LPC2214的车载导航服务终端的硬件系统设计

GPS在中国已经有十几年的发展历程，但在民用领域却一直投有大的突破。最近几年，GPS民用的前景已经越来越清晰，用户需求正在上升。目前有两种应用被看好：一个是民用导航终端，特别是车载系统；男一个是基于手机的移动定位服务。  

导航是LBS(Location Based Services)应用在汽车上的主要方式。目前我国已经有汽车导航的实际应用，一种是“GPS接收机+简化版的GIS引擎+地图数据”的模式，通过GPS接收机获取定位信息，然后调用本机存储的地图，将定位信息映射到电子地图上实现导航功能。这种模式虽然比较方便快捷，但也有其自身的局限性，例如成本较高、地图资源不能共享、无法做到动态的地图更新。还有一种是“GPS接收机+GSM模块十短信业务”的模式，通过GPS接收机获取定位信息，以短信的方式将定位信息发送至控制中心，再通过GSM模块拨打中心电话，以语音方式得到导航信息。这种模式成本较低，信息准确，但短信一般有延时；实验表明在网络延时不大的情况下单向传输一条140字节的短信，传输延时为6s的累计概率为92．86％，而且打电话获取导航信息的速度太慢，操作也不方便。而这些问题通过与运营商已有的通用分组无线业务GPRS结合可以得到较好的解决。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁、少量的数据传输，也适用于个别的大数据量传输。因此，车载终端选用高性能的处理器，通过GPRS与信息中心通信，完全可以实现远程地图下载与自主导航。  

本文介绍了一种基于ARM处理器、支持GPRS、低成本的车载导航终端，并对其中所涉及的硬件设计方案给出了详细的描述。  

1 LBS系统模型与车载导航服务终端介绍  

1．1 LBS系统模型  

LBS系统主要由全球定位系统、移动终端、无线通信网络和信息服务中心组成，如图1所示。图中GPS卫星提供定位信息，是整个LBS系统得以实现的关键；移动终端主要用来获取位置信息，发出位置服务申请以及解读导航信息；G3SM通信网络用于实现移动终端和信息服务中心的通信；信息服务中心是定位服务系统的核心，负责与移动终端的信息交互和各个分中心的网络互连，完成各种信息的分类、记录和转发以及分中心之间业务信息的流动，并对整个网络进行监控。


  
1.2 终端功能  

本终端采用车用电源供电，接通电源后，各模块自动启动。该终端具有以下功能：GPS定位功能；远程电予地图实时下载；定位信息和地罔数据的实时显示；主控芯片可以进入掉电模式，降低功耗，按下相应功能键能够立即唤醒主控芯片。  

1．3 终端主要模块  

GPS模块采用瑞士u-blox公司的TIM-LH。该GPS接收器可以在天空视野有限的区域内提供动态条件下的精确导航，定位精度半径可达2．5m；有2个全双工串口，支持NMEA、RBX和RTCM串口协议。集成度很高，大小是25．4 mm×25．4mm，高度只有3mm。  
GPRS模块选用法国Wavecom公司推出的Q2406A。该模块支持900／1800MHz两种频带，所在频段功率分别为2W(900MHz)和1W(1800MHz)，支持WAP(Wireless Application Protocol)、IrDA 1．2A协议和GPRS；有AT数据集接口，支持数据、语音、短信、传真服务等，其数据下载速率可达53．6 khps，上传速率可达26．8 kbps。  

本终端使用ARM微处理器作为主控芯片，结合GPRS，实现实时地图下载与快速处理。LPC2214是Philips公司推出的基于ARM7TIDMI(Thumb)内核的16／32位微处理器，128位的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大速率时钟下运行；其高速计算能力为地图数据的快速处理提供了保障，性价比远高于普通单片机。LPC2214具有8／16／32位的外部存储器接口，可对4个外部存储器进行配置，每个存储器可达16 MB，为大量数据存储和嵌入式操作系统的下载提供了条件；而且该芯片具有功率控制模块，当暂时不需要导航时可使终端进入掉电模式，大大降低了功耗。另外，浚芯片有两个串口，内嵌片内可编程锁相环PLL，CPU最高工作频率可达60MHz。  

2 车载导航服务终端关键硬件设计与分析  

车载导航服务终端的硬件结构如图2所示，LPC2214的串口O与GSM／GPRS模块连接，串口l与GPS模块连接。液晶显示器(LCD)通过并行方式与ARM芯片连接，采用8位数据传输方式；键盘采用矩阵扫描的方式，由8根GPIO端口线控制。  


终端上电以后，通过软件设置登录GPRS；GPS模块接收到GPS数据后通过串口1自动向主控芯片发送；主控芯片收到GPS数据后选择需要的信息，并将定位信息显示在LCD上。需要周边地图信息时，按下相应的功能键，主控芯片扫描到键盘信号，将定位信息通过串口0传递给GSM／GPRS模块，并以短信的形式发送到信息服务中心，通过GPRS下载周边地图数据，主控芯片通过串口0读取地图数据，处理后在LCD上显示，实现自主式导航。