嵌入式系统原理与应用课 程 设 计 报 告题目：专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 目 录目录1摘 要31 绪论51.1 论文选题的意义512智能公交系统在国内外的发展61.3 智能公交系统中的智能车载终端简介615本论文的主要内容62 智能公交系统(APTS)及其关键技术721 APTS系统组成72.2 GPS全球定位系统72.2.1 GPS 全球定位系统的发展历史72.2.2 GPS系统的组成82.2.3 GPS 定位的基本原理82.3 GPRS 移动通信系统102.3.1 GPRS 简介102.3.2 GPRS 网络连接及数据传输112.3.3 透明传输模式和命令模式的转换123 智能公交车载终端设计133.1 智能车载终端总体设计133.2主要模块基本功能介绍153.3主要芯片及模块选型15 3.3.1 MCU芯片153.3.2 GPS模块163.3.3 GPRS模块163.3.4 语音模块173.3.5 液晶显示1734本章小结184 智能公交车载终端硬件设计1841电源模块设计1842 ARM微控制器模块184.3 时钟及复位电路194.4 FLASH 存储器电路设计204.5 SDRAM 存储器电路设计204.5.1 SDRAM 模块功能介绍204.5.2 HY57V281620 的实际连接214.6 调试与测试接口224.7 GPS模块电路设计224.8 GPRS模块电路设计234.9 语音及功放电路设计234.10 硬件电路设计中需要注意的问题244.11 本章小结255 智能车载终端系统的软件设计255.1 嵌入式操作系统的选型255.2 交叉编译环境的建立过程265.3 配置编译内核265.3.1 内核源码的下载及安装275.3.2 配置内核275.3.3 编译内核275.4 嵌入式引导程序移植285.5 应用软件的设计285.5.1 Linux 下的串口编程285.5.2 Linux 下的网络编程305.5.3 Linux 下的多线程编程305.5.4 应用程序介绍32参考文献332摘 要：近年来，随着我国经济的快速发展，我国城市人口规模不断扩大，汽车保有量也逐步增长。由此引发的城市交通问题越来越突出，如交通拥挤、交通堵塞、噪音污染、废气污染等，严重影响城市的可持续发展和居民的正常生活。大力发展城市公共交通势在必行。智能公交系统是现代控制技术、定位技术和无线通信技术等多种技术的有机结合，它的建设可以改善公交公司的企业管理方式，提高公交系统的运营效率和服务水平，是旨在解决城市交通问题的一项根本性方案。GPS是由美国建立的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、陆海空全能等特点，特别适用于交通运输行业，配合中国移动稳定可靠、覆盖面广、数据传输速度极快的GPRS网络作为信息传输的媒介，以GPS、GPRS为主要技术的智能公交系统较以往利用射频、数传电台技术方式建造的公交系统具有更加稳定、实时性更高等特点，是当前智能公交系统设计的理想方案。本论文在研究国内外智能公交现状和现有GPS、GPRS 等技术的基础上，提出了基于ARM 的公交智能车载终端的设计与实现方法，包括终端总体设计方案、关键技术的研究、软件的设计、产品实现等内容。文章在总体设计中提出了终端的功能要求，并针对功能要求提出了相应的设计方案；在硬件设计中给出了具体的硬件设计原理图，并就硬件选型、原理图设计中的关键问题进行了探讨；在软件设计中给出了终端主要软件设计的程序流程图，并对程序设计思路进行了细致的讲解；最后对个模块进行了调试和功能测试。关键词：车载终端，智能报站，ARM，GPS，GPRS一 、绪论1.1 论文选题的意义随着国民经济的快速发展，我国城镇化步伐不断加快，来自农村的大学生和其他务工人员大批涌入城市，造成城市人口大幅度增长，同时由于人民生活水平的不断提高，城市的汽车保有量也在急剧上升，交通需求迅速扩大，而城市交通基础设施的建设却相对滞后，从而使城市“乘车难”、“行车难”的现象日益严重，交通拥挤、交通阻塞频发，噪音污染、废气污染加剧，严重影响城市公交的可持续发展和居民的正常生活。解决城市交通拥挤和阻塞问题已成为我国城市交通面临的一项迫切的任务。城市交通拥挤问题由来已久，早在19 世纪中叶英国学者J. M. Thomson 就把交通拥挤、行车速度归结为城市七个发展难题之首，并成为不同历史时期社会各界广泛关注的社会问题之一。与此同时，由于受地理空间、资金投入等因素的制约，无限制的扩展道路空间几乎没有可能，致使城市交通系统的建设、运营与管理不得不从粗放型向效益型转变2。为此智能公交系统（Advanced Public TransitSystem, APTS）近年来被许多学者提了出来，着重从如何提高城市道路系统营运效率入手，来缓解城市交通压力，有效的减少城市交通拥挤、交通阻塞现象。智能公交系统运用系统工程理论，将信息控制、GPS 卫星定位、GIS、多媒体、网络通信等技术集成，应用于整个公共交通领域，实现了公交车辆的智能调度，方便了公车车辆的运营管理，提高了公交服务水平。使乘坐公交车出行变的更加快捷、方便和舒适。从而使一部分人舍弃自驾车或打出租车出行，改乘公交车，进一步减少交通堵塞现象。另外大力发展智能公交系统，也可以通过提高交通效率而节省大量的燃料和时间，减少交通事故的发生，能够创造巨大的经济和社会效益。1.2 智能公交系统在国内外的发展在美国，城市公共交通管理局已经启动了智能公共交通系统项目。它主要研究基于动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布论，以及使用先进的电子、通讯技术提高公交效率和服务水平的实施技术。具体包括车队管理、出行者信息、电子收费和交通需求管理等几方面的研究。其中车队管理主要研究通信系统、地理信息系统、自动车辆定位系统、自动乘客计数、公交运营软件和交通信号优先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服务系统和多种出行方式接驳信息服务系统。 1.3 智能公交系统中的智能车载终端简介智能车载终端是一款专门为公交车辆设计，运行在公交车辆上的嵌入式产品，在智能公交系统中起着举足轻重的作用。它融合了GPS 定位、GPRS、信息存储、MP3 语音播放及汽车黑匣等技术，能用于对公交车辆的现代化管理，包括对车辆的监控调度、正点考核、GPS 导航电文等信息的采集、分析、处理、储存等8。随着科学技术的发展，公交车载终端也在进一步升级，它的性能和服务质量都有了极大的提高，功能也日益完善。1.4本论文的主要内容本论文提出了基于ARM的智能公交车载终端的总体设计方案，重点介绍了车载终端的软硬件设计及自动报站、短信报警、实时监控等功能的实现。完成的主要工作包括：智能公交系统总体设计、智能公交终端硬件电路设计调试、软件调试及系统总体调试分析。本论文主要内容包括：第1章：绪论。综述智能公交系统基本概念、相关背景及国内外发展现状。介绍了智能公交车载终端概念及主要功能，提出了本文的主要工作内容及课题开展的意义。第2章：智能公交系统(APTS)及其关键技术。介绍了智能公交系统组成结构，并对GPS、GPRS等系统相关的关键技术进行了介绍。第3章：智能公交车载终端总体设计。根据市场需求，提出了智能公交系统及车载终端的总体设计方案，重点对车载终端的总体设计进行了介绍，给出了车载终端设计中重要芯片的选型。第4章：智能公交车载终端硬件设计。详细介绍了智能公交车载终端硬件设计，给出了整个终端系统的硬件设计电路。第5章：智能公交车载终端软件设计。详细介绍了智能公交车载终端的软件设计，给出了软件设计流程图，并就系统关键部分的软件设计进行了重点的讲述。总结和展望中，对本课题取得的成果以及局限性进行了分析和总结，对下一步的工作和项目未来的发展进行了展望。二、智能公交系统(APTS)及其关键技术2.1 APTS系统组成智能公交系统主要由3个部分构成，即无线通讯部分、监控中心部分和车载终端部分。无线通讯系统主要是利用通信运营商提供的数据和短信息服务，这里的通讯方式就是指无线通讯系统的通讯手段；监控中心由GPS服务器、数据库服务器、CTI呼叫中心系统、监控工作站、管理工作站路由器和防火墙组成；车载终端主要由GPS接收模块、GPRS通讯模块、车辆控制模块、屏幕等部分组成，主要有车辆定位、与监控中心进行双向通讯、车辆控制等功能。监控中心在接收到车载终端传回的GPS位置数据后可以确定监控车辆的位置信息、历史运行轨迹进而分析其运行是否正常，是否偏离预定路线，速度是否异常。在出现异常情况时，监控中心可以通过发布导航指令来实现实时的调度。2.2 GPS全球定位系统2.2.1 GPS 全球定位系统的发展历史GPS 整个发展计划分为三个阶段实施。第一阶段为原理方案可行性验证阶段，从1978 年到1979 年，共发射了4 颗试验卫星，建立了地面跟踪网，研制地面GPS 接收机，对系统的硬件和软件进行了试验，试验结果令人满意。第二阶段为系统的研制与试验阶段从 1979 年到1984 年，又陆续发射了7 颗试验卫星。第一阶段和第二阶段共发射11 颗试验卫星，这些试验卫星称为第一代卫星：与此同时，研制了各种导航型接收机和测地型接收机，试验表明，GPS 的定位精度大大超过设计标准，其中粗码(CA 码)的定位精度远远超过设计指标，由此证明，GPS 计划是成功的。第三阶段为最后的工程发展与完成阶段。1989 年的2 月4 日，发射了GPS 第一颗工作卫星，到1994 年3 月10 日共研制发射了28 颗工作卫星。这些工作卫星称为BlockII 和BlockIIA 卫星，与此同时，不仅研制了高精度导航型接收机，还研制了能对卫星载被信号进行相位测量的定位精度极高的接收机和采用相位差分的GPS 载体姿态测量接收机，满足了精密导航与制导等一系列军事目的之要求。2.2.2 GPS系统的组成GPS 系统主要由三大部分组成，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。全球定位系统的空间卫星星座见图 2.1，由24（3 颗备用卫星）颗卫星组成。卫星分布在6 个轨道面内，每个轨道上分布4 颗卫星。卫星轨道面相对地球赤道面的倾角约为55，各轨道平面升交点的赤经相差60在相邻轨道上，卫星的升交相差30轨道平均高度约为20220km，卫星运行周期为11 小时58 分。因此，在同一观测站上，每天出现的卫星分布图形相同，只是每天提前4 分钟。每颗卫星每天约5 个小时在地平线以上，同时位于地平线以上的卫星数目，随时间和地点而异，最少为4 颗，最多可达11 颗。2.2.3 GPS 定位的基本原理GPS 定位处理中，卫星轨道通常是已知的。因此，为了确定地面观测站位置，GPS 卫星的瞬间位置也应换算到统的地球坐标系统中。在GPS 试验阶段，卫星的瞬间位置计算采用了1972 年世界大地坐标系统(world geodetic system，1972,WGS72)，从1987 年1 月10 日开始采用改进的大地坐标系统WGS84 坐标系。世界大地坐标系统(WGS)是属于协议地球坐标系(CTS)。WGS84 坐标系的原点为地球质心M；Z 轴指向BIHl984.0 定义的协议地极(conve