摘要:本文提出的嵌入式漢顯終端設(shè)計方案,涉及一種車載衛(wèi)星定位系統(tǒng),通過串口通信利用車載GPS終端提供的定位信息和 GSM/GPRS無線通訊功能實現(xiàn)實時顯示定位信息、車載電話、短信息及語音提示等功能,達到人機交互的目的,同時結(jié)合中心軟件也能更好地實現(xiàn)車輛調(diào)度功能。
關(guān)鍵詞:GPS;嵌入式;漢顯終端;串口通信
1 引言
近幾年來,GPS導(dǎo)航定位技術(shù)在不斷發(fā)展,越來越多的車輛加裝了車載GPS終端。時至今日,車載GPS終端已經(jīng)成為城市交通管理網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。但一直以來,用戶在加裝了車載GPS終端后,由于缺乏友好的人機交互設(shè)備,影響了用戶使用和車載GPS終端的普及,限制了車載GPS終端產(chǎn)品的功能擴展。通過加裝漢字顯示終端,能使用戶更便捷的使用車載GPS終端,方便中心進行調(diào)度管理,彌補以前產(chǎn)品的不足。
2 嵌入式漢顯的組成
圖1 車載GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
嵌入式漢顯的作用主要是通過串口與GPS車載終端和計價器通信,接收處理GPS車載終端發(fā)送的GPS定位信號和計價器發(fā)送的相關(guān)運營數(shù)據(jù),并通過紅外遙控器和按鍵讓用戶對漢顯進行設(shè)置和操作,然后在液晶模塊上顯示相應(yīng)的內(nèi)容,并能提供語音服務(wù)。
嵌入式漢顯由以下幾個部分組成:漢顯主板、液晶模塊、紅外接收頭、按鍵、喇叭、發(fā)光二極管以及連接器。
3 主板硬件部分
嵌入式漢顯的主板由以下幾個部分組成:并口Flash,供電電路,LCD模塊接口及驅(qū)動電路,串口通信電路,看門狗電路和語音芯片及功放電路。
圖2 漢顯結(jié)構(gòu)圖
3.1 MSP430系列單片機
MSP430系列單片機是由TI公司開發(fā)的16位單片機,其突出特點是超低功耗,非常適合于各種功率要求低的場合,是目前業(yè)界所有內(nèi)部集成閃速存儲器(Flash ROM)產(chǎn)品中功耗最低的,消耗的功率僅為其他閃速微處理器(Flash MCUs)的1/5。在3V工作電壓下其耗電電流低于350uA/MHz,待機模式僅為15 uA/MHz,具有五種節(jié)能模式。其64K的程序空間保證了可容納足夠的代碼長度,而程序執(zhí)行中可寫的內(nèi)部FLASH可用于存放中心號碼,電話號碼和GPS車載終端設(shè)置等重要數(shù)據(jù)。單片機內(nèi)有抗ESD保護,有較強抗干擾能力。在線編程,程序更新方便。仿真器結(jié)構(gòu)簡單,可自行制作。該系列工業(yè)級單片機工作溫度范圍為-40~+85攝氏度,可滿足車載設(shè)備應(yīng)用要求。
3.2 供電電路
為了兼容不同的車載電瓶提供的12V和24V電壓,供電電路采用的電壓變換器應(yīng)能滿足可輸入電壓在9V至36V之間。由于車載環(huán)境較為惡劣,電瓶供電波動大,為了防止外部干擾引起的大電流燒壞內(nèi)部元器件,可在電源輸入端串聯(lián)自恢復(fù)保險絲。本設(shè)計思路主板的基本功耗大約在50mA左右,在LCD背光點亮?xí)r,功耗在180mA左右,因此可選取熔斷電流在350mA的自恢復(fù)保險絲可滿足要求。為了防止微處理器或單片機因瞬間的脈沖,如靜電干擾,所導(dǎo)致的失靈或損壞,可在電源正極輸入端并聯(lián)一個TVS管,由于車載電瓶供電電壓為12V或24V,因此可根據(jù)實際情況選取。
圖3 供電電路
3.3 存儲器
Flash需要保存GPS定位信息、關(guān)鍵點、字庫、通話記錄、短信息、運營數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)。Flash容量需求分析如下:
3.3.1 字庫約需要800K字節(jié)。
3.3.2 GPS定位信息需要作為行車記錄加以保存,目前絕大多數(shù)GPS模塊都是每秒發(fā)送一次GPS定位數(shù)據(jù),如果每一條都作為行車記錄保留沒有太大的實際意義,因此可每隔一至十分鐘保留一次定位數(shù)據(jù),這樣的話10000條可至少保存大約一周的行車記錄,滿足實際應(yīng)用需要。定位信息包括:時間、經(jīng)度、經(jīng)度標識、緯度、緯度標識、速度、方向、狀態(tài)以及附加信息等等。
定位信息量計算:10000條×48字節(jié)=480000字節(jié)
3.3.3 對于需要限速提示、路段提示、區(qū)域提示等特殊需求,可以通過預(yù)存這些關(guān)鍵點或多邊形的定位數(shù)據(jù)信息,車輛行駛過程中經(jīng)過、到達、離開這些區(qū)域時,將收到的定位信息與之比對并配合語音播報即可判別并進行提示。關(guān)鍵點的信息包括:進入關(guān)鍵點時間、駛出關(guān)鍵點時間、左下角緯度、左下角經(jīng)度、左上角緯度、左上角經(jīng)度、右下角緯度、右下角經(jīng)度、右上角緯度右上角經(jīng)度以及其他標志位等等。
關(guān)鍵點信息量計算: 52字節(jié)×200個=10400字節(jié)(保存100個關(guān)鍵點,預(yù)留100個關(guān)鍵點容量)
多邊形信息包括:頂點的編號、頂點經(jīng)度、頂點緯度等信息。
多邊形:10個×9個頂點×(2+10+11)=2070字節(jié)(最大保存10個9邊形)
因此容量應(yīng)至少在1MB以上,最好采用并口通信的Flash以滿足與MSP430系列單片機的高速數(shù)據(jù)傳輸。
3.4 語音芯片及功放電路
為了縮短開發(fā)周期,可考慮采用處理器內(nèi)部集成了完整的語音合成系統(tǒng)。以科大訊飛的語音芯片為例,該芯片支持任意中文文本的合成,中文編碼可以采用GB2312 或者Unicode 兩種編碼方式,電平邏輯為TTL 電平,通過串口(UART) 接收上位機發(fā)送的命令和數(shù)據(jù),命令和數(shù)據(jù)以幀的方式進行封裝和發(fā)送,允許發(fā)送數(shù)據(jù)的最大長度為200個字節(jié)。語音芯片在接收到命令或文本合成完畢之后,通過串口TXD2向MCU發(fā)送反饋信息。MCU可以通過接收芯片的反饋,了解到芯片是否正確接收了命令,以及芯片是否完成了文本合成。當芯片READY信號腳處于低電平時,表明芯片處于待機就緒狀態(tài);處于高電平時,表明芯片正處于文本合成狀態(tài)。語音通過10bit DAC 模擬音頻輸出,外圍功放電路采用最常用的LM386的功放電路就能滿足要求。
圖4 語音芯片原理框圖
3.5 其它外圍電路
由于國內(nèi)目前的車載GPS終端和計價器基本都是采用串口通信的方式連接漢字顯示終端,因此根據(jù)不同車載終端和計價器必須采用相應(yīng)的串口通信方式,可考慮采用MAX202等轉(zhuǎn)換芯片電路、電流環(huán)電路或其他解決方案。電流環(huán)電路原理如下圖:
圖5 電流環(huán)電路原理圖
MCU和Flash最好采用3.3V供電的低功耗芯片,因此需要與LCD模塊通過3.3V~5V的電平轉(zhuǎn)換芯片為核心的驅(qū)動電路來連接,也可根據(jù)LCD模塊采用合適的解決方案。
4 結(jié)語
在車載GPS技術(shù)已經(jīng)十分成熟的今天,車載GPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是提供更友好的人機交互功能、更完善的服務(wù)。嵌入式漢字顯示終端通過串口即可實現(xiàn)對車載終端的擴展,為車載GPS終端提供友好的人機交互界面,以及個性化設(shè)置,大大方便用戶的使用,而且擴展了車載GPS終端的功能和資源,能為用戶提供更豐富的服務(wù)內(nèi)容。因此,嵌入式漢字顯示終端必將極大地推動車載GPS系統(tǒng)的普及,促進車載GPS系統(tǒng)的發(fā)展。
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