手持式數(shù)字導(dǎo)航儀的設(shè)計(jì)

韓 劍 趙秋明

桂林電子科技大學(xué)， 桂林 541004

手持式數(shù)字導(dǎo)航儀的設(shè)計(jì)

韓 劍 趙秋明

桂林電子科技大學(xué)， 桂林 541004

本文設(shè)計(jì)的手持式數(shù)字導(dǎo)航儀采用基于ARM作為主控制器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。通過(LEA-5A)GPS模塊采集信號(hào)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位功能，采用觸摸液晶顯示屏（LCD）的人機(jī)接口，為操作人員提供了良好的操作界面。信息存儲(chǔ)于SD卡中。

GPS；SD卡；ARM

引言

本系統(tǒng)能夠非常清楚的提供一個(gè)校園電子地圖。實(shí)現(xiàn)對(duì)特定范圍的導(dǎo)航定位，通過觸摸屏點(diǎn)擊需要了解的路段或者建筑物，顯示屏上會(huì)顯示出相應(yīng)的圖片文字或者視頻介紹，讓用戶非常清楚的了解掌握當(dāng)前信息。本系統(tǒng)也能夠通過更新下載導(dǎo)航其他校園、公園或者大型展廳等的地圖信息。

1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于ARM的數(shù)字導(dǎo)航儀系統(tǒng)的構(gòu)成，它主要由7個(gè)部分組成： GPS模塊、SD卡模塊、主控制器、液晶控制模塊、觸摸控制模塊和七寸液晶屏。主控制器以16位接口的方式控制液晶控制器(SSD1963) ，驅(qū)動(dòng)一塊七寸液晶屏。主控制器通過SPI總線從SD卡上加載圖標(biāo)和地圖并顯示在七寸液晶屏上。主控制器通過控制觸摸控制器，以觸控的方式實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。GPS模塊接收到定位數(shù)據(jù)通過串口傳給微控制器進(jìn)行解讀，得到定位信息后以圖形或數(shù)據(jù)的方式顯示在七寸液晶屏上。

2、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 GPS模塊

GPS接口使用一個(gè)串口,TX和RX即可和主控制器進(jìn)行通訊。GPS的正電源并未直接與主電源的正電源連接，而是和AO4606相連。

2.2 觸摸屏控制

觸摸控制電路選用一片XPT2046，電路的輸入口是一個(gè)四線電阻接口，輸出口為一個(gè)SPI口和一個(gè)中斷引腳，芯片忙指示引腳，芯片的工作電壓和AD參考電壓均為3.3V。用兩個(gè)104電容跨接于X軸和Y軸，以便慮掉觸摸屏自身產(chǎn)生的噪聲，如由LCD 和升壓電路產(chǎn)生的噪聲。電容和電阻形成一個(gè)低通濾波器從而抑制了噪聲。電容取值過大可能導(dǎo)致建立時(shí)間的增加，出現(xiàn)觸摸響應(yīng)緩慢現(xiàn)象，因此選擇電容時(shí)要考慮觸摸響應(yīng)時(shí)間要求。

2.3 SD卡接口電路

SD卡接口方式有兩種，一種為SPI方式，一種為SDIO方式。本電路使用的是SPI方式，只需要四根線。SD的地同樣未與電源地直接直連，而是與A04606相連。此SD卡接口電路帶有一個(gè)SD卡插入檢測(cè)，當(dāng)SD卡插入時(shí)10腳接地，拔出時(shí)10腳為高，通過檢測(cè)這個(gè)腳的狀態(tài)可以判斷SD卡的在線狀態(tài)，進(jìn)而控制SD卡的電源開關(guān)。

3、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)必須在軟件的支持下才能正常工作。本設(shè)計(jì)在基于ARM的Keil C平臺(tái)上進(jìn)行編寫調(diào)試所需的軟件代碼。

3.1 觸摸芯片

XPT2046 數(shù)據(jù)接口是串行SPI接口，軟件設(shè)計(jì)采用IO模擬SPI的方式。作為觸摸屏應(yīng)用時(shí)，配置為差分模式，這可有效消除由于驅(qū)動(dòng)開關(guān)的寄生電阻及外部的干擾帶來的測(cè)量誤差，提高轉(zhuǎn)換準(zhǔn)確度。一次完整的轉(zhuǎn)換需要 24 個(gè)串行同步時(shí)鐘（DCLK）來完成。前 8 個(gè)時(shí)鐘用來通過DIN引腳輸入控制字節(jié)。當(dāng)轉(zhuǎn)換器獲取有關(guān)下一次轉(zhuǎn)換的足夠信息后，接著獲得的信息設(shè)置輸入多路選擇器和參考源輸入，并進(jìn)入采樣模式。 3個(gè)時(shí)鐘周期后，控制字節(jié)設(shè)置完成，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入轉(zhuǎn)換狀態(tài)。接著的 12 個(gè)時(shí)鐘周期將完成真正的模數(shù)轉(zhuǎn)換。

3.2 GPS模塊(LEA-5A)

主控制器使用一個(gè)USART1口，對(duì)GPS模塊進(jìn)行操作。配置主控制器的USART控制寄存器(USART_CR1) ，使得通訊速率配置為4800K/bps、使能接收時(shí)的直接存儲(chǔ)器存(DMA)模式，接收采用DMA中斷的形式。LEA-5A的輸出數(shù)據(jù)格式為NMEA-0183, NMEA-0183以句子的方式傳輸數(shù)據(jù)，每一個(gè)句子以$為起始位置，而以16進(jìn)位句柄13、10為終止，及ASCII中的{CR}和{LF}碼。每一個(gè)句子的長(zhǎng)度不一定，最長(zhǎng)可達(dá)82個(gè)字符，而句中的字段以逗號(hào)分格。第二、三個(gè)字符為傳輸設(shè)備的標(biāo)識(shí)符，如GP為GPS的接收儀、LC為L(zhǎng)oran-C接收儀、ON、為Omega Navigation接收儀。第四五六個(gè)字符為傳輸句子的名稱，如RMC為GPS建議的最小傳輸數(shù)據(jù)。

3.3 GPS模塊與地圖校準(zhǔn)

校準(zhǔn)方法為首先在地圖上取三個(gè)點(diǎn)如(133，201) ，(376，249) ，(556，72) ，這三個(gè)點(diǎn)的選取不能太靠近屏幕的邊緣，也不能太過于集中。然后拿著GPS接收機(jī)到與地圖相對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置去接收并記錄經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，得三個(gè)點(diǎn)如(3390，324) ，(3282，4063) ，(3915，4832) ，最后將這個(gè)六個(gè)點(diǎn)代入函數(shù)setCalibrationMatrix求出對(duì)應(yīng)的A、B、C、D、E、F參數(shù)。到此GPS模塊與地圖的校準(zhǔn)工作就完成了，以后只要將GPS模塊接收到的經(jīng)緯度小數(shù)點(diǎn)后四位數(shù)代入函數(shù)getDisplayPoint，即可得到地圖上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，用此方法校準(zhǔn)過后的定位系統(tǒng)定位誤差將減小。

4、 結(jié)論

本手持式數(shù)字導(dǎo)航儀經(jīng)過理論分析設(shè)計(jì)、硬件制作到軟件調(diào)試，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)字化校園的導(dǎo)航，滿足個(gè)人移動(dòng)導(dǎo)航信息系統(tǒng)的需求。該數(shù)字導(dǎo)航儀能根據(jù)使用的場(chǎng)合不同，較快速的完成地圖數(shù)據(jù)源的制作及相關(guān)信息的添加，有一定的擴(kuò)展能力。

[1]胡友健.全球定位系統(tǒng)(GPS)原理與應(yīng)用[M].武漢：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社，2003.

[2]李天文.GPS原理及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]張崙.32位嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[5]王田苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[6]戚正偉.嵌入式GIS開發(fā)及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.067

韓劍，講師，桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院。