基于GPRS网络的GPS图形导航仪

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图2

　　本导航终端主要的功能如下：

　　① 终端用户进行当前所在地理位置的查询；
　　② 当获得了当前的地理位置信息后，在TFT液晶屏上显示出对应的地图区域；
　　③ 导航终端可对指定了网络服务器发送自身的相关信息，如地理位置、自身状态等；
　　④ 导航终端通过接收网络服务器发送的控制命令进行相应的控制；
　　⑤ 终端用户可以通过GPRS模块拨打电话。

　　系统的工作原理如下：

　　导航终端的核心控制部分是基于ARM7内核的AT91SAM7S64微控制器，其核心是对GPS接收模块的定位数据读取；对GPRS模块的控制，包括连接Internet、向网络监控服务器发送数据和读取服务器发送过来的数据；最后是针对Flash存储体的控制，通过对当前获得的地理位置信息，读取存储在Flash存储体中所存储的地图的对应部分，然后在TFT彩色液晶屏上显示出来。

　　其中，控制器对GPRS模块的控制是通过串行口UART0实现的，通过发送对应的AT命令实现对G20模块的控制，如连接Internet、向服务器发送信息和接收数据、拨打电话等。关键命令如下：

at+mipCAll=1,cmnet //建立一个无线GPRS链接
+MIPCALL: 10.103.201.135
　　　　//返回本地IP地址(注:当GPRS模块拨号上网后，会获得一个服务器提供的唯一IP，这里以10.103.201.135为例)
at+mipopen=1,2000,"10.103.67.30",3000,1
　　　　//打开一个SOCKET，本地端口为2000,目标IP地址为
　　　　//"10.103.67.30"
OK
+MIPOPEN: 1,1 //返回目标端口为3000，协议类型为UDP
at+mipsend=1,"41424344" //向服务器发送"ABCD"4个字母,这里以发送"ABCD"字//符为例，来代替所要发送的数据
+MIPSEND: 1,1367
OK//发送成功
at+mippush=1//准备接收数据
+MIPPUSH: 0
OK//接收数据成功
+MIPRUDP: 211.139.189.180,47280,1,5,5152535455 //接收到服务器发送来的数据"QRSTU"字符

　　对GPS模块的数据接收是通过串行口UART1实现的，通过设定GPS模块指定的波特率从模块的串行口获得定位数据。GPS通用的命令格式是NMEA0183，而最需要的关键信息是其中的一组定位信息。如果此时GPS接收机和卫星的通信正常，则可以接收到的定位信息的那组数据格式如下：

　　＄GPRMC,204700,A,3403.868,N,11709.432,W,001.9,336.9,170698,013.6,E*6E

　　数据说明如下：

　　＄GPRMC代表GPS推荐的最短数据;
　　204700 UTC_TIME代表24小时制的标准时间，按照小时/分钟/秒的格式;
　　A A或者 V A表示数据"OK"，V表示一个警告;3403.868 LAT纬度值，精确到小数点前4位，后　　3位N LAT_DIR N表示北纬，S表示南纬;
　　11709.432 LON经度值，精确到小数点前5位，后3位W LON_DIR W表示西经，E表示东经。

　　如果当前没有和卫星取得联系，那么字符串的格式为：

＄GPRMC,UTC_TIME,V,...

　　下面是一个例子：

　　＄GPRMC,204149,V,,,,,,,170698,,*3A

　　由于这里仅仅需要接收的信息为定位信息,即GPS推荐的最短数据，所以在接收GPS模块的数据时，只需要判断每行数据开头的关键字是否为"＄GPRMC"，如是，则接收下来。

　　最后是针对Flash存储体和TFT彩色液晶屏的控制。这里，CPU使用普通的SPI高速串行总线来驱动Flash存储体。可以从当地的勘测部门获得普通精度的数字彩色经纬地图，并将其存储到Flash存储体中，而用普通的I/O引脚来驱动TFT彩色液晶屏，将从GPS模块里获得的定位信息进行分析，然后通过处理，再在LCD上面显示Flash存储体中所存储的地图的对应部分。

3 系统软件设计

　　在整个GPS导航系统中，全套软件系统由用户软件、导航仪底层驱动软件和服务器端控制软件组成。这里，以导航仪底层驱动软件来说明整个系统的软件是如何设计和运作的。

　　整个导航仪底层驱动软件划分成若干个模块，由主模块和多个子模块组成。这里，使用了实时嵌入式系统μC/OS-II,其优点是功能强大，对系统资源的占用要求小，实时响应，而且可以很轻松地实现多个任务的调度。这里，将所有的子程序设置成不同的任务，如下：

　　① OSTaskCreate(SystemInit, (void *)0, (OS_STK *)&SystemInit[OSTaskStkSiz], 4);
　　//整个系统的初始化，作为第一个任务，包括对CPU、GPRS、GPS以及LCD的初始化工作
　　② OSTaskCreate(GPS_Get_Data, (void *)0, (OS_STK *)&GPS[OSTaskStkSiz], 5);
　　//将从GPS模块读取定位信息作为第二个任务
　　③ OSTaskCreate(GPRS_Send_Data, (void *)0, (OS_STK *)&GPRS_S[OSTaskStkSiz], 6);
　　//设置通过GPRS模块向指定的网络服务器发送数据作为一个任务
　　④ OSTaskCreate(GPRS_Get_Data, (void *)0, (OS_STK *)&GPRS_R[OSTaskStkSiz], 7);
　　//设置通过GPRS模块从指定的网络服务器接收数据作为另外一个任务
　　⑤ OSTaskCreate(LCD_Draw, (void *)0, (OS_STK *)&LCD[OSTaskStkSiz], 8);
　　//驱动TFT LCD让其显示对应当前地理位置区域的地图部分，作为整个显示部分的任务
　　⑥ OSTaskCreate(Flash_Drive, (void *)0, (OS_STK *)&LCD[OSTaskStkSiz], 9);
　　//驱动Flash存储体来读取对应地理位置信息的地图部分，从而为LCD显示部分作好准备

　　完成整个系统软件的模块化设计后，通过调用OSStart()函数让整个系统运行起来。从以上的软件组成说明，可以了解整个系统软件的工作流程如下：

　　① CPU通过GPS模块获得当前的地理位置信息。
　　② CPU利用刚才所获得的GPS定位信息，可以从Flash存储体中获得对应当前区域的地图部分，然后通过驱动TFT彩色液晶屏将其显示出来。
　　③ 如需要，CPU通过GPRS模块拨号连接上Internet后，将其所获得的定位信息发送到指定的网络服务器上，或接收从服务器上发过来的数据。
　　④ 接收到服务器的控制命令后，返回响应并采取相应措施，如停止GPS数据的接收，改变导航终端通过GPRS网络向服务器发送数据的周期等。

　　最终搭建成的导航系统如图3所示。

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