基于arm的gps跟踪系统的设计

基于arm的gps跟踪系统的设计内容摘要：

RS 无线通讯模块、 GPS 全球卫星定位系统模块、 ARM 控制器、按键组成。 (2) 软 件模块：软件模块包括主程序； GPS 模块，实现定位； GPRS 模块，实现通信；主模块，实现串口初始化等。 可行性分析 经济可行性 实验中选用的 ARM9 芯片为三星公司的 S3C2410X 芯片，这是三星公司推出的一款基于ARM920T 内核的 RISC 处理器，其内部集成了丰富了片上资源，提供了一系列完整的系统外围 设备，大大减少了整个系统的成本。 要实现导航功能 的 GPS 模块也不一定要花大价钱购买 ，几百元购入的 GPS 模块同样能够实现这一功能。 在系统设计阶段使用教学用的 ARM 集成开发环境（全配置的 ARM9 实验箱）进行模拟开发，使用集成 GPS、 GPRS 模块，进一步节省了成本。 技术可行性 (1) 有关 GPRS 模块： GPRS 是在现有的 GSM 网络基础上叠加的一套分组交换系统，与互联网或企业网相连，向移动用户提供数据业务。 与传统的基于电路交换的数据业务相比， GPRS 具有“高速”和“永远在线”的优点。 本设计中使用 JXARM92410 上集成的 GPRS 无线通信模块。 (2) 有关 GPS 模块： GPS 是美国从 20 世纪 70年代开始研制， 于上世纪 80年代末引入中国， 具有全天候、高精度、自动化、高效益的显著特点。 随全球定位系统的不断改进，软、硬件的不断完善，其应用领域正在不断地开拓，并开始逐步深入人们的日常生活。 本设计中使用了JXARM92410 实验箱中的集成 GPS 全球定位系统模块。 4 本系统设计中需要使用 ADT IDE 集成开发环境。 ADT（ ARM Development Tools）嵌入式系统开发环境是由武 汉创维特信息技术有限公司开发的具有自主知识产权的应用于嵌入式软件开发的集成软、硬件开发平台。 它为基于 ARM 核的嵌入式应用提供了一整套完备的开发方案，包括程序编辑、工程管理和设置、程序编译、程序调试等。 ADT 嵌入式开发环境由 ADT Emulator for ARM 和 ADT IDE for ARM 组成。 本设计中，可使用 JXARM924103内置简易调试模块，可将计算机并口与实验箱左上角的并口通过并口延长线实现连接，并将 JP5 跳线通过跳线帽短接。 ADT IDE for ARM 主要包括以下工具 ： 源码 编辑器 (editor) 、 工程管理器(project manager) 、 工程编译器 (builder)、 集成调试环境 (debug environment) 5 第三章 系统硬件设计与实现 系统硬件组成 根据设计要求，设计出 GPS 跟踪系统的基本组成原理图图 31所示： G P S 模 块控 制 单 元G P R S 模 块按 键G P R S 网 络卫 星手 机Ｐ Ｃ 机监 控 中 心 图 31 GPS跟踪系统的基本组成原理图 该系统硬件主要由 GPRS 无线通讯模块、 GPS全球卫星定位系统模块、 ARM 控制器、 键盘组成。 工作原理如 下： GPS 模块 GPRS 模块通过串口与系统相连，系统通过 GPS 模块定时地从卫星接收定位信息，并将提取出来的经度、纬度、海拔等 位置 信息 读出保存在缓冲区中或保存在一个变量中，再传送给 GPRS 模块 ,通过 GPRS 模块传输到监控中心 ,监控中心由PC 机和 手机（接收） 构成， PC 机中安装的电子地图软件用于解析 GPRS 模块传来的定位信息，并精确显示出被跟踪目标的具体地理位置 ,达到跟踪的目的。 键盘用于设置目标手机号码等。 硬件组成原理图如图 32所示： 4 * 4键 盘U A R T 0T X DR X DG P S 模 块U A R T 1A R M控 制 器R X DT X DG P R S 模 块天线天线g p s 数 据P C 机G P R S 模 块监 控 中 心 图 32 硬件组 成原理图 6 ARM 控制器 ARM 是 Advanced RISC Machines（高级精简指令系统处理器）的缩写。 ARM 处理器已经成功地广泛应用于无线通信、工业控制、消费类电子产品、网络产品等领域，并且保持持续增长的势头。 目前，基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位RISC 微处理器 75%以上的市场份额。 ARM 微处理器的应用领域及特点 (1) ARM 微处理器的应用领域 到目前为止， ARM 微处理器及技术的应用几乎已深入到各个领域： 工业控制领域：作为 32位的 RISC 架构，基于 ARM 核 的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展， ARM 微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8 位 /16 位微控制器提出了挑战； (a) 无线通讯领域：目前已有超过 85%的无线通讯设备采用了 ARM 技术， ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固； (b) 网络应用：随着宽带技术的推广，采用 ARM 技术 ADSL 芯片正逐步获得竞争优势。 此外， ARM 在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛的支持，也对 DSP 的应用领域提出了挑战； (c) 消费类电子产品： ARM 技术在目前流行的数字音频播放器、 数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用； (d) 成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用了 ARM 技术。 手机中的 32位 SIM 只能卡也采用了 ARM 技术。 除此之外， ARM 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更广泛的应用。 (2) ARM 微处理器的特点 采用 RISC 架构的 ARM 微处理器一般具有如下特点： ☆ 体积小、低功耗、低成本、高性能； ☆ 支持 Thumb(16 位 )/ARM(32 位 )双指令集，能很好的兼容 8/16 位器件； ☆ 大量使用寄存器，指令执行速度更快； ☆ 大多数数据操作都在寄存器中完成； ☆ 寻址方 式灵活简单，执行效率高； ☆ 指令长度固定。 ARM9 微处理器系列 ARM9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。 具有以下特点 : ☆ 提供 ； ☆ 支持 32位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集； ☆ 支持 32位的高速 AMBA 总线接口； 7 ☆ 全性能 MMU，支持 Windows CE、 Linux、 Palm OS 等主流嵌入式操作系统； ☆ MPU 支持实时操作系统； ☆ 支持数据 Cache 和指令 Cache，具有更高的指令和数据处理能力。 ARM9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪 表、安全系统、机顶盒、高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。 它包含 ARMA920T、 ARM922T 和 ARM940T 三种类型。 S3C2410X 模块 本设计中 采用 SamSung 公司的主流 ARM9 处理器 S3C2410X， 它是一款基于 ARM920T内核的 16/32位 RISC处理器，具有 27位地址总线和 32位的数据总线，可编程工作于 8/16/32位模式下。 主频高达 203MHz，带 MMU（内存管理单元）， 内部集成有丰富的片上资源（各类外接设备的控制器）和大量的运算 /功能寄存器， 性 /价比极高， 使用 m工艺制作，为嵌入式系统提供了一个低成本，低功耗，高性能的解决方案。 GPS 模块 GPS 简介 全球卫星定位系统 GPS(Global Positioning System)是美国从 20 世纪 70 年代开始研制的，于 1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。 经过多年我国测绘等部门的使用表明， GPS 以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地运用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动检 测、工程变形检测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻地技术革命。 随着全球定位系统的不断改进，软、硬件地不断完善，其应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们地日常生活。 它的飞速发展已逐渐取代了无线电导航、天文导航等传统导航技术，而成为一种普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性、全天候等方面取得了长足进步。 现不仅应用物理勘探、电离层测量和航天器导航等诸多民用领域，在军事领域更是取得了广泛的应用 —— 在弹道导弹、野战指挥系统、精确弹道测量以及军用地图快速测绘 等领域均大量采用了卫星导航定位技术。 卫星导航定位技术在民用和军用领域地重要意义使其得到了许多国家的关注。 我国也于 2020 年成功发射了二颗导航定位试验卫星，并建立了我国第一代卫星导航定位系统 —— “ 北斗导航系统 ” ，但由于起步较晚，没有得到广泛应用。 目前在我国应用最多的还是美国的 GPS系统。 GPS 发展历程公分三个阶段：第一阶段为方案论证和初步设计阶段；第二阶段为全面研制和试验阶段；第三阶段为实用组网阶段。 GPS 原理 GPS 由三个独立的部分组成： ● 空间部分： 21 颗工作卫星， 3颗备用卫星。 8 ● 地面支撑系 统： 1 个主控站， 3个注入站， 5个检测站。 ● 用户设备部分：接收 GPS 卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。 GPS 定位的基本原理是根据高空运动卫星的瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交汇的方法，确定待测点的位置。 如 下 图 33 所示，假设 t 时刻在地面待测点上安置 GPS 接收机，可以测定 GPS 信号到达接收机的时间 △ t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下 4个方程式： ＺＹ Ｘ卫 星 １卫 星 ２ 卫 星 ３卫 星 ４( x 1 , y 1 , z 1 )( x 2 , y 2 , z 2 )( x 3 , y 3 , z 3 )( x 4 , y 4 , z 4 ) 图 33 定位信息接收 [（ X1X） 2+(Y1Y) 2+(Z1Z) 2]1/2+C(Vt1Vt0)=d1 [（ X2X） 2+(Y2Y) 2+(Z2Z) 2]1/2+C(Vt2Vt0)=d2 [（ X3X） 2+(Y3Y) 2+(Z3Z) 2]1/2+C(Vt3Vt0)=d3 [（ X4X） 2+(Y4Y) 2+(Z4Z) 2]1/2+C(Vt4Vt0)=d4 上述四个方程式中待测点坐标 x、 y、 z 和 Vto 为未知参数，其中 di=c△ ti (i= 4)。 di (i= 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4到接收机之间的距离。 △ ti (i= 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4 的信号到达接收机所经历的时间。 C 为 GPS 信号的传播速度（即光速）。 四个方程式中各个参数意义如下： x、 y、 z 为待测点坐标的空间直角坐标。 Xi、 Yi、 Zi (i= 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4在 t时刻的空间直角坐标， 可由卫星导航电文求得。 Vti (i= 4) 分别为卫星 卫星 卫星 卫星 4 的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。 Vto 为接收机的钟差。 由以上四个方程即可解算出待测点的坐标 x、 y、 z 和接收机的钟差 Vto。 JXARM92410 使用集成 GPS 模块， GPS 使用了 S3C2410X 的串口 0。 9 GPRS 模块 GPRS 简介 移动通信通常被划分为三代 .第一代是模拟的无线网络。 第二代是数字通信 ,包括 GSM、CDMA 等；第三代是分组型的移动业务，称为 3G。 GPRS 是通用无线分组业务的缩写（ General Packet Radio Service），是介于第二代和第三代之间的一种技术，通常将其成为 ，目前通过升级 GSM 网络实现。 称之为 是比较恰当的，因为它是一个混合体，并采用TDMA 方式传输语音，采用分组的方式传输数据。 GPRS 是欧洲电信协会 GSM 系统中有关分组数据所规定的标准。 它可以提供高达115kbps 的空中接口传输速率。 GPRS 使若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。 实际不发送或接受数据包的用户仅占很小一部分网络资源。 有了 GPRS，用户的呼叫建立时间大为缩短，几乎可以做到“永远在线”（ always online）。 此外， GPRS 使营运商能够以传输的数据量而不是连接时间为基准来计费， 从而使每个用户的服务成本更低。 GPRS 采用信道捆绑和增强数据速率改进实现高速接入，目前 GPRS 的设计可以在一个载频或 8 个信道中实现捆绑，将。