嵌入式车载定位与数据传输系统开题报告

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1、厦门大学软件学院毕业设计（论文）开题报告学生姓名班级 学号指导教师姓 名职称 所在单位毕业设计（论文）题目嵌入式车载定位与数据传输系统选题的背景与意义：研究车载定位与数据传输系统对解决城市交通控制问题具有重要的现实意义。本文研究的目的是为了设计一种新型的车载服务系统（其中的部分模块），从而可以配合城市交通管理系统在一定程度上消除或削弱目前交通中存在的各种问题。二十世纪六、七十年代以来，随着世界各国经济进入了高速增长时期，加之城市化进程加快和机动车保有量的迅猛增加，导致已有道路满足不了人们不断增加的交通需求。城市交通拥堵、交通事故频发、交通环境恶化等成为世界各国面临的共同问题，无论是发达国家还是

2、发展中国家都承受着交通不断恶化的困扰。为了解决城市交通问题，除了改善城市建筑群的合理分布、扩修交通要道、增强人们的交通意识外，更重要的是要加强城市车辆交通控制。而车载服务系统是车辆交通控制系统的重要组成部分，因此对其进行研究就显得十分重要。事实上造成目前交通问题恶化的原因之一是驾驶员不能及时得到准确有效的各种信息。解决交通问题的关键是要让路、车、人三者进行主动积极的统筹与协调， 并要从根本上改变现行汽车的信息采集处理、信息交换、行车驾驶与定位、车辆控制、汽车安全保障等技术方案与体系结构，使汽车更加人性化、舒适化和个性化，这样才能在很大程度上减轻驾驶员的负担和操作的盲目性，减少驾驶员疲劳驾驶的现

3、象，从而提高交通安全，配合城市交通控制系统，实现合理分配交通流，达到交通顺畅。本文的研究内容正是基于此而提出的。国内外研究现状及存在的问题：1 车载服务系统简介：车载信息技术是无线电技术与微处理器技术的汇聚，即利用计算机或微处理器和无线 来做一些事情，如Internet网上登陆、实时交通信息查询等。现在人们已经将车载信息技术的定义作了一定程度的扩展，即将计算机或微处理器驱动的、与驾驶员和乘客有关联的各种数据的采集与控制技术也收入到车载信息技术的范畴之列。车载服务系统一般由三部分组成:定位系统、通讯系统和信息采集系统组成。定位系统利用GPS(Global Position System，全球定位

4、系统)等装置，单独或组合使用以一定精度实现车辆定位，包含位置、速度和行车方向等车辆信息;数据采集系统使用传感器及微处理器来获得车辆各部件运行信息；无线通讯系统实现车载服务系统与交通指挥调度系统或其他交通信息系统进行单向或双向通讯，使驾驶员和信息中心都能知道当前信息和其他服务性信息：信息处理系统处理来自定位系统和通讯系统的数据，并结合地理信息系统GIS(Geographic Information System)技术和专门用户程序，给驾驶员提供良好的人机接口。2 车载服务系统的发展和应用：一般所说的车载服务系统主要是指车载定位与导航系统。车载导航与定位系统的雏形起始于二十世纪六七十年代。早期的导

5、航系统使用的是车辆里程表、环形检测器等。70年代，位置推算系统、车载电子地图和地图匹配技术得到了一定的发展。这期间，美国Etak公司开发出一种自主导航仪，这种系统利用航位推算模块DR ( Dead Reckoning)并借助地图匹配算法进行车辆定位。类似的系统在欧洲也已被研制出来，如Philip:公司的“CABIN”、英国的“Auto Guide”等。到了80年代末，随着全球定位系统GPS (Global Position System)技术的发展与成熟，再加上巨大的市场潜力和良好的发展前景，世界各国都进入了车载定位与导航这一研究领域，美国、日本和欧洲等国家都先后推出了自己的GPS车载定位导航

6、系统。我国 GPS 车辆导航系统应用发展曲折而缓慢。19941995年间是第一阶段，当时上百家公司都来抢占GPS车辆跟踪市场。但由于当时市场尚未形成，加上技术上不完善，能实际投入运行并坚持下来的极少。1996-1997年间是GPS车辆跟踪系统市场的调整和充实时期。主要是公安、金融等部门利用其专用无线通信系统和模拟集群系统，在全国三、四十个城市建成的金融运钞车和公安交警车辆跟踪系统。1998-2000年，随着我国GSM数字移动通信系统的快速发展与全国普及，作为系统瓶颈问题的通信网络通过采用GSM公众网的短消息服务找到了新的出路，至2000年底全国累计有近300个车辆跟踪网络，入网车辆为5-6万辆

7、。将无线技术与定位导航服务联系起来的车辆通信系统的一个典型示例是mayday系统，该系统使用 进行语音和数据传输，使用车载GPS接收器进行定位，可按要求在车辆用户与服务中心进行无线传输。其典型的产品是通用汽车公司1997年推出的Onstar系统和福特公司的Vehicle Communication。系统用户通过头顶控制板上的三个按钮之一激活系统，多功能显示屏随后显示状态信息，车载 自动呼叫服务中心。系统通过车载 网络的语音通道向主机发送车辆识别码、来自GPS接收器的车辆位置信息和其他与用户要求有关的数据。3 传统系统存在的问题：车载服务系统是一个综合性系统，其内容涉及很多方面，如：车载定位、车

8、载通信、车载多媒体等，其存在的问题也主要集中在这几个方面。在定位导航方面，早期的车载服务系统其车载设备为一小功率发射机，不停的发射信号，或者是需要报警时才发射信号。在行进中被间隔距离比较小(例如400米)的基站或路口接收机接收，然后通过有线(一般为 线)方式传输至管理中心，这种设备比较简单，成本低，但定位误差大，建网基站多，费用高，系统可靠性比较低，服务功能单一。为了减少基站数量，又提出了大基站方法。车载装置具有高的发射功率(5-7瓦)，发射机发出的信号同时被四个以上的基站接收，各基站将收到的信号连同基站收到信号的精确时间传送至管理中心。这种方法车载设备比较复杂。为了提高精度和抗干扰，只能采用

9、扩频通信技术。但要建专网，费用高。不能通话，服务功能单一。随着GPS技术和无线通信技术的发展，又提出了基于GPS/GSM的方案。它解决了大基站方法要建专网且不能通话的问题，车载设备借助GSM 公网，将GPS采集到的信息通过具有随时在线功能的短消息业务发送到管理中心，并且GSM 网络还可以提供话音和数据传输业务，极大的方便了车载设备与管理中心的信息交换。但是这种方法也有其不足的地方：首先，一般GPS/GSM 车载设备采用单一的GPS接收机，由于受卫星星历、卫星钟的误差、信号传播误差、观测误差及接收设备误差的影响，定位精度较低；其次，GPS/GSM 定位导航方案由于采用短消息这种方式传递信息，所以

10、存在通信费用高(信息发送频率高所致)、延时不确定(需要短消息服务中心SMC转发所致)、短消息服务器须向电信公司申请专门的业务服务(申请专线建立网关)等缺陷。另外，除了定位导航功能外，传统车载设备也存在车辆仪表提供的车辆状态信号模糊、不全、分散等缺陷(例如多数警告信号并不提供准确的数值)。除此之外， 目前的车载服务系统还在车辆安全、显示与诊断、车载网络及娱乐设施方面存在着功能单一、集成度不高等缺陷。毕业设计（论文）的目标：设计采用嵌入式操作系统的基于GPS和GPRS的车载服务系统，从而可以配合城市交通管理系统，在一定程度上减少目前交通中存在的各种问题。本文主要针对车载服务系统的定位模块和通信模块

11、进行初步探讨即车载定位和数据传输系统。定位部分采用了多GPS接收机综合定位，克服了传统单GPS定位的缺陷，采用相应的算法在一定程度上减少了定位误差，提高了系统定位精度；通信部分借助GPRS网络在车辆之间或车辆与控制中心之间进行无线数据传输，相对于传统的GSM短消息传输方式，GPRS具有永久在线(只需一次连接且不占用语音信道)、计费便宜(按流量计费)、易于组网(可直接连接Internet网路)、高速传输等特点，特别适合突发性、频繁的流量数据传输，支持的数据传输速率理论峰值达171.2Kbps。实现方法： 一系统基础理论智能车载服务系统涉及很多方面的内容，本部分主要介绍本系统中使用倒的一些基本理论

12、和知识。1 GPS原理11 GPS系统组成12 GPS卫星信号13 GPS定位原理14 GPS定位误差2GPRS原理21 GPRS网络结构22 GPRS的工作原理二系统方案与硬件设计1 系统总体设计方案本系统从总体上分为两大模块：多GPS定位模块和GPRS无线通信模块。系统的GPS定位信息以及车辆运行状态信息都可以通过GPRS无线通信模块发送到控制中心;一些公共信息或社会信息也可以通过GPRS在车辆和控制中心之间进行交互。整个车载信息通信系统的工作原理如下图所示。11多GPS定位思想12利用GPRS传输数据13系统的组成机构2 定位模块硬件设计定位模块主要负责提供车辆的定位信息，该模块采用4个

13、GPS接收机和通用微控制器及其他附件构成，可实现定位信息的采集、存储以及传输等功能。21硬件组成与工作流程22 GPS电路设计3 通信模块硬件设计车载通信部分的硬件设计主要由GPRS 模块、MCU及电源等部分组成。31器件选型与工作流程32 GPRS电路设计三系统软件设计分块介绍了各个模块的软件实现，首先根据软件要完成的功能，确定该模块软件的基本思想，然后详细介绍每一部分的具体实现，并给出相应的软件流程图。1定位模块软件设计定位模块主要完成车辆位置信息的采集、处理与存储，因此本节的软件设计也就基于这几个方面进行。11 GPS数据格式12 GPS数据接受软件设计13 GPS数据处理软件设计2通信

14、模块软件设计本部分的功能就是要借助GPRS无线网络实现数据的无线传输，从而在不同的车辆或车辆与控制中心之间架起沟通的桥梁。所以软件的功能主要是建立无线连接、按照GPRS通信协议传输数据。21 GPRS数据传输协议的选择22数据传输软件设计参考文献：1 Guguang He, North G, Urban Traffic Control System-A General Analysis from the Point of View of control Theory, Transportation system ,1997,2,pp5O3-506。2王亦兵等，城市高速公路交通控制综述，自动化学

15、报，1998年第24卷第4期， pp484-496。3何希才，数字移动通信技术及应用，机械工业出版社，2003.5。4。5赵波浪等，车载服务系统，西北公路，2003年(增刊)。6邓泽英，车载信息技术及其发展，汽车与配件，2001年第4期。7李军，车载信息装置系统分析，汽车工程，2002年第3期。8顾克晖等，GPS/GSM车辆定位技术及其应用，技术专论。9司周允等，智能汽车及智能汽车运输系统发展综述，陕西汽车，1999年第1 期。10。1112rane and C.Rizos, Positioning Systems in Intelligent Transportation Systems.

16、Norwood, MA:Axtech House,1998。13张剑，刘允才，GPRS/Web-GIS在GPS车辆定位导航系统中的应用研究，计算机工程，2004年第30期第13期，pp157-159。14杨梅，GPS-GPRS定位系统车载终端的应用设计与实现，电讯技术，2004年第3期，pp130-106。时间进度安排：2007年2月31日2007年3月31日 嵌入式软件设计基础知识的学习，查阅 相关资料2007年4月1日 2007年4月20日 对元器件的选型，各模块硬件的设计与测试2007年4月21日2007年5月10日 编写算法，完成软件的设计与测试2007年5月11日2007年5月20日

17、 进行整合，对系统进行调试，并对一些测试结果进行数据处理与分析2007年5月21日2007年5月30日 完成项目文档的编写装订指导教师审核意见： 校内指导教师签名： 2007年 月 日毕业论文任务书题 目：嵌入式车载服务系统目标要求： 学习GPS 通讯原理，了解模块的电气指标、串行接口连接方式、NMEA 语句格式。通过软件来设置GPS 模块的波特率、输出语句和初始化经纬度等内容。编程实现对GPS 通讯信息的采集方法，将接收到的数据进行语义的解析，并在LCD 上显示当前的地理位置信息。学习Linux GPS 数据的解析过程。通过对串口编程来控制GPRS 扩展板，实现发送固定内容的短信等通信模块的

18、基本功能。利用开发平台的键盘和液晶屏实现人机交互。支持条件：硬件：UP-NETARM2410-S 嵌入式实验仪、PC 机Pentumn500 以上, 硬盘10G 以上。软件：PC 机操作系统REDHAT LINUX 9.0MINICOMARM LINUX 开发环境校内指导教师（签名） 职称 学生（签名） 分阶段进度安排阶段起讫时间计划完成内容12007年2月26日-3月31日阅读文献资料，理解任务，完成开题报告22007年4月1日- 4月20日对元器件的选型，各模块硬件的设计与测试32007年4月21日- 5月10日编写算法，完成软件的设计与测试42007年5月11日-5月20日进行整合，对系

19、统进行调试，并对一些测试结果进行数据处理与分析52007年5月21日- 6月12日论文撰写、论文答辩教师分阶段指导记录第一阶段：提供嵌入式的资料，并讲解嵌入式相关知识。指导该同学进行相关文献的阅读，使其了解开发必须的知识和技术。第二阶段：对嵌入式车载定位与数据传输系统的设计和实现的整体过程进行讲解，指导该同学完成对系统的设计，总体设计安排上符合要求，指导该同学完成开题报告。 第三阶段：指导该同学对GPS部分和GPRS部分进行深入理解。并分别对这两个部分进行设计和实现。第四阶段： 指导整个车载服务系统的实现过程，对整个过程进行评测，该实现结果基本上达到了预期的目标，基本达到预期效果。第五阶段：指导完成毕业论文的初稿，并指导其进行论文的修改，然后定稿。该同学的论文已经达到了厦门大学本科生论文的要求。论文评语拟评成绩 校内指导教师（签名） 职称 2007年 月 日论文评阅评阅成绩 评阅教师（签名） 职称 2007年 月 日答辩记录演示成绩 答辩成绩 答辩小组组长（签名） 职务（称） 2007年 月 日总评成绩 学院负责人（签盖） 2007年 月 日