發(fā)展，加快旅游信息化步伐，這里提出了一種英、漢雙語的MP3導(dǎo)游系統(tǒng)的解決方案。該導(dǎo)游系統(tǒng)能夠定位游客位置，并用英、漢雙語為游客講解當(dāng)前景點(diǎn)知識；在沒有導(dǎo)游的情況下，能及時直觀地反映當(dāng)前景點(diǎn)的狀態(tài)，使游客的旅行更自由方便，增強(qiáng)游客的旅行樂趣。

1 APM7101的特點(diǎn)及其協(xié)議格式

APM7101是一款高性能的GPS （Global Positioning System）信號接收機(jī)，其體積小，很容易嵌入便攜式裝置。APM7101內(nèi)部 （其結(jié)構(gòu)如圖1所示）集成有SiRFstarⅢGPS處理器，LNA電路，SAW濾波器，振蕩和校準(zhǔn)電路，支持UART通信,內(nèi)置4 Mb閃存。該器件具有以下特性：1）20個通道接收；2）弱信號下快速 TTFFs（Time to First Fix）；3）2 個UART收發(fā)通道；4）接收靈敏度可達(dá)-159 dBm；5）支持NMEA-0183 和 SiRF 協(xié)議；6）支持 SBAS（WAAS、EGONS）。

圖1 APM7101的結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Structure diagram APM7101

GPS啟動后會間隔一定時間返回一次接收信息[1-2]，其返回信息包括：GGA（1 s） /GSA（1 s） /RMC（1 s） /GSV（5 s），通常僅使用其中的RMC信息，采用APM7101的GPS模組以NMEA協(xié)議格式[3]發(fā)送消息?；綨MEA指令是一個ASCⅡ字符串，它以‘$’字符開始，以〈CR＞〈LF＞序列結(jié)束。 NMEA 標(biāo)準(zhǔn)消息（如表1所示）以‘GP’開始，然后是3個字符的消息標(biāo)識碼。消息頭和后面的內(nèi)容通過逗號進(jìn)行分隔，消息以校檢碼結(jié)束，校檢碼由1個‘*’和2個16位的校驗(yàn)字組成，校驗(yàn)碼字段并不用逗號分隔。目前，校驗(yàn)碼得到的方式是從‘$’到‘*’之間的字符進(jìn)行逐位計算。作為ASCⅡ表示法，每個字段的長度是隨著精度的不同而變化的，因此記錄的長度也是變化的。

表1 NMEA協(xié)議格式表Tab.1 Format list of NMEA protocol

下面以實(shí)例分析NMEA消息格式：

$GPRMC,161229.487,A,3723.2475,N,12158.3416,W,0.13,309.62,120598,，*10

從上述消息可以得到：對于消息$GPRMC，161229.487表示時間為 16點(diǎn)12分29.487秒；A表示這條消息是有效的；3723.2475和 N表示北緯，3723.2475；12158.3416和 E表示東經(jīng)，12158.3416。

2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計

根據(jù)各功能的需求，其硬件組成框圖如圖2所示，它主要由 SPCE061A 單片機(jī)[4-6]、GPS 模 組（APM7101）、LCD 模 塊和語音資源存儲模塊組成。其中，采用APM 7101作為GPS模組，采用SPCE061A作為主控制器，通過串口接收GPS模組發(fā)來的衛(wèi)星消息，根椐NMEA協(xié)議格式，對其進(jìn)行解析，使用UART與SPCE061A主控板之間進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)定位功能；LCD采用SPLC501型液晶顯示模組，通過SPCE061A直接控制顯示相關(guān)信息；語音資源存儲模塊采用SPR4096模組，用于存儲景點(diǎn)的信息資源，使用SPCE061A的D/A轉(zhuǎn)換通道，經(jīng)過由SPY0030構(gòu)成的音頻放大電路[7]直接輸出。

圖2 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計框圖Fig.2 Overall design diagram of system hardware

圖2中單片機(jī)的正常工作電壓為5 V，其I/O接口的電壓為5 V或3.3 V，需要注意的是：各模塊所用電壓不同，GPS模組的電壓一般為3.3 V，SPR4096與液晶顯示模組的電壓要求為5 V。因此，SPR4096模組、液晶模組與單片機(jī)采用同一電源供電，GPS采用端口供3.3 V。

3 GPS全球定位系統(tǒng)

圖3所示為GPS全球定位系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖，采用SPCE061A單片機(jī)作為主控制器，使用UART與SPCE061A進(jìn)行通信，通過串口接收GPS模組發(fā)來的衛(wèi)星消息，為了保證GPS模組發(fā)來的消息及時接收，UART采用中斷接收方式。根據(jù)消息特定的格式，對其進(jìn)行解析，最后將解析后的信息用于各種顯示及播報。GPS以NMEA協(xié)議格式發(fā)送消息，接收GPS衛(wèi)星發(fā)射信號，以獲得必要的定位信息，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，完成定位工作。

圖3 全球定位系統(tǒng)連接框圖Fig.3 Connection diagram of global positioning system

這里需要注意的是：GPS模組的電源電壓不要超過給定值（3～6.5 V），一般采用3.3 V供電，而且電源的極性不要接反。其全功率模式下，其電流為68 mA，待機(jī)模式下為1 mA。

GPS模組采用APM7101，定位精度在10 m以內(nèi)。GPS模組電路如圖4所示。啟動后GPS的信號燈即圖4中的LED會周期閃爍。通過選擇電阻來選通UART通道A，B，默認(rèn)為通道A。同樣，復(fù)位引腳也是通過選擇電阻來實(shí)現(xiàn)選通的，其默認(rèn)為接口的第2個引腳。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計

主程序是一個封閉的循環(huán)。I/O端口初始化部分主要按照硬件資源分配對I/O端口的狀態(tài)進(jìn)行初始設(shè)置，包括I/O口狀態(tài)，設(shè)置上拉電阻等，都在I/O端口初始化子函數(shù)中完成；GPS初始化是初始化各硬件模塊；液晶初始化主要是對液晶顯示部分的相關(guān)數(shù)據(jù)線，控制線的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；SPR4096初始化主要是設(shè)置串行傳輸速率以及CPU時鐘頻率和相對應(yīng)的I/O口的狀態(tài)。然后程序進(jìn)入主循環(huán)，不斷進(jìn)行按鍵掃描，根據(jù)按鍵值進(jìn)入相應(yīng)的功能模塊。主程序流程圖如圖5所示。

圖4 GPS模組（APM7101）電路圖Fig.4 Circuit diagram of GPS module（APM7101）

圖5 主程序流程框圖Fig.5 Flow chart of main program

5 結(jié) 論

當(dāng)系統(tǒng)工作在正常放電模式時，測試主控板消耗電流（主控板工作電壓為DC 5 V）、語音播報時內(nèi)部語音放大電路消耗的電流和GPS（APM7101）模組（正常工作電壓為 DC 3.3 V）消耗的電流。最終測試結(jié)果：主控板消耗電流94 mA；語音播放時系統(tǒng)消耗電流80 mA；GPS（APM7101）模組消耗電流47 mA。該電路能夠穩(wěn)定工作在直流5～7 V的電源下，系統(tǒng)響應(yīng)速度快，語音采用SPY0030為一級放大，噪聲濾除效果好，最終輸出音色和音質(zhì)都能夠滿足實(shí)際的需要。系統(tǒng)可以準(zhǔn)確播報當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度、標(biāo)準(zhǔn)時間及景點(diǎn)的詳細(xì)信息。本系統(tǒng)將為解決西藏導(dǎo)游人員短缺，加快西藏旅游業(yè)的信息化步伐、推動旅游業(yè)的發(fā)展提供一個比較好的方案，具有一定的市場前景。

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