GPS导航系统的应用与设计

GPS导航系统的应用与设计

1臧晓黎 ,2赵帅东

1身份证号：3706851980101500772身份证号：412722199412110050

摘要：现当今，随着我国科技的加快发展，GPS技术能快速提供精确三维坐标以及其他相关信息，具有高精度、自动化等显著特点，广泛应用于军事、民用交通导航、测量等重要领域。其中，车载定位导航系统应用最为广泛，利用GPS导航技术，结合地理信息系统、多媒体等其他技术对车体所在位置进行地理定位，为车辆实时提供行车导航信息。将GPS技术应用于车载导航系统时，软、硬件的设计尤为重要，关系着车载导航系统能否准确、高效的提供实时导航信息。结合GPS导航技术，文章对软、硬件分别设计研究，开发出一套准确、高效的车载定位导航接收系统。

关键词：GPS导航系统;应用;设计

引言

随着现代科技的飞速发展,GPS导航及影音娱乐已经成为人们正常生活中必不可少的一部分,同时,出于满足人们对娱乐方式多样性的需求不断提升,开发人员需要不断完善,丰富软件的功能.如何将一个合适的操作系统应用到消费类电子产品上,已经成为消费类电子产品研发领域所有软件开发人员首要关心的问题之一.Linux是一种适合于嵌入式系统的开源操作系统,它可以高效的用来处理各种复杂的任务.

1车载定位导航系统功能及其实现途径

车载定位导航系统包含数据引导、模拟显示、智能查询、路径计算、保存路径等多个功能。其中，最重要也是最核心的为路径计算功能。因此，本设计对路径计算并寻出最优路径功能做具体研究设计。现阶段，车载导航系统设计中，通常采用地图匹配技术与地理信息系统、多媒体技术有机结合，使得定位信息更加准确、逼真。本设计中，车载定位导航系统软件部分主要分为三部分：（1）GPS数据的接收和处理：GPS接收机采集定位所需的经纬度信息、速度、时间等信息，并将获取的信息通过串行接口传送至车载计算机，车载定位导航系统分析采集的数据后即可准确获得用户实时位置。（2）GPS和GIS(电子地图)的数据通讯与集成：利用数据交换实现GPS和GIS的数据通讯，并集成这两个不同系统内数据，然后在电子地图背景下，最后将导航定位信息实时显示出来。（3）GPS信号与电子地图匹配：正常情况下，车辆在行驶过程中不会脱离道路。因此，利用原地图库内存储的道路数据，结合GPS获取的定位结果，按照一定算法将车辆定位结果强制性附合到道路上，实现GPS信号与电子地图的匹配。

2硬件电路设计

2.1 GPS导航板

选用GARMIN的GPS-15W，可同时跟踪多达12颗GPS卫星，从而能够快速的定位。在设计中用到的三个接口线分别为黑色的地线、红色的电源线和黄色的数据输出线。数据输出线与LM3S1138的U0Rx口相接，将GPS接收到的数据输入到ARM中。GPS接收板所输出的数据是以美国国家海洋电子协会的NMEA0183ASCII码接口协议为基础的，包括$PGRMM、$GPRMC、$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$PGRME，在设计中主要提取$GPRMC。接口特性为CMOS电平，波特率固定为4800。GPS使用的是3.3V供电，由EasyARM1138开发板提供的。

2.2 EasyARM1138开发板

EasyARM1138开发板具有简明的外围电路设计，调试时无需任何连线和跳线，操作极为方便。开发板内嵌USB接口与上位机连接可实现“三合一”功能：程序下载与在线仿真、5V供电、UART串行通信。具体的应用如下：GPIO管脚PB0～PB3与无线电接收模块相连；GPIO管脚PA4和PA5与L298N的两个使能端口ENA和ENB相连，来控制使能两个电机；GPIO管脚PC4～PC7与L298N的四个数据口相连，在有使能信号的情况下分别用来控制两个电机的正转和反转。

2.3小车行驶状态的控制

小车的机械部分使用的两轮驱动，即前轮为主动轮，后轮为从动轮。L298N是一个H桥集成芯片，其中IN1～IN4接收EasyARM1138开发板的高低电平控制信号，ENA和ENB为两个使能口。经过H桥后，IN1、IN2和ENA三个信号一起控制B1电机的工作，B1电机的两端分别接OUT1和OUT2，利用OUT1和OUT2输出的高低电平可以控制电机的正转和反转；IN3、IN4和ENB三个信号一起控制B2电机的工作,B2电机的两端分别接OUT3和OUT4。B1、B2电机分别对应的小车的左轮和右轮。

3软件设计

3.1GPS有用数据的提取

EasyARM1138的UART0中断负责接收GPS定位信息，同时判断提取对导航有用的GPS数据并存储。在存储数据时可以利用数组存储，也可以利用EasyARM1138内部的64KB的FLASH。GPS导航板每秒钟接收一组数据，当定位有效时提取$GPRMC推荐定位信息中的经度和纬度。为提高效率，在UART中断读取到GPS数据时会直接提取以$GPRMC开头的一整行数据。这样在存储时就可以减少存储的数据量，在后续的经度和纬度的提取中，可以直接读取经度和纬度所在的字段。

3.2GPS导航算法的软件设计

整个GPS导航的软件部分从总体上说是一个反馈系统，根据小车的目前形式情况和目前的经度纬度信息，控制小车调整行驶方向，每次做完小的调整后，直走2秒钟。再次处理数据判断当前位置是否是目标位置，如果是目标位置停车演奏音乐作为提示，如果不是目标位置继续上一步的工作。在多次重复的判断和调整中，最终找到目标位置。

4人机交互界面设计

设计采用嵌入式操作系统Linux,利用QtCreator集成开发环境(IDE)进行人机界面设计.此IDE能够跨平台运行,支持的系统包括Linux(32位及64位)、MacOSX以及Windows.QtCreator的设计目标是使开发人员能够利用Qt这个应用程序框架更加快速及轻易的完成开发任务.在功能方面,QtCreator包括项目生成向导、高级的C++代码编辑器、浏览文件及类的工具、集成了QtDesigner、图形化的GDB调试前端,集成qmake构建工具等.使用QtDevelop编写代码和编译、调试,使用QtDesigner设计界面,开发效率较高.

结语

经过这段时间对系统的分析和设计，在仔细的研究下，顺利完成了GPS导航小车的设计。在这一过程中，需要准确的分析问题，同时也要注意理论联系实际；需要有系统的思维方式，要静下心来一步一步地进行分析，不可一蹴而就；注重自身理论知识的学习和积累，遇到困难时，要积极寻求解决方案，比如：向别人请教，查阅相关资料等等。GPS导航小车的应用将在一定程度上实现恶劣环境下的无人驾驶，给大部分用户带来便利，当然，受个人知识水平限制，本管理系统难免存在很多不足之处，为此，将进一步在实践过程中进行改进。

参考文献

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