嵌入式车载定位与数据传输系统-开题报告.doc

1、I 厦门大学软件学院毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 班级 学号 指导教师姓 名 职称 所在单位 毕业设计（论文）题目 嵌入式 车载定位与数据传输系统 选题的背景与意义 ： 研究车载 定位与数据传输系统 对解决城市交通控制问题具有重要的现实意义。 本文研究的目的是为了设计一种新型的 车载服务系统 （其中的部分模块），从而可以配合城市交通管理系统在一定程度上消除或削弱目前交通中存在的各种问题。 二十世纪六、七十年代以来，随着世界各国经济进入了高速增长时期，加之城市化进程加快和机动车保有量 的迅猛增加，导致已有道路满足不了人们不断增加的交通需求。城市交通拥堵、交通事故频发、交通环境恶化等成为世界

2、各国面临的共同问题，无论是发达国家还是发展中国家都承受着交通不断恶化的困扰。 为了解决城市交通问题，除了改善城市建筑群的合理分布、扩修交通要道、增强人们的交通意识外，更重要的是要加强城市车辆交通控制。而 车载服务系统是车辆交通控制系统的重要组成部分，因此对其进行研究就显得十分重要。事实上造成目前交通问题恶化的原因之一是驾驶员不能及时得到准确有效的各种信息。解决交通问题的关键是要让路、车、人三者进行主动积极 的统筹与协调， 并要从根本上改变现行汽车的信息采集处理、信息交换、行车驾驶与定位、车辆控制、汽车安全保障等技术方案与体系结构，使汽车更加人性化、舒适化和个性化，这样才能在很大程度上减轻驾驶员

3、的负担和操作的盲目性，减少驾驶员疲劳驾驶的现象，从而提高交通安全，配合城市交通控制系统，实现合理分配交通流，达到交通顺畅。本文的研究内容正是基于此而提出的。 国内外研究现状及存在的问题： 1 车载服务系统简介： 车载信息技术是无线电技术与微处理 器技术的汇聚，即利用计算机或微处理器和无线电话来做一些事情，如 Internet 网上登陆、实时交通信息查询等。现在人们已经 将车载信息技术的定义作了一定程度的扩展，即将计算机或微处理器驱动的、与驾驶员和乘客有关联的各种数据的采集与控制技术也收入到车载信息技术的范畴之列。 车载服务系统 一般由三部分组成 :定位 系统、通讯系统和信息采集系统组成 。定位

4、 系统利用 GPS(Global Position System，全球定位系统 )等装置，单独或组合使用以一定精度实现车辆定位，包含位置、速度和行车方向等车辆 信息 ;数据采集系统使用传感器及微处理器来获得车辆各部件运行信息 ； 无线通讯系统实现车载服务系统 与交通 指挥调度系统或其他交通信息系统进行单向或双向通讯，使驾驶员和信息中心都能知道当前信息和其他服务性信息 ：信息处理系统处理来自II 定位 系统和通讯系统的数据，并结合地理信息系统 GIS(Geographic Information System)技术和专门用户程序，给驾驶员提供良好的人机接口。 2 车载服务系统的发展和应用： 一般

5、所说的车载服务系统主要是指 车载定位与导航系统。车载导航与定位系统的雏形起始于二十世纪六七十年代。早期的导航系统使用的是车辆里程表、环形检测器等。 70 年代，位置推算系统、车载电子地图和地图匹配技术 得到了一定的发展。这期间，美国 Etak 公司开发出一种自主导航仪，这种系统利用航位推算模块 DR ( Dead Reckoning)并借助地图匹配算法进行车辆定位。类似的系统在欧洲也已被研制出来，如 Philip:公司的“ CABIN”、 英国的“ Auto Guide”等。到了 80 年代末，随着全球定位系统 GPS (Global Position System)技术的发展与成熟，再加上巨

6、大的市场潜力和良好的发展前景，世界各国都进入了车载定位与导航这一研究领域，美国、日本和欧洲等国家都先后推出了自己的 GPS车载定位导航系 统 。 我国 GPS 车辆导航系统应用发展曲折而缓慢 。 1994 1995 年间是第一阶段，当时上百家公司都来抢占 GPS 车辆跟踪市场。但由于当时市场尚未形成，加上技术上不完善，能实际投入运行并坚持下来的极少。 1996-1997 年间是 GPS 车辆跟踪系统市场的调整和充实时期。主要是公安、金融等部门利用其专用无线通信系统和模拟集群系统，在全国三、四十个城市建成的金融运钞车和公安交警车辆跟踪系统。 1998-2000 年，随着我国 GSM 数字移动通信

7、系统的快速发展与全国普及，作为系统瓶颈问题的通信网络通过采用 GSM 公众网的短消 息服务找到了新的出路，至 2000 年底全国累计有近 300 个车辆跟踪网络，入网车辆为 5-6 万辆。 将无线技术与定位导航服务联系起来的车辆通信系统的一个典型示例是mayday 系统，该系统使用手机进行语音和数据传输，使用车载 GPS 接收器进行定位，可按要求在车辆用户与服务中心进行无线传输。其典型的产品是通用汽车公司 1997 年推出的 Onstar 系统和福特公司的 Vehicle Communication。系统用户通过头顶控制板上的三个按钮之一激活系统，多功能显示屏随后显示状态信息，车载电话自动呼叫

8、服务中心。系统通过车载电 话网络的语音通道向主机发送车辆识别码、来自 GPS 接收器的车辆位置信息和其他与用户要求有关的数据。 3 传统系统存在的问题： 车载服务系统 是一个综合性系统，其内容涉及很多方面，如 ： 车载定位、车载通信、车载多媒体等，其存在的问题也主要集中在这几个方面 。 在定位导航方面，早期的 车载服务系统 其车载设备为一小功率发射机，不停的发射信号，或者是需要报警时才发射信号。在行进中被间隔距离比较小 (例如400 米 )的基站或路口接收机接收，然后通过有线 (一般为电话线 )方式传输至管理中心，这种设备比较简单，成本低，但定位误差大，建网基 站多，费用高，系统可靠性比较低，

9、服务功能单一。 为了减少基站数量，又提出了大基站方法。车载装置具有高的发射功率 (5-7瓦 )，发射机发出的信号同时被四个以上的基站接收，各基站将收到的信号连同基站收到信号的精确时间传送至管理中心。这种方法车载设备比较复杂。为了提高精度和抗干扰，只能采用扩频通信技术。但要建专网，费用高。不能通话，服III 务功能单一。 随着 GPS 技术和无线通信技术的发展，又提出了基于 GPS/GSM 的方案 。 它解决了大基站方法要建专网且不能通话的问题，车载设备借助 GSM 公网，将 GPS采集到的信息通过具有随 时在线功能的短消息业务发送到管理中心，并且 GSM 网络还可以提供话音和数据传输业务，极大

10、的方便了车载设备与管理中心的信息交换。但是这种方法也有其不足的地方 ： 首先，一般 GPS/GSM 车载设备采用单一的 GPS 接收机，由于受卫星星历、卫星钟的误差、信号传播误差、观测误差及接收设备误差的影响，定位精度较低 ； 其次， GPS/GSM 定位导航方案由于采用短消息这种方式传递信息，所以存在通信费用高 (信息发送频率高所致 )、延时不确定 (需要短消息服务中心 SMC 转发所致 )、短消息服务器须向电信公司申请专门的业务服务 (申请专线建 立网关 )等缺陷。 另外，除了定位导航功能外，传统车载设备也存在车辆仪表提供的车辆状态信号模糊、不全、分散等缺陷 (例如多数警告信号并不提供准确

11、的数值 )。除此之外， 目前的 车载服务系统 还在车辆安全、显示与诊断、车载网络及娱乐设施方面存在着功能单一、集成度不高等缺陷。 毕业设计（论文）的 目标：设计采用嵌入式操作系统的基于 GPS 和 GPRS 的车载服务系统 ，从而可以配合城市交通管理系统，在一定程度上减少目前交通中存在的各种问题。 本文 主要针对车载服务系统的定位模块和通信模块进行初步探讨 即车载定位和数据传输系统 。定位 部分采用了多 GPS 接收机综合定位，克服了传统单 GPS定位的缺陷，采用相应的算法在一定程度上减少了定位误差，提高了系统定位精度 ； 通信部分借助 GPRS 网络在车辆之间或车辆与控制中心之间进行无线数据

12、传输，相对于传统的 GSM 短消息传输方式， GPRS 具有永久在线 (只需一次连接且不占用语音信道 )、计费便宜 (按流量计费 )、易于组网 (可直接连接 Internet 网路 )、高速传输等特点，特别适合突发性、频繁的流量数据传输，支持的数据传输速率理论峰值达 171.2Kbps。 实现方法： 一系统基础理论 智能车载服务系统涉及很多方面的内容，本部分主要介绍本系统中使用倒的一些基本理论和知识。 1 GPS 原理 1 1 GPS 系统组成 1 2 GPS 卫星信号 1 3 GPS 定位原理 1 4 GPS 定位误差 2 GPRS 原理 2 1 GPRS 网络结构 2 2 GPRS 的工作

13、原理 IV 二系统方案与硬件设计 1 系统总体设计方案 本系统从总体上分为两大模块：多 GPS 定位模块和 GPRS 无线通信模块。 系统的 GPS 定位信息以及车辆运行状态信息都可以通过 GPRS 无线通信模块发送到控制中心 ;一些公共信息或社会信息也可以通过 GPRS 在车辆 和控制中心之间进行交互。整个车载信息通信系统的工作原理如 下 图所示。 1 1 多 GPS 定位思想 1 2 利用 GPRS 传输数据 1 3 系统的组成机构 2 定位模块硬件设计 定位模块主要负责提供车辆的定位信息，该模块采用 4 个 GPS 接收机和通用微控制器及其他附 件构成，可实现定位信息的采集、存储以及传输

14、等功能。 2 1 硬件组成与工作流程 2 2 GPS 电路设计 3 通信模块硬件设计 车载通信部分的硬件设计主要由 GPRS 手机模块、 MCU 及电源等部分组成。 3 1 器件选型与工作流程 3 2 GPRS 电路设计 三系统软件设 计 分块介绍了各个模块的软件实现，首先根据软件要完成的功能，确 定该模块软件的基本思想，然后详细介绍每一部分的具体实现，并给出 相应的软件流程图。 1定位模块软件设计 定位模块主要完成车辆位置信息的采集、处理与存储，因此本节的软件设计也就基于这几个方面进行。 1 1 GPS 数据格式 1 2 GPS 数据接受软件设计 1 3 GPS 数据处理软件设计 2通信模块

15、软件设计 本部分的功能就是要借助 GPRS 无线网络实现数据的无线传输，从而在不同的车辆或车辆与控制中心之间架起沟通的桥梁。所以软件的功能主要是建立无线V 连接 、按照 GPRS 通信协议传输数据。 2 1 GPRS 数据传输协议的选择 2 2 数据传输软件设计 参考文献： 1 Guguang He, North G, Urban Traffic Control System-A General Analysis from the Point of View of control Theory, Transportation system ,1997,2,pp5O3-506。 2王亦兵等，城市

16、高速公路交通控制综述，自动化学报， 1998 年第 24 卷第 4期， pp484-496。 3何希才，数字移动通信技术及应用，机械工业出版社， 2003.5。 4范平志等，蜂窝网无线定位，电子工业出版社， 2002.120。 5赵波浪等， 车载服务系统 ，西北公路， 2003 年 (增刊 )。 6邓泽英，车载信息技术及其发展，汽车与配件， 2001 年第 4 期 。 7李军，车载信息装置系统分析，汽车工程， 2002 年第 3 期。 8顾克晖等， GPS/GSM 车辆定位技术及其应用，技术专论。 9司周允等，智能汽车及智能汽车运输系统发展综述，陕西汽车， 1999 年第 1 期。 10李天文

17、等， GPS 原理及应用，科学出版社， 2003.9。 11刘大杰等，全球定位系统 (GPS)的原理与数据处理，同济大学出版社， 1996.8 12C.Drane and C.Rizos, Positioning Systems in Intelligent Transportation Systems. Norwood, MA:Axtech House,1998。 13张剑，刘允才， GPRS/Web-GIS 在 GPS 车辆定位导航系统中的应用研究，计算机 工 程， 2004 年第 30 期第 13 期， pp157-159。 14杨梅， GPS-GPRS 定位系统车载终端的应用设计与实现

18、，电讯技术， 2004 年第 3 期， pp130-106。 时间进度安排： 2007 年 2 月 31 日 2007 年 3 月 31 日 嵌入式软件设计基础知识的学习，查阅 相关资料 2007 年 4 月 1 日 2007 年 4 月 20 日 对元器件的选型，各模块硬件的设计与测试 2007 年 4 月 21 日 2007 年 5 月 10 日 编写算法，完成软件的设计与测试 2007 年 5 月 11 日 2007 年 5 月 20 日 进行整合， 对系统进行调试，并对一些测试结果进行数据处理与分析 2007 年 5 月 21 日 2007 年 5 月 30 日 完成项目文档的编写装订

19、 指导教师审核意见： 校内指导教师签名： 2007 年 月 日 VI 毕业论文任务书 题 目：嵌入式车载服务系统 目标要求： 学习 GPS 通讯原理，了解模块的电气指标、串行接口连接方式、NMEA 语句格式。通过软件来设置 GPS 模块的波特率 、输出语句和初始化经纬度等内容。编程实现对 GPS 通讯信息的采集方法，将 接收到的数据进行语义的解析，并在 LCD 上显示当前的地理位置信息。学习 Linux GPS 数据的解析过程。 通过对串口编程来控制 GPRS 扩展板，实现发送固定内容的短信等通信模块的基本功能。利用开发平台的键盘和液晶屏实现人机交互。 支持条件： 硬件： UP-NETARM2

20、410-S 嵌入式实验仪、 PC 机 Pentumn500 以上 , 硬盘 10G 以上。 软件： PC 机操作系统 REDHAT LINUX 9.0 MINICOM ARM LINUX 开发环境 校内 指导教师（签名） 职称 学生（签名） VII 分阶段进度安排 阶段 起讫时间 计划完成内容 1 2007 年 2 月 26 日 -3 月 31 日 阅读文献资料，理解任务，完成开题报告 2 2007 年 4 月 1 日 - 4 月 20 日 对元器件的选型，各模块硬件的设计与测试 3 2007 年 4 月 21 日 - 5 月 10 日 编写算法，完成软件的设计与测试 4 2007 年 5 月

21、 11 日 -5 月 20 日 进行整合，对系统进行调试，并对一些测试结果进行数据处理与分析 5 2007 年 5 月 21 日 - 6 月 12 日 论文撰写、论文答辩 VIII 教师分阶段指导记录 第一阶段： 提供嵌入式的资料，并讲解嵌入式相关知识。指导该同学进行相关文献的阅读，使其了解开发必须的知识和技术。 第二阶段： 对嵌入式车载定位与数据传输 系统的设计和实现的整体过程 进行讲解，指导该同学完成对系统的设计，总体设计安排上符合要求， 指导该同学完成开题报告。 第三阶段： 指导该同学对 GPS 部分和 GPRS 部分进行深入理解。并分别对这两个部分进行设计和实现。 第四阶段： 指导整个车载服务系统的实现过程，对整个过程进行评测，该实现结果基本上达到了 预期的目标，基本达到预期效果。 第五阶段： 指导完成毕业论文的初稿，并指导其进行论文的修改，然后定稿。该同学的论文已经达到了厦门大学本科生论文的要求。 IX 论文评语 拟评成绩 校内指导教师（签名） 职称 2007 年 月 日 论文评阅 评阅成绩 评阅教师（签名） 职称 2007 年 月 日 答辩记录 演示成绩 答辩 成绩 答辩小组组长（签名） 职务（称） 2007 年 月 日 总评 成绩 学院负责人（签盖） 2007 年 月 日