基于車(chē)載通訊GPS的嵌入式漢顯終端的設(shè)計(jì)

1 引言

近幾年來(lái)，GPS導(dǎo)航定位技術(shù)在不斷發(fā)展，越來(lái)越多的車(chē)輛加裝了車(chē)載GPS終端。時(shí)至今日，車(chē)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(lái)，用戶(hù)在加裝了車(chē)載GPS終端后，由于缺乏友好的人機(jī)交互設(shè)備，影響了用戶(hù)使用和車(chē)載GPS終端的普及，限制了車(chē)載GPS終端產(chǎn)品的功能擴(kuò)展。通過(guò)加裝漢字顯示終端，能使用戶(hù)更便捷的使用車(chē)載GPS終端，方便中心進(jìn)行調(diào)度管理，彌補(bǔ)以前產(chǎn)品的不足。

2 嵌入式漢顯的組成

圖1 車(chē)載GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

嵌入式漢顯的作用主要是通過(guò)串口與GPS車(chē)載終端和計(jì)價(jià)器通信，接收處理GPS車(chē)載終端發(fā)送的GPS定位信號(hào)和計(jì)價(jià)器發(fā)送的相關(guān)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)紅外遙控器和按鍵讓用戶(hù)對(duì)漢顯進(jìn)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(yǔ)音服務(wù)。

嵌入式漢顯由以下幾個(gè)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

圖2 漢顯結(jié)構(gòu)圖

嵌入式漢顯的主板由以下幾個(gè)部分組成：并口Flash，供電電路，LCD模塊接口及驅(qū)動(dòng)電路，串口通信電路，看門(mén)狗電

路和語(yǔ)音芯片及功放電路。

3.1 MSP430系列單片機(jī)

MSP430系列單片機(jī)是由TI公司開(kāi)發(fā)的16位單片機(jī)，其突出特點(diǎn)是超低功耗，非常適合于各種功率要求低的場(chǎng)合，是目前業(yè)界所有內(nèi)部集成閃速存儲(chǔ)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(jī)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(zhǎng)度，而程序執(zhí)行中可寫(xiě)的內(nèi)部FLASH可用于存放中心號(hào)碼，電話(huà)號(hào)碼和GPS車(chē)載終端設(shè)置等重要數(shù)據(jù)。單片機(jī)內(nèi)有抗ESD保護(hù)，有較強(qiáng)抗干擾能力。在線(xiàn)編程，程序更新方便。仿真器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可自行制作。該系列工業(yè)級(jí)單片機(jī)工作溫度范圍為-40~+85攝氏度，可滿(mǎn)足車(chē)載設(shè)備應(yīng)用要求。

3.2 供電電路

為了兼容不同的車(chē)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(mǎn)足可輸入電壓在9V至36V之間。由于車(chē)載環(huán)境較為惡劣，電瓶供電波動(dòng)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(xiǎn)絲。本設(shè)計(jì)思路主板的基本功耗大約在50mA左右，在LCD背光點(diǎn)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(xiǎn)絲可滿(mǎn)足要求。為了防止微處理器或單片機(jī)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(gè)TVS管，由于車(chē)載電瓶供電電壓為12V或24V，因此可根據(jù)實(shí)際情況選取。

圖3 供電電路

3.3 存儲(chǔ)器

Flash需要保存GPS定位信息、關(guān)鍵點(diǎn)、字庫(kù)、通話(huà)記錄、短信息、運(yùn)營(yíng)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(kù)約需要800K字節(jié)。

3.3.2 GPS定位信息需要作為行車(chē)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(chē)記錄保留沒(méi)有太大的實(shí)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(huà)10000條可至少保存大約一周的行車(chē)記錄，滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需要。定位信息包括：時(shí)間、經(jīng)度、經(jīng)度標(biāo)識(shí)、緯度、緯度標(biāo)識(shí)、速度、方向、狀態(tài)以及附加信息等等。

定位信息量計(jì)算:10000條×48字節(jié)=480000字節(jié)

3.3.3 對(duì)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(guò)預(yù)存這些關(guān)鍵點(diǎn)或多邊形的定位數(shù)據(jù)信息，車(chē)輛行駛過(guò)程中經(jīng)過(guò)、到達(dá)、離開(kāi)這些區(qū)域時(shí)，將收到的定位信息與之比對(duì)并配合語(yǔ)音播報(bào)即可判別并進(jìn)行提示。關(guān)鍵點(diǎn)的信息包括：進(jìn)入關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)間、駛出關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)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(biāo)志位等等。

關(guān)鍵點(diǎn)信息量計(jì)算： 52字節(jié)×200個(gè)=10400字節(jié)(保存100個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，預(yù)留100個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)容量)

多邊形信息包括：頂點(diǎn)的編號(hào)、頂點(diǎn)經(jīng)度、頂點(diǎn)緯度等信息。

多邊形：10個(gè)×9個(gè)頂點(diǎn)×(2+10+11)=2070字節(jié)(最大保存10個(gè)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(mǎn)足與MSP430系列單片機(jī)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 語(yǔ)音芯片及功放電路

為了縮短開(kāi)發(fā)周期，可考慮采用處理器內(nèi)部集成了完整的語(yǔ)音合成系統(tǒng)。以科大訊飛的語(yǔ)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T(mén)TL 電平，通過(guò)串口(UART) 接收上位機(jī)發(fā)送的命令和數(shù)據(jù)，命令和數(shù)據(jù)以幀的方式進(jìn)行封裝和發(fā)送，允許發(fā)送數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度為200個(gè)字節(jié)。語(yǔ)音芯片在接收到命令或文本合成完畢之后，通過(guò)串口TXD2向MCU發(fā)送反饋信息。MCU可以通過(guò)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(dāng)芯片READY信號(hào)腳處于低電平時(shí)，表明芯片處于待機(jī)就緒狀態(tài);處于高電平時(shí)，表明芯片正處于文本合成狀態(tài)。語(yǔ)音通過(guò)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(mǎn)足要求。

圖4 語(yǔ)音芯片原理框圖

3.5 其它外圍電路

由于國(guó)內(nèi)目前的車(chē)載GPS終端和計(jì)價(jià)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(chē)載終端和計(jì)價(jià)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(guò)3.3V~5V的電平轉(zhuǎn)換芯片為核心的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)連接，也可根據(jù)LCD模塊采用合適的解決方案。

4 結(jié)語(yǔ)

在車(chē)載GPS技術(shù)已經(jīng)十分成熟的今天，車(chē)載GPS系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是提供更友好的人機(jī)交互功能、更完善的服務(wù)。嵌入式漢字顯示終端通過(guò)串口即可實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)載終端的擴(kuò)展，為車(chē)載GPS終端提供友好的人機(jī)交互界面，以及個(gè)性化設(shè)置，大大方便用戶(hù)的使用，而且擴(kuò)展了車(chē)載GPS終端的功能和資源，能為用戶(hù)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(dòng)車(chē)載GPS系統(tǒng)的普及，促進(jìn)車(chē)載GPS系統(tǒng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[3]北京聚利科技有限公司. 計(jì)價(jià)器與車(chē)載終端GPS通信協(xié)議. 北京：北京聚利科技有限公司，2005