基于GPS的时标系统实现方法探究论文

基于GPS的时标系统实现方法探究论文（通用6篇）

篇1：基于GPS的时标系统实现方法探究论文

基于GPS的时标系统实现方法探究论文

摘要：介绍一种利用全球定位系统(GPS)并辅以复杂可编程逻辑器件，给高速数据采集系统中的采集数据帖上精确时间标签的方法。该方法显著地提高了时间标签的精度和可靠性。利用MAXPLUSII开发环境验证了设计方案的正确性。此设计方案已经成功地应用到自行设计的高速数据采集卡中。

关键词：全球定位系统(GPS)复杂可编程逻辑器件时间标签ADuC812

基于全球定位系统(GPS)的双端行波故障定位系统是利用行波的第一个波头到达线路两端的时间差来计算故障点的位置的。由于行波的传播速度非常快(约为光速的98%)，因此对行波波头到达线路两端时刻的时间精度要求非常高。在现场运行中，由于卫星信号调整、天线干扰以及GPS接收系统故障等原因，使得GPS接收系统可能在短时间内失步。这时不同厂站间GPS接收器发出的秒脉冲之间的相对误差可能达到几百μs。再者，相对于高速数据采集系统而言，单片机对时间的分辨能力很低，而且单片机不能直接得到故障发生时对应于静态存储器(SRAM)的确切地址。这两方面的因素都会大大降低时间标签的精度和可靠性，直接影响故障测距的精度，甚至导致定位失败。针对上述问题，对高速数据采集系统中精确时标的实现方法进行了探讨。

1全球定位系统

GPS是美国于1993年全面建成并运行的新一代卫星导航、定位和授时系统。电力系统中主要是利用GPS的精确授时特点。GPS接收器在任意时刻能同时接收其视野范围内4-8颗卫星信号，其内部硬件电路和处理软件通过对接收到的信号进行解码和处理，能从中提取并输出两种时间信号：(1)时间间隔为1s的脉冲信号PPS，其脉冲前沿与国际标准时间(格林威治时间)的同步误差不超过1μs;(2)经串行口输出的与PPS脉冲前沿对应的国际标准时间和日期代码。若以PPS信号作为标准时钟源去同步电网内运行的各时钟，则能保证各厂站时钟的高精确度同步运行。

2ADuC812

ADuC812芯片是美国AD公司推出的微转换器。它是一个完整的数据采集微系统，其组成为：一个8通道、5μs转换时间、精度自校准、12位精度、逐次逼近的ADC;两个12位DAC;10.5KB的闪存E2PROM;16位计数/定时器和32条可编程I/0接口的8051/8052微控制器;256字节的SRAM。由于ADuC812的特殊功能寄存器组中添加了一个DPP(地址为84H)，它与特殊功能寄存器DPH、DPL配合，使得ADuC812能够访问16MB的外部数据地址空间。ADuC812的内核是国内技术人员熟悉的Intel8051，应用开发比较方便。

3复杂可编程逻辑器件及MAXPLUSII开发平台

本设计选用ALTERA公司的MAX7000系列复杂可编程逻辑器件(CPLD)。其高性能和高密度是基于它先进的多重阵列矩阵架构。它采用E2CMOS工艺制作，传播延迟最小为3.5ns，可以实现速度高于200MHz的计数器，非常适合高速设计时应用。该公司推出的MAXPLUSⅡ软件是一款易于使用的开发工具，其界面友好、集成化程度高、兼容工业标准、支持FLEX等系列产品。CPLD要实现的逻辑功能一般是在MAXPLUSⅡ环境下通过硬件描述语言开发出来的，并能脱离硬件对设计方案进行仿真，在确认逻辑功能正确无误的情况下，通过并行口下载烧到CPLD中。CPLD在实际应用中有如下优点：

(1)以内部连线代替外部器件的连接，降低了噪声干扰，实现了线路互联的较短延时。

(2)可以在板编程，提高了系统的PCB设计和调试效率。

(3)在实际调试前，可由MAXPLUSⅡ开发平台对CPLD的逻辑功能进行仿真，确保了系统逻辑设计的正确性。

4GPS失步监测及时钟信号实现方案

对GPS的PPS失步监测是通过解读其有关输出语句报文信息来实现的。报文信息通常使用NMEA-0183格式输出，目前广泛使用V2.0版本，输出的数据代码为ASCⅡ码字符。在NMEA-0183的主要语句中，GPRMC为时间、定位和日期输出语句，其标准格式为：

$GPRMC,hhmmss.ss,a,ddmm.mmmm,n,dddmm.mmmm，w,z.z,y.y,ddmmyy,d.d，v*CC

每一项以逗号相隔，其中第一项为格林威治时间的时、分、秒信息;第九项为格林威治时间的日、月、年信息;第二项为定位数据是否有效信息，“A”表示有效，“V”表示警告或者数据无效。单片机通过解读此报文信息便可判断GPS是否失步。

在GPS接收器工作正常时(GPS接收器能接收到卫星信号)，由GPS提供秒脉冲信号。否则，由频率为20MHz的高精度恒温晶振(OXOF系列频率精度为1×10-8～1×10-9)和一个25位计数器临时替代GPS发出秒脉冲信号，使不同厂站间时钟偏差在一定时间内控制在要求的范围。时钟系统原理图如图1所示。

时钟系统工作过程如下：

(1)采用

Jupiter型GPS接收器，在秒脉冲信号前沿来临前先发报文。

(2)采用单片机(如AT89C2051)接收GPS串行报文数据，产生年、月、日、时、分、秒信号，并判断GPS即将发出的秒脉冲信号是否有效，从而控制P1.0口的状态。

(3)采用频率为20MHz的高精度恒温晶振驱动25位

计数器计数，当计数器计满1312D00H个数(时间为1s)时，计数器清零重新开始计数，同时在其输出口置“1”。当计数器计到7D000H个数(时间为25.6ms)时，在其输出口置“0”，产生秒脉冲信号。

(4)当单片机获悉GPS接收器跟踪到卫星信号时，P1.0口置“1”，与门(1)打开，与门(2)关闭，在与门(1)的输出口输出精确的秒脉冲信号，同时每一个秒脉冲信号上跳沿对25位计数器清零使之重新开始计数，为计数器提供精确的时间基准，以减少计数器的累计误差。

(5)当单片机获悉GPS接收器没有跟踪到卫星信号时，P1.0口置“0”，与门1关闭，与门2打开，由25位计数器临时产生秒脉冲信号。用MAXPLUSⅡ做仿真实验时，由于计算机资源不足，无法进行1秒钟的仿真实验，可以仿真1ms的情况。计数器计满4E20H个数(0000H-4E1FH)，时间为1ms。图2和图3反映的是同一次仿真的两个不同片断。

5精确时间标签的实现方案

时钟系统能保证在任何情况下产生个稳定的、高精度的秒脉冲信号，从而为高速数据采集系统中的采集数据贴上精确的时间标签打下坚实基础。

时标系统原理图如图4所示。高速ADC、地址发生器、地址计数器、计时器在时钟源CLK(5MHz)的同步下以统一的步调工作。在ADuC812初始化时，将P3.5置“0”，P3.4发出清零脉冲对地址发生器和地址计数器同时清零;当故障信号出现时，ADuC812将P3.5置“1”，计时器和地址计数器同时停止计数;暂态信号记录完毕后，ADuC812分时读出计时器中的值并将该数值保存在双口RAM中，此值即为精度为0.2μs的时间信息;A-DuC812分时读出地址计数器中的值并将该数值保存在双口RAM中，此地址的精确时间即为计时器中的计数值。这样，就为高速数据采集系统中的采集数据贴上了精确的时间标签。

时标系统工作过程如下：

(1)ADuC812初始化时P3.5置“0”，同时P3.4发出清零脉冲使地址发生器和地址计数器同步计数。ADuC812控制内部的A/D转换模块对经过调整的取自电流互感器二次侧的电流进行A/D转换。采用半波比较，在每个工频内采集36个点，分别用第n个点和第n+18个点、第n+1个点和第n+19个点比较，依此类推。如果大于事先设定的门槛值即认为故障已经发生，ADuC812将P3.5置“1”，计时器和地址计数器同时停止计数，计时器中的数据即为地址计数器记录的对应于SRAM相同地址的采集数据的`时间标签。由于高速ADC的转换频率固定(本次设计为5MHz)，所以，可以此为基准为整个SRAM中的采集数据贴上时间标签。

(2)当P3.5置“0”即STOP端口为低电平时，计时器在5MHz的时钟源下以相同的频

率计数。由于它是一个24位的计数器，从而确保了计时器能够记录一个整秒，并为一个整秒刻上了o.2ps(五而1丐面子：o.21xs)的最小刻度。时钟系统输出的PPS信号(或SECOND信号)的上跳沿给计时器清零，从而为计时器提供精确的时间基准，以消除计时器的累计误差。

(3)当P3.5置“1”即STOP端口为高电平时，计时器停止计数，在此状态下时钟系统输出的PPS信号(或SECOND信号)的上跳沿不能对计时器清零。

(4)地址计数器的工作过程与计时器的工作过程类似，唯一的区别是地址计数器的清零信号(CLR)是在初始化时由ADuC812的P3.4口发出的。由于地址发生器和地址计数器共用同一个清零信号，从而确保地址发生器和地址计数器中的计数值完全相同。同理，当STOP端口为高电平时，地址计数器也停止计数，在此状态下ADuC812发出的清零信号不能改变地址计数器中的计数值。

5)由于ADuC812是一种8位单片机，所以地址计数和计时器中的数据只能“分批”地送至双口RAM中保存。所以要设计锁存器、译码电路和总线隔离电路，避免总线冲突以及保证总线上的数据能正确无误地传递。在本次设计中;当ADuC812的特殊功能寄存器DPP高3位的值为“00H”时将计时器的高8位数据通过A-DuC812送至双口RAM中。依此类推，当特殊功能寄存器DPP高3位的值为“05H”时将地址计数器的低8位数据通过ADuC812送至双口RAM中保存。当特殊功能寄存器DPP为其它值时释放数据总线，便于ADuC812进行其它操作。其仿真结果如图5所示。

本文对GPS失步后的补救措施及给高速数据采集系统中的采集数据贴上精确时间标签的方法进行了详尽的叙述和仿真，得出如F结论：

(1)在高频恒温晶振的精度得到保证的前提下，时钟系统产生的秒脉冲信号能满足实际应用的要求。

(2)设高速ADC的转换频率为5MHz，时标系统能为存人SRAM中的转换数据贴上精度为0.2μs的时间标签。

(3)通过CPLD间接地实现了“低速”的单片机系统对高速数据采集系统的实时监视。

篇2：基于GPS的时标系统实现方法探究论文

在水下定位技术方面,目前普遍使用长基线、短基线和超短基线等水下声定位系统。但由于这些系统在布设、校准和维护等方面都比较困难,费时耗资,灵活性差,不能机动,作用范围有限,无法满足水下航行器的导航、以及高精度水下绝对定位的要求[1]。惯性导航系统(INS,以下简称惯导)是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。但是也存在以下缺点:(1)定位误差随时间而增大,长期精度差;(2)每次使用之前需要较长的初始对准时间;(3)设备的价格较昂贵。法国ASCA公司开发了全球第一套水下GPS目标跟踪系统用于水雷对抗、水下搜救和水下哑弹爆破,近期又利用该项技术进行海洋水下导弹试验和水下军事平台建设。文献[2]提出了一种基于GPS的水下高精度立体定位导航系统,主要对系统组成、主要功能和应用前景进行了介绍,但未对系统的总体误差进行分析。

本文在探讨GPS定位原理和水下超声定位原理基础上,将文献[2]给出的系统进行简化,提出了一种基于GPS导航卫星实现水下定位的实现方法,通过分析GPS定位误差,以及水下定位误差,得到了这种定位方法的总体误差,证明了这种方法的有效性。

1系统总体构成

1.1卫星导航系统现状

目前,主要的卫星定位系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO和中国的北斗卫星导航系统。

GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务,并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等军事目的。到1994年3月,全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座即已布设完成。

GLONASS系统由24颗卫星组成,精度在10 m左右,军民两用,设计到2009年底服务范围拓展到全球。

GALILEO系统是欧盟一个正在建造中的卫星定位系统,它的基本服务有导航、定位、授时,特殊服务有搜索与救援,将从2014年起投入运营。

北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统,已成功发射九颗北斗导航卫星。预计在2012年建成区域性导航系统,在2020年左右建成全球卫星导航系统。

上述卫星系统均能够成为基于导航卫星实现水下定位的天基部分,但就目前各系统的可用性,以及相关设备使用的普及型而言,GPS导航系统是其中佼佼者。因此,本文立足GPS系统构建一个水下定位系统。

1.2基于GPS水下定位系统组成

系统主要由GPS卫星星座、水上GPS浮标、安装于水下用户的超声波接收器组成。其中,水上GPS浮标安装有GPS接收机和超声波信号发生器。系统具体结构如图1所示:

系统工作时,水面GPS浮标通过接收GPS信号进行精密定位,获取准确位置,同时作为水下用户的定位信号源,利用超声波发出定位信号,与GPS卫星定位同理,须使用4个浮标为水下用户提供定位信息。

具体工作流程为:

(1) 水下用户发出定位请求;

(2) 水面GPS浮标对信号进行精确时延估计,将结果会同GPS定位数据等信息进行解算;

(3) 水面GPS浮标将解算结果发给水下接收装置;

(4) 水下用户利用上述信息解算出自己位置。

2用户定位原理

从上述分析可以看到,水下用户定位过程包括水面浮标的GPS定位和水下用户的超声波定位两个过程。

2.1GPS定位原理

2.1.1 利用到达时间测距

假定有一颗卫星正在发射测距信号。卫星上的一个时钟控制着测距信号广播的定时。这个时钟和星座内每一颗卫星上的其他时钟与一个记为GPS系统时的内在系统时标有效同步。用户接收机也包含一个时钟,暂定其与系统时同步。定时信息内嵌在卫星的测距信号中,使接收机能计算出信号离开卫星的时刻,由此,可计算出卫星至用户的传播时间。将其乘以光速便求得卫星至用户的距离R。将把用户定位于以卫星为球心的球面上的某一地方。

当利用三颗卫星进行上述过程,便将用户同时定位在三个球面上,易知三球交于两个点。然而,其中只有一个是用户的正确位置。对于地球表面上的用户来讲,显然离地面最近的一点是真实位置。

2.1.2 确定卫星到用户的距离

确定矢量u,代表用户接收机相对于ECEF坐标系原点的位置。用户坐标xu,yu,zu未知。矢量r表示用户到卫星的偏移矢量。在ECEF笛卡尔坐标系中卫星位于坐标xs,ys,zs。矢量s代表卫星相对于坐标原点的位置。矢量s由卫星广播的数据计算。卫星距用户矢量r是

r=s-u (1)

矢量r的幅值为:

‖r‖=‖s-u‖ (2)

Tu表示接收机时钟与系统时之间的偏移,δt表示卫星时钟与系统时之间的偏移,c为光速,Δt为传播时间。

几何距离为:

r=cΔt (3)

伪距为:

ρ=r+c(Tu-δt) (4)

2.1.3 用户位置的计算

由上述内容可得方程组

$\rho {}_i=\sqrt{(x{}_i-x{}_u){}^2+(y{}_i-y{}_u){}^2+(z{}_i-z{}_u){}^2}+ct{}_u$;

i=1,2,3,4 (5)

式(5)中未知量为xu,yu,zu,tu。带入其余数值,可以计算得出。

2.2水下定位原理

声波可在水下传播,超声波是水下测距的重要手段。振动频率高于20 kHz的声波称之为超声波。超声波具有方向性强、反射性强和功率大的特点,因此超声技术的应用几乎遍及工农业生产、医疗卫生、科学研究及国防建设等方面。超声波是一种弹性机械波,它在水中可实现远距离传播,所以在声纳、超声波鱼群探测仪等方面得到了广泛的研究和应用,本文水下定位采用的即为超声波技术。

由GPS浮标接收到GPS信号后,系统及时计算出浮标位置,借助超声波发给水下用户,水下用户通过类似于GPS定位原理的计算,得出自己位置。

2.3其它问题

在实际进行水下定位时,还须考虑卫星发射电磁波的能量问题,水下用户的防水工艺问题,以及水面风浪产生误差等,因篇幅关系,本文不对上述误差进行更进一步地探讨。

3误差分析

3.1GPS误差精度分析

为了分析各种误差对精度的影响,通常要作一种基本的假设,即将误差源归属到卫星的伪距中,并可看成伪距值的等效误差。伪距值的实际精度称为用户等效距离误差(UERE)。对于某一颗给定卫星来说,UERE被视为与该卫星相关联的每个误差源所产生影响的统计和。

由GPS确定的位置/时间解的精度最终表示为几何因子与伪距误差因子之积。

在适当假设的条件下,伪距误差因子即卫星的UERE,几何因子表示卫星/用户的相对几何布局对GPS解的误差的复合影响。一般地,将它称为与卫星/用户几何布局相关联的几何精度因子(DOP)。

系统总UERE由来自每个系统区段(空间段、控制段和用户段)的分量组成。这种预算是在用单频测量值或双频测量值测定电离层延迟的条件下预定的(本文讨论的是双频测量)。对这些误差分量取平方和的平方根(RSS)以形成系统总UERE。

表1示出了对典型的当前UERE预算所做的估计值,双频用户可利用技术几乎完全消除由电离层延迟引入的误差。

DOP概念的意思是,由测量误差引起的位置误差取决于用户与卫星仰角之间的相对几何布局。在GPS中,精度因子参数是由cov(dx)各分量之和与σUERE之比来定义的。在计算DOP时进行了以下两点假设:

(1) 用户/卫星几何布局被认为是固定的。

(2) 在cov(dx)和dx的规范中使用的是本地用户坐标系。即,正x轴指东,y轴指北,z轴指天。

则有如下公式存在:

在SA政策取消后,全球范围内双频PPS三维位置误差日均全球性能为4.5 m(95%)[4]。

3.2水下定位误差分析

经探测,浮标至水下接收机的距离为l,声速为v,发射到接收间隔时间为t,有:

l=vt (7)

对式(7)两边微分,得

dl=tdv+vdt (8)

则易得,水下定位的精度是由时间和声速两个参数的精度决定。如将v看作常量,则上式简化为

$\text{d}l=v\text{d}t=\frac{v}{f}$ (9)

由于在水下,受到海水干扰,声波分辨率约为100 μs,而声波在海水中的速度约为1 531 m/s(25 ℃),所以水下误差约为0.15 m。由于各GPS浮标之间相互独立,故总误差应是其平方和的平方根。

$\sigma =\sqrt{\sigma {}_1^2+\sigma {}_2^2+\sigma {}_3^2+\sigma {}_4^2}=0.3\text{m}$ (10)

即水下定位的平均误差约为0.3 m。

3.3系统总误差分析

系统产生误差的原因有很多,例如水上风浪误差、由于水温变化造成水中声速不稳定产生的误差、机器设备的仪器误差等,本文的主要目的是阐述水下定位的系统模型,并进行简要的误差分析,故暂且忽略上述误差源,仅作大体误差分析。

由于确定水面GPS浮标位置的过程与确定水下用户的过程相互独立,所以有

σ总$=\sqrt{\sigma {}_{\text{浮}\text{标}}^2+\sigma {}_{\text{用}\text{户}}^2}=4.51\text{m}$ (11)

显然,这个误差是在用户可接受范围内。

4结束语

本文在探讨GPS定位原理和水下超声定位原理基础上,提出了一种基于GPS导航卫星实现水下定位的实现方法,通过分析GPS定位误差,以及水下定位误差,在假设水面GPS浮标定位过程与水下用户定位过程相互独立基础上,计算了总体定位误差,计算结果表明:总体定位误差为4.51 m,这对于例如水下搜救等绝大多数民用功能,和水雷对抗、和水下哑弹爆破等部分军用需求是比较有效的[5]。

参考文献

[1]张红梅,赵建虎,杨鲲,等.水下导航定位技术.武汉大学出版社,2010

[2]王泽民,罗建国,陈琴仙,等.水下高精度立体定位导航系统.声学与电子工程,2005;2:1—3

[3] Taylor J,Barnes E.GPS current signal-in-space navigation perform-ance.Proc of the Institute of Navigation National Technical Meeting,San Diego,A,January 2005

[4] Elliott D,Hegarty J.Understanding GPS principles and applications,second edition.Beijing;Publishing House of ElectronicsIndustry,2007

篇3：基于GPS的时标系统实现方法探究论文

关键词：App Inventor；Android GPS定位技术；课堂点名应用；计算距离

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2016）08-0087-03

随着我国高等教育规模的扩大，在校大学生的整体素质呈现下滑趋势，逃课现象普遍存在，严重影响着高等学府的学习氛围以及学生自身素质与专业水平。课堂点名作为高校课堂教学管理的有效手段，虽然是缓解这一问题的有效途径，但对人数较多的课堂，逐一点名却占据了一部分有效的教学时间。那么，如何实现精准、迅速、同步的课堂点名，成为高校教师面临的棘手问题[1]。部分学者研究通过短信猫[2]接收学生短信，或者通过指纹鉴别技术[3]采集到课学生的指纹等，达到课堂点名的目的，这些课堂点名方式均占据部分教学时间，不是真正意义上的自动化点名。随着信息技术的发展，尤其是GPS定位技术的出现，如果每个学生走进教室之后就将自己的GPS坐标共享给教师，教师就可以轻松确定学生的出勤情况了。基于App Inventor的GPS课堂点名应用，节约了有效的教学时间，减少了对正常教学秩序的干扰，具有很强的实用性。

一、相关概念

1.App Inventor平台简介

App Inventor是一款由谷歌公司开发的可视化的编程工具，用于开发Android平台的移动应用。利用基于Web的图形化用户界面生成器，可以设计应用的用户界面，然后像“玩拼图”一样，将“块语言”拼在一起，来定义应用的行为。App Inventor具有操作简单、开发环境搭建容易、应用开发过程方便、开发周期短等特点[4]。

2.Android GPS定位技术

全球定位系统（Global Positioning System）是一个由覆盖全球的24颗卫星组成的卫星系统，该系统可以保证任意时刻、在地球上任意地点都可以同时观测到四颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度与高度，实现导航、定位等功能。目前，移动设备都内置了GPS模块，在网络连接建立后，移动设备利用Android GPS定位技术，主要通过GPS模块接收卫星发送的位置信息，同时对定位数据（包括经纬度、时间等）进行解析，最终实现用户手机的导航、定位等相关应用。App Inventor作为基于面向对象的编程平台，提供了定位服务的API，可以获取用户当前的位置信息，实现移动设备的实时定位。

二、应用分析

传统课堂点名是教师打印出学生名单，按照名单上的信息逐一确认，这种点名方式不仅耗费太多课堂时间，而且无法分辨出是否有人帮忙答到[5]。随着信息技术不断发展，各类移动设备（智能手机、iPad等）迅速普及，对于在校大学生而言，智能手机已经成了他们时刻随身携带的学习生活必备品，利用智能手机确定学生的出勤情况，比传统点名方式简单有效。基于App Inventor的GPS课堂点名应用是利用手机GPS定位技术，在App Inventor图形化编程环境下设计并实现的系统。因为本应用需要采集教师与学生的位置信息并计算二者间距离，根据距离值判定学生出勤情况，所以本应用需要同时具备学生端和教师端两部分。学生端完成教师与学生之间的距离计算并共享距离信息，教师端完成教师位置信息共享和到勤学生位置信息的获取，通过教师和学生位置距离的计算和比较，实现课堂点名的自动化。

三、应用设计与实现

基于上述分析，基于App Inventor的GPS课堂点名应用由学生端和教师端两部分构成，以下分别从组件设计和逻辑设计介绍学生端和教师端应用的设计与实现。

1.学生端的设计与实现

（1）学生端的组件设计

App Inventor是一个可视化、可拖拽的在线编程工具，应用所有组件和块结构都是从组件工具栏和“块”所在“抽屉”直接用鼠标拖拽到界面中的。

组件设计是应用程序界面的接口，对组件的设计也是对用户界面的设计。应用的组件由可视组件和非可视组件组成：课堂点名应用的可视组件包括一个文本框，用来获取学生的姓名；一个标签，用来显示学生的地理位置和时间信息；三个按钮，分别用来记录学生位置信息、获取教师位置坐标并与学生的位置坐标计算二者间距离、以及共享学生与教师之间的距离信息；一个垂直布局，用来安置可视组件；一个水平布局，用来安置三个按钮。非可视组件包括一个位置传感器，用来获取当前位置信息；一个计时器，用来获取当前时间信息；一个网络微数据库，用来存储教师的位置信息和学生与教师之间的距离信息等。

对学生端的组件进行如下设置：文本输入框的提示为“请输入你的名字”；标签的文本为“我的位置”，字号为30；按钮的文本为“定位”、“计算距离”和“共享”，字号为24；垂直布局的水平对齐和垂直对齐为居中，高度和宽度为充满；设置水平布局的水平对齐和垂直对齐为居中，高度为自动，宽度为充满；网络微数据库的服务器地址为http：//tinyWebdb.17coding.net。

（2）学生端的逻辑设计

在学生端组件设计完成后，需要为每个组件添加相应的行为。

首先，显示学生当前的位置。当定位按钮被点击时，首先要用到两个全局变量x1，y1，变量x1表示学生位置坐标的纬度，y1表示学生位置坐标中的经度，将调用位置传感器获取到的当前位置的经纬度分别赋值给x1，y1。一般从位置传感器获取读数时需要几秒钟的时间，但如果GPS卫星信号受到屏蔽或者设备并未开启GPS设置，会一直没有读数。然后调用计时器获取当前时间，并设置日期时间格式为“yyyy/MM/dd＼nahh：mm：ss”，再获取变量x1，y1的值，将位置信息和时间信息合并文本后显示在标签中。

其次，计算学生与教师之间的距离。地球是一个近乎标准的椭球体，它的赤道半径为6378.140千米，极半径为 6356.755千米，平均半径6371.004千米。假设地球是一个完美的球体，它的半径就是地球的平均半径，记为R。如果以0度经线为基准，那么根据地球表面任意两点的经纬度就可以计算出这两点间的地表距离（这里忽略地球表面地形对计算带来的误差，仅仅是理论上的估算值）。假设两点都在北半球，第一点A的经纬度为（x1，y1），第二点B的经纬度为（x2，y2）。根据三角推导，可以得到计算两点距离d的如下公式：

这个公式中，R和d单位是相同的，如果是采用6371.004千米作为半径，那么d就是千米为单位，如果要使用其他单位，比如米，还需要做单位换算1千米=1000米。

当计算按钮被点击时，分别调用网络微数据库获取教师位置信息的经度和纬度，根据获取到的数值的标签判断，标签为teacherx就将其数值赋值给变量x2，表示教师的纬度，标签为teachery就将其数值赋值给变量y2，表示教师的经度。根据上述公式计算教师与学生之间的距离，并将距离值加上单位设置为标签文本。

在计算距离过程中，除了涉及全局变量x1，y1之外，还需要x2，y2，p，d，A，B这几个局部变量。定义变量x2表示教师位置坐标中的纬度，y2表示教师位置坐标中的经度，变量d表示学生和教师之间的距离值，p、A、B分别是为方便公式计算使用的三个变量，其中p=■（π取3.1415926），A=（y2-y1）*P，B=（x2-x1）*p。从网络微数据库获取数据与本地数据计算两点间的距离的逻辑设计代码如见图1。

最后，共享学生与教师的距离信息。点击共享按钮后，先判断文本输入框内的文本是否为空。如果为空，则在标签文本中提示“请输入你的姓名”，否则调用网络微数据库，以文本输入框内输入的学生姓名为标签，变量d和计时器调用的当前时间的合并文本为存储值保存起来。变量d表示的距离单位为米，当前日期时间格式为“yyyy/MM/dd ahh：mm：ss”。调用网络微数据库保存数值时，保存成功后提示“共享成功”。

2.教师端的设计与实现

（1）教师端的组件设计

教师端包含下列可视化组件：一个标签，用以显示教师的位置信息；三个按钮，分别用来定位教师的坐标、扫描学生的坐标显示在列表中、以及清空列表；一个列表显示框，用以显示每个学生的到课信息；一个水平布局，用来安置三个按钮。非可视组件包括如下：一个位置传感器，用来获取当前位置信息；一个网络微数据库，用来存储教师的位置坐标和学生与教师之间的距离。

对教师端组件的属性进行如下设置，screen1的水平对齐为居左，垂直对齐为居上，允许滚动为真；标签的文本为“我的位置”，字号为24；按钮的文本为“定位”、“扫描”和“清空”，字号为18；水平布局的水平对齐和垂直对齐为居中，高度为自动，宽度为充满；最后设置网络微数据库的服务器地址。

（2）教师端的逻辑设计

教师端组件设计完成后，需为组件添加如下行为：

第一，显示教师位置信息。当定位按钮被点击时，调用位置传感器获取当前位置的经纬度，将其分别赋值给变量x2，y2，并以teacherx、teachery为教师的经纬度标签，x2，y2为教师的经纬度存储值保存到网络微数据库，并将变量x2，y2所表示经纬度的合并文本设置为标签文本。

在教师端中，也使用网络微数据库，当网络微数据库保存数值成功时，提示“共享成功”；当网络微数据库发生Web服务故障时，提示错误信息。教师端的定位、共享和显示教师位置信息的逻辑设计代码如图2所示。

第二，扫描学生与教师之间的距离。当扫描按钮被点击后，以学生姓名为标签，调用网络微数据库获取每个学生与教师之间的距离值，成功获取到距离值后，设全局变量list为空列表，将每个标签和距离值的合并文本添加到列表中第一个列表项的位置，设置列表显示框的元素为变量list，列表显示框的字号为22等。

四、问题分析与优化

1.应用存在的问题

笔者在课堂点名应用测试阶段发现存在如下问题：

（1）手机定位提示，影响用户体验

当第一次打开应用时，会出现询问“某应用正在尝试通过网络或者卫星对您的手机定位，接受还是拒绝”的消息，点击允许后应用才能调用系统的GPS功能；如果学生点击拒绝，课堂点名应用就不能统计该学生的位置信息。

（2）应用程序数据，面临覆盖可能

课堂点名应用所用的网络微数据库的服务器是公用的，可能发生应用数据被别的应用数据覆盖的情况。学生端和教师端相关的数据都应该同时存储在本地微数据库中，在应用关闭或卸载之后，数据不会随之丢失。

2.应用优化

（1）学生端的优化

在学生端应用上，为了防止替代他人作弊共享位置信息的行为，应用程序应该只允许学生输入一次姓名。同时，程序还应该将获取到的位置信息存储在本地微数据库中，从本地微数据库将数据共享至网络微数据库，防止学生关闭应用后丢失数据还需要重新获取数据。

（2）教师端的优化

在教师端应用上，应该将从网络微数据库中获得的学生距离信息存储在列表中，并将列表存储在微数据库中，在应用打开后，直接从微数据库中获得数据，显示在列表显示框中，防止教师关闭应用后丢失数据还需要重新获取数据。在显示学生的位置信息时，应再做一次判断，若某个学生的距离值在某个范围内且时间在当前某时间段范围内，就判断他出勤，否则判断为旷课。教师端应用还需继续完善，例如添加一项将学生的历史数据导出为文件的功能，供教师查阅和统计学生出勤的情况。

目前，本应用的开发阶段已经基本完成，正处于应用测试阶段。在测试阶段，我们重点搜集用户的反馈信息并进行调整和完善代码。同时，如何解决用户体验和数据库存储的限制等问题，将是下一阶段的研究重点。

参考文献：

[1]杨洪章，高培成，何飞等.基于S3C2410嵌入式“课堂点名系统”的研究与开发[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2011，11（3）：29-31.

[2]唐明伟，庄玉良，蒋勋等.基于短信猫的课堂自动点名系统[J].现代教育技术，2013（10）：115-120.

[3]Saraswat C， Kumar A. An Efficient Automatic Attendance System using Fingerprint Verification Technique[J]. International Journal on Computer Science & Engineering，2010，2（2）：264-269.

[4]郭守超，周庆国，邓常梅等.基于App Inventor 的移动学习探究[J].现代教育技术，20014（9），121-125.

[5]李颖.基于WPF的课堂教学管理系统研究与设计[J].技术在线，2011（24）85-87.

篇4：基于GPS的时标系统实现方法探究论文

1 GPS监控系统概述

GPS是全球定位系统, 早在上世纪80年代初, 我国部分科研单位就开始着手研究该技术。GPS监控由传输网络、监控平台、GPS终端组成三层联网式综合监管系统, 能实现图像实时无线传输、呼叫指挥及事故快速响应。传输网络主要依靠固定IP外网服务器及内网综合服务器[1], 服务于GPS终端上传的数据存储;监控平台核心是调度指挥系统, 能实现音视频双向交互指挥, 并可遥控GPS前端摄像头对图像进行实时抓拍;GPS终端一般安装在车辆内部, 主要由汽车防盗器、通话手柄、主机、摄像头等设备组成。

GPS车辆监控系统由定位系统、通信部分及监控部分组成, 为用户提供完善的服务。随着科技的发展, GPS监控系统在各行业的应用都相当广泛。如:交通行业、事故救援、农业发展等。GPS技术在交通行业中的应用最为常见, 也最为重要。GPS技术在车辆监控导航方面发挥了重要作用, 监控中心可以通过该监控系统掌握车辆行车动态、行车速度及车辆位置。尤其是在交通事故当中, 监控设备的应用能很快帮助人们了解整个事故发生经过, 从而正确判断出违法交通规则的肇事车辆[2]。GPS定位技术在事故救援中起到重要作用, 尤其是在条件恶劣的沙漠、海洋中, 救援人员可以通过GPS来寻找需要帮助的人们。

2 GPS监控系统设计原则

GPS监控系统设计必须遵循可靠性原则、先进性原则、可扩展性原则、多样性原则、实用性原则、安全性原则。

GPS监控系统设计的可靠性原则主要表现在中心系统可靠性及硬件系统可靠性, GPS监控系统的设计必须遵循可靠性原则, 充分保证系统工作的稳定。GPS监控系统设计必须集数据通信技术、计算机网络技术、GPS技术为一体, 系统设计必须利用模块化系统集成技术, 充分满足当前业务需求, 使系统具备扩充性、开放性、兼容性[3]。GPS监控系统必须具有良好的扩展性, 既能支持不同的无线通信协议, 又能扩大系统监控范围。信息数据的采集设备包括现场设备与现场控制机械, 现场控制机械的主要作用就是对现场数据进行实时采集。在应用上主要是将信号发射监控管理与数据库组合在一起, 从而达到实现其功能扩展的目的, 监控系统的设计应采用模块化结构[4], 增加用户服务终端数量与接入调度服务分支机构, 充分保证系统功能的扩展。监控系统必须遵循安全性原则, 对系统实行严格权限管理, 采用物理网络安全措施, 如:防火墙、物理网络隔离等, 充分确保监控系统的可靠运行, 保障用户各类信息的安全。

3 车载监控系统研究分析

3.1 GPS车载监控系统硬件分析

GPS车载监控系统是由监控部分、通信部分及定位部分组成。当前车载移动终端的硬件主要由车载计算机系统及无线调制解调器构成, 监控中心可以通过调制解调器拨号方式了解情况, 对复制数据进行有效处理。车载信息处理终端由多种硬件构成, 包括:系统中央处理单元、GPRS单元、USB Host设备、GPS接收机等。当前车载信息处理终端部分采用英特尔嵌入式CPU芯片, 该芯片具有ARM核处理器, 处理能力强;GPRS主要采用Wave com的Q2400系列, 该系列虽然不支持通信复用协议, 但其支持传真、语言、数据等功能充分满足了用户实际需求;USB Host设备主要采用飞利浦ISP1161 USB芯片, 在设计中考虑了移动存储设备发展需求。

3.2 GPS车载监控系统分析软件

GPS接收机主要采用天线一体化接收机, 其数据更新率极快, 能输出二进制格式数据, 满足车辆监控定位系统要求, 简化整个系统设计。车辆安全信息管理系统软件结构分为服务层、应用层及通信层, 具有良好的通用性、实用性。

4 结语

随着科学技术的日益发展, GPS技术在各行各业中的应用逐渐广泛起来, 救援人员可以利用它找到事故发生位置, 将遇难者及时救出。网络技术的先进在一定程度上提高了相关部分紧急事件的处理效率, 尽管我国对GPS技术的研究不够深入, 但相信随着科技的发展, 我国在网络安全防护技术上一定会取得更大的进步, 确保网络的良好运行。

摘要：随着我国社会经济的不断发展, 高新技术的运用在人们的生活中越来越多。GPS监控系统的应用非常广泛, 但是如果在车辆上装置GPS设备, 其成本太高。所以, 将移动终端当作成查询信息以及GPS定位的监控系统。本文将以某班车的GPS监控系统为例, 对此系统的功能以及结构进行相应的介绍。

关键词：移动终端,GPS监控,定位,实现

参考文献

[1]卜峰, 李传江, 李欢, 陆雍南.基于GPS/GPRS的客车远程监控系统设计与实现[J].计算机测量与控制, 2014 (01) :79-81.

[2]潘盛辉, 谢荣芳, 杨叙, 何际辑.基于GPS/GPRS的车载监控终端系统设计[J].广西科技大学学报, 2014 (01) :70-73.

[3]李海胜, 姚存治.基于移动终端的GPS监控系统设计与实现[J].漯河职业技术学院学报, 2014 (02) :34-35+38.

篇5：基于GPS的时标系统实现方法探究论文

随着当前社会经济的快速发展, 对土地需求量不断增加[1], 如何合理利用、开发和保护土地资源、保护耕地资料是目前国土资源管理部门的重要任务[2]。土地执法巡查是国土资源管理日常工作之一。国土资源管理部分通过现场踏勘、土地利用现状调查、地质灾害发现治理、土地利用现状调查、违法违章建筑查处等手段, 为国土管理后续相关决策提供重要支持[1]。目前, 我国的土地巡查大部分还是采用传统人工作业方法即:巡查人员携带纸质的图件和巡查表格, 数据主要依靠勘测人员在现场手工记录为主[3], 这就造成数据收集不便、汇总整理需要人工录入电脑、无法现场对图纸进行绘制、耗费很多时间, 效率低下。有部分地区使用GPS/PDA开展土地巡查工作, 但由于PDA容量有限, 不能存错足够的数据:遥感影像图、矢量图以及土地利用规划图、审批数据等, 使得不能实现完全的内外业一体化。本文提出了利用GPS和平板电脑等技术建立土地巡查信息系统以更快速实现土地实时动态监测, 内外业一体化。

1 总体技术框架

主体部分基于windows平台进行开发, 采用Microsoft Visual Studio.NET2005开发软件, 以嵌入式平板电脑为载体, 以嵌入式GIS为核心, 基于Arc GIS Engine开发GIS功能, 通过Web Services进行各功能模块间的通信。采用Oracle和Arc SDE管理数据库。

该系统主要为土地巡查外业数据采集, 系统硬件有平板电脑、高精度GPS模块、PC机, 平板电脑和高精度GPS用于土地巡查核查数据的采集、分析、归档管理等。

2 系统功能模块及关键技术的研究

2.1 系统模块功能

集成GPS/平板电脑的土地变更调查数据采集系统, 主要划分为基于基础地理信息定位导航、地图管理、数据处理、数据输出、数据通讯传输模块, 基本功能主要如图1所示。

(1) 基于基础地理信息定位导航模块。该模块可通过平板电脑外置高精度GPS模块以及事先导入该系统调查区域的遥感影像图以及矢量图, 可实现基于这些基础地理信息进行导航定位, 精度较高。

(2) 地图管理模块。该模块包括图层数据操作、地图基本操作、并能根据图斑号实现地块的快速查询:实现图层数据的分层显示以及查询和管理, 并能实现放大、缩小等功能。

(3) 数据处理。该模块包括坐标解算、坐标转换、数据采集、数据导出、统计查询。能实现的功能有:实现GPS数据接收到的 (L, B) 转换为 (x, y) , 并实现WGS84坐标向任意平面坐标系的转换;根据实时接收到的GPS点位信息, 记录各图斑、点、线状地物的拐点信息以及各项属性信息, 根据拐点采集顺序系统可连接成图斑亦可手工连接成图斑;对形成的图斑与基础数据叠加对比分析, 现场确认出该图斑用地信息;将这些信息可以到存档管理以便后期统计查询。

(4) 数据输出。该模块主要包括报表输出、信息归档。主要功能有:对采集分析后的数据生成报表并输出、对外业采集的信息进行存档管理。

(5) 数据通讯传输。将采集的信息, 利用3G等技术传送到内业 (监控中心) , 亦可接收内业 (监控中心) 发出的要求和结果;从而实现与内业监控中心系统数据通讯。 (图1)

2.2 关键技术的实现

2.2.1 GPS信号获取和处理

GPS定位信息可以通过平板电脑和GPS卡串行通信来读取, 同时平板电脑由于容量大、运行快、便于携带, 这样更便于现场操作, 这样利用平板电脑完成与GPS通信和信息处理就更显示出优势。通过平板电脑和GPS-OEM主板的串口或并口实现平板电脑与GPS模块数据接口。由平板电脑向GPS-OEM主机读取数据、对OEM主板实现控制, 以及对GPS电文数据进行解算的过程。通过设计独立的由数据采集系统主程序控制, 向OEM的COM口发送GRIL语言指令, 控制OEM, 实现平板电脑与GPS-OEM板的数据通讯、控制、电文信息提取和时段GPS数据的实时存盘。本文在Windows开发环境下, 采用Supermap Objects与微软公司的visual studio2005开发工具进行开发, 系统可运行在Windows为操作系统的平板电脑或者电脑上。计算机将gps模块认成一个com口, 代码连接到com口, 用正确的比特率解析, 读取GPS信息部分代码如下:

GPS信号接收和处理过程:

(1) 启动与停止GPS通信需要通过打开文件来打开串口, 并对其进行相关参数配置; (2) 在成功打开并设置通信口后, 创建一个系统定时器事件, 通过事件触发方式进行接收处理; (3) GPS接收机只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的GPS导航定位信息通过串口传送到计算机中, 必须通过程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来, 将其转化成有实际意义的, 可供图斑变更使用的定位信息数据; (4) GPS坐标转换:上述解析出的GPS点位数据是基于WGS-84地心坐标系 (L, B) , 而土地巡查成果要求是基于本地高斯平面坐标系统 (x, y) , 就这需要将大地坐标 (L, B) 转换为本地高斯平面坐标 (x, y) 。GPS通讯信号模块与分析模块流程图2。

2.2.2 图斑采集与分析

该系统中另一关键技术是图斑采集与分析技术:图形数据、属性数据等采集以及所采集图斑与土地规划图、审批图等比对分析等。图形数据根据GPS模块获取的图斑拐点坐标可以根据拐点序号自动绘制也可以人工手动绘制形成图斑。属性数据主要包括:地类名称, 权属性质、坐落、实际用途等属性信息, 这些属性数据则由实地巡查核查者将实际调查信息输入系统;将现场采集的图斑与底图 (土地利用现状数据、土地规划图、审批图等) 数据叠加分析, 现场判断出该图斑是否为违法违章用地以及占用原各地类面积分别是多少。

3 应用实例

以某区域某一个新增厂房为例。通过土地巡查发现某一新增厂房, 现场调查具体操作如下:沿该厂房拐点用GPS取点, 如图3所示1-2-3-4顺序;取点完成后, 闭合构成图斑, 并输入相应属性如图4所示;将该图斑与土地利用规划叠加比对分析, 得到占用部分一般农田如图5所示;之后将外业成果归档导出, 数据通过通讯技术回传至内业。

4 结论

基于GPS、平板电脑的土地巡查系统实现了外业数据采集、处理以及内业数据分析、归档管理等功能, 实现了土地执法巡查工作的内外业一体化[4]。通过实践表明, 该系统精度能完全满足土地巡查的要求, 使得土地巡查工作更加实时化、精确化、智能化、大幅度提高了土地巡查工作的效率和自动化程度[5]。通过实践表明, 该系统精度能完全满足

摘要：土地巡查是国土管理工作中一项重要工作, 本文针对传统土地巡查方法提出了利用GPS和平板电脑集成等技术建设土地巡查信息系统, 阐述了系统的总体技术框架和各功能模块的作用, 并实现了土地巡查系统的部分关键技术。本文的研究对实现土地巡查工作内外业一体化、提高工作效益等进行了有益的探索。

关键词：GPS,平板电脑,土地巡查

参考文献

[1]江鹢, 贺弢, 明庭辉, 李春阳.基于GPS、GIS和移动通信技术的国土资源移动巡查系统总体设计[J].测绘通报, 2010 (6) :65-68.

[2]陈红华, 徐云, 史晓云.基于GPS和GIS的土地监察动态巡查管理系统.安徽农业科学, 2011, 39 (20) :12595-12597.

[3]欧阳光, 王小明, 杨惠安, 樊海东.3S技术在土地执法监察中的应用.测绘通报:2009 (11) :64-67.

[4]焦明连, 王庆.GPS/PDA/GIS集成系统在土地二次调查中的应用研究.第六届全国地图学与GIS学术研讨会, 2006:162-167.

篇6：基于GPS的时标系统实现方法探究论文

关键词：GPS,GPRS,系统架构,实时嵌入式

引言

随着社会经济的繁荣, 汽车作为日用使用的高值耐用品, 逐步得到普及, 汽车工业的发展, 同时也崔生了上下产业链中的诸多行业, 例如汽车租赁、汽车典当、二手车代销以及新车销售等, 在这些行业中, 对汽车资产的监管, 直接影响相关企业的生存发展。目前, 基于GPS以及GPRS/CDMA技术的汽车定位与跟踪系统得到了大力发展, 应用范围日益广泛。

1 车辆监管系统概述

本系统在充分对汽车定位及监管有需求的行业进行调研后, 明确了系统设计目的, 通过对GPS定位原理及GPRS无线网络信息反馈特点的分析, 对二者进行技术整合, 完成系统的架构设计, 评估并选择了适宜的硬件平台、配套模块以及支撑软件。在现有实时嵌入式操作Linux的基础上, 在系统启动代码、内核裁剪、根文件以及硬件驱动方面进行重新设计, 实现终端软件控制。在监控中心端, 使用第三方地图数据, 通过开放的软件开发接口, 接收终端反馈的定位数据, 并在地图上进行显示, 同时对车辆完成监控任务[1]。

2 系统架构及功能设计

2.1 系统架构设计

系统采用分层结构设计, 主要分为硬件层、核心系统层和应用系统层, 如下图1所示, 硬件层包括系统板、ARM处理器、存储器、GPS模块、GPRS模块以及相关外围电路等, 核心系统层主要是实时嵌入式操作系统Linux, 应用系统层分为两部分, 一是基于终端的主应用程序, 负责系统的启动、初始化、数据采集存储及发送等, 另一部分是监控中心端应用平台, 负责接收GPS终端发回的数据, 存储、分析并且进行相应的监管操作。

2.2 系统主要功能设计

2.2.1 车辆定位功能

系统能够采集车辆当前位置数据, 并存储在系统存储器中, 同时通过GPRS无线通信网络, 传回监管中心数据平台, 在监管中心地图上实时显示车辆位置及运行方向, 另外, 监管中心也可根据需求, 发出定位指令, 多获取车辆即时位置。

2.2.2 区域控制功能

根据实际需求, 划定车辆运行区域, 当车辆坐标超出系统设定范围, 监管系统则通过弹出消息的形式进行报警。

2.2.3 车辆行驶信息记录功能

系统能够采集车辆行驶过程中的信息, 包括车辆速度、发动机转速、位置等, 这些信息存储在系统存储器中, 同时也发回监管中心应用平台, 通过这些数据, 可以图形化的形式进行查看。

2.2.4 数据导出功能

通过系统接口, 可将监控终端采集的数据复制到移动存储器中, 也可以将系统预设数据通过该接口设置到终端中。

3 硬件平台

车辆定位监管系统终端部分的硬件系统架构, 主要包括系统主板、处理器、存储器、GPS模块、GPRS模块、数据采集电路、数据接口、供电模块等部分, 处理器负责协调其它各组成部分协同工作, 具体如下图2所示[2]:

3.1 处理器

本系统处理器采用Atmel公司基于ARM920T内核的AT91SAM9261微处理器, 该处理是以ARM926EJ-S ARM Thumb处理器为核心的完全的片上系统, 它扩展了DSP指令集和Jazelle Java加速器, 外部总线接口包括支持同步DRAM (SDRAM) 和支持静态存储器的控制器, 并有特殊接口电路以支持Compact FLASH、NAND Flash。

3.2 存储系统

存储系统分为两部分, 一部分是SDRAM, 用以提供系统临时存储空间, 另一部分是NandFlash存储器, 用以存储核心操作系统、应用程序等非易失性内容。SDRAM采用韩国现代公司的HY27US08561A芯片, NandFlash采用是三星公司生产的K9F28XXU0C芯片, 该芯片能提供16M8位或8M16位两种结构, 供电电压为3.3V。

3.3 GPS模块

GPS模块采用Holux 236, 该模块使用SiRF第三代低耗电量 (LP) 高效能芯片, 极大降低耗电量, 具备快速定位及追踪12颗卫星的能力, 芯片内建专有硬件, 提高接收传送搜寻卫星讯号, 其超强定位运算程序, 为车辆监管系统提供精确的定位信息。

3.4 GPRS模块

在本系统中, 采用摩托罗拉的G24模块, G24是一款是一款高速的GSM/GPRS/EDGE模块, 支持四频850/900/1800/1900MHZ, 内置TCP/IP协议线, 支持JAVA, 适应恶劣的工作环境, 其以先进的技术, 稳定的性能为监管系统终端与后台之的高速数据连接提供可靠的支持[3]。

3.5 供电模块

本系统终端部分安装在车辆上, 环境较差, 各种干扰使系统供电不稳定, 因此, 需要对供电进行电压转换以及滤波。供电模块核心芯片采用大电流高效单片集成开关稳压器LAS6350, 能为系统提供稳定可调的2.5-30V的工作电压, 同时, 该供电模块可应用于各种型号车辆上。

4 软件平台

本系统软件平台分为两部分, 一部分是基于终端硬件的系统支持软件, 另一部分是基于监管中心平台的应用软件, 两者相互配合, 进行数据的采集、传输、分析、表示等操作, 以实现车辆的监管功能。

4.1 系统支持软件

系统支持软件采用实时嵌入式操作系统Linux, 具有开源、免费和自由传播等特点, 开发工具使用ADS1.2 (ARM Developer Suite) [2]。

原生的linux操作系统功能强大, 但不完全符合本系统的具体要求, 需要对该系统进行裁剪、移植、编译等操作, 主要包括以下几个步骤:

4.1.1 构建交叉开发环境

系统通过开源的交叉编译工具Crosstool构建开发环境, 解决PC机与嵌入系统架构不同, 导致在PC上编译的系统无法在ARM平台上运行的问题。

4.1.2 移植Bootloader

嵌入式系统与PC机的BIOS类似, 同样有一个预启动程序Bootloader, 负责硬件的初始化、屏蔽中断、设置启动参数等操作, 构建操作系统运行所需求的基本环境, 然后再加载操作系统, 本系统采用U-boot开源项目完成Bootloader的移植。

4.1.3 内核移植

在Linux原生内核的基础上, 根据系统的需要, 有针对性的进行裁剪、修改、重新编译等, 生成新内核映像。

4.1.4 定制根文件系统

通过创建空的目录树、移植BusyBox、选择必要的动态共享库、初始化脚本等操作, 完成根文件系统的订制, 供Linux系统启动时挂载根文件, 以便支持外部设备。

4.2 应用软件

监管中心应用平台, 使用Java为开发工具, 收集到车辆终端传送回的定位信息后, 解码、分析, 并通过第三方地图软件以图形化形式标识出来, 在系统桌面上, 实时的显示车辆的动态信息, 包括位置、移动方向、车辆工作状态等, 当车辆超出系统预设范围时, 即可触发警报, 提示管理人员注意, 同时将数据存储在大型数据库系统中, 以便积累分析。

5 结论

本系统基于AT91SAM9261微处理器平台和Linux操作系统, 通过Holux 236经GPRS网络与远程监管中心进行信息交互, 传输距离远、可靠性高、实时性强, 并且价格低廉, 可广泛应用于汽车行业的各个领域, 具有很高的实用价值

参考文献

[1]张伟芳, 曾连荪, 姚楠.基于GPS/GPRS的车载监控终端系统[J].计算机辅助工程, 2008, 17 (4) :96-98.

[2]张永强, 张永健.嵌入式GPS/GPRS车载定位技术研究[J].仪器仪表学报, 2007, 28 (4) :291-294.