|
基于GPS的衛星定位技術(shù)，可以將移動(dòng)目標的動(dòng)態(tài)位置(包括經(jīng)度和緯度)、時(shí)間、狀態(tài)等信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信鏈路實(shí)時(shí)傳送到監控中心，從而在電子地圖上顯示出移動(dòng)終端運動(dòng)的軌跡，并對終端的位置、速度、運動(dòng)方向、報警信息等用戶(hù)感興趣的參數進(jìn)行監控和查詢(xún)。本文提出一種基于MiniGUI的嵌入式自動(dòng)定位系統，具有占用資源少、高性能、高可靠性及可配置的特點(diǎn)，并可以成功移植到多種硬件和操作系統平臺上。 1 系統總體設計 本系統采用ARM7內核的LPC2103處理器，軟件上采用占用硬件資源較少、實(shí)時(shí)性能和可移植性能優(yōu)良的μC／OS-II操作系統，圖形界面采用MiniGUI。 1．1 系統實(shí)現功能 系統實(shí)現主要功能包括：實(shí)時(shí)采集GPS數據并進(jìn)行處理；查詢(xún)當前地理位置；通過(guò)MiniGUI圖形用戶(hù)界面顯示GPS數據。 1．2 整體硬件結構 系統整體硬件結構如圖1所示。 系統采用的LPC2103是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的16／32位ARM?TDMI-S CPU的微處理器，帶有32 KB高速FLASH、8 KB SRAM，小型LQFP48封裝，低功耗，帶有2個(gè)URAT以及多個(gè)I／O接口，符合系統要求。GPS模塊SP3232E與LPC2103的串口0接口，負責數據的采集。受LPC2103引腳數量限制，4×4的鍵盤(pán)采用I2C輸入、輸出的7920芯片與LPC2103接口。LCD顯示采用TFT6758，液晶屏幕2．2 in，240×320點(diǎn)像素。 1．3 系統軟件結構 系統軟件結構如圖2所示，基于MiniGUI的應用程序通過(guò)ANSI C庫以及MiniGUI自身提供的API來(lái)實(shí)現自己的功能。底層驅動(dòng)包括鍵盤(pán)以及TFT6758液晶顯示，為便于移植MiniGUI通過(guò)圖形抽象層和輸入抽象層與輸入、輸出設備接口。 2 系統硬件設計 2．1 控制系統最小系統 控制系統最小系統如圖3所示。 LPC2103最小系統需要模擬和數字3．3 V電源以及核心電源1．8 V。為便于波特率的設置，晶振頻率采用11．059 2 MHz。PO．14引腳通過(guò)10 kΩ電阻上拉禁止 ISP功能。DBGSEL引腳接高電平使能調試狀態(tài)，正常工作時(shí)接低電平。由阻容電路構成低電平復位電路，SW-PB按鍵按下產(chǎn)生處理器復位信號。 2．2 GPS接口電路 該電路主要作用是接收GPS模塊發(fā)送數據，保存到處理器存儲單元，處理后等待MiniGUI圖形用戶(hù)界面顯示。GPS模塊采用九針串口數據輸出，RS232電平，需要 SP3232E電平轉換芯片與LPC2103的串口O連接。SP3232E是3 V工作電源的RS232電平轉換芯片。接口電路如圖4所示。 2．3 鍵盤(pán)電路 本系統采用4×4小鍵盤(pán)，用于數據輸入和模擬鼠標。S13模擬左鍵，S15模擬右鍵，S9、S10、S11、s14分別模擬向左、下、右、上移動(dòng)鼠標，其余為數字輸入鍵。由于LPC2103引腳數量限制，采用有I2C接口的7290芯片做鍵盤(pán)接口。鍵盤(pán)電路復位與系統復位共用nRST復位信號。有按鍵按下時(shí)，中斷信號通過(guò)EINTO送入LPC2103外部中斷處理單元。7290的I2C接口加4．7 kΩ的上拉電阻與LPC2103的I2C串行總線(xiàn)接口，I／O引腳為PO．2和PO．3。鍵盤(pán)電路如圖5所示。 2．4 TFT6758 LCD接口電路 系統顯示采用2．2 in的TFT6758液晶屏，LCD控制器為HD66781。IM3和IM0引腳接地，采用16位總線(xiàn)方式與LPC2103連接，16位數據由DBl～DB8、DB1O～DB17輸入， TFT6758液晶屏的控制引腳CS、RS、WR、RD分別由P0．4～P0．7控制。其中PO．5高電平為數據操作，低電平為命令操作。TFT6758的復位由PO．24引腳控制。CAT32TDI為T(mén)FT6758白光LED驅動(dòng)的升壓芯片，可以驅動(dòng)4個(gè)串聯(lián)的白光LED。CAT32TDI的關(guān)閉由PO．26引腳控制。為在沒(méi)有配置LPC2103引腳時(shí)也能輸出背光，加10 kΩ上拉電阻。CAT32TDI為恒流輸出，大小由1．5 kΩ電阻控制，電流大小為15 mA。TFT6758 LCD接口電路如圖6所示。 3 系統軟件設計 3．1 μC／OS-II在LPC2103上的移植 與處理器無(wú)關(guān)的μC／OS-II源代碼可以直接在網(wǎng)上下載；與處理器相關(guān)的代碼需要自己根據LPC2103編寫(xiě)，其中OS_CPU．H定義與處理器相關(guān)的常數、宏以及類(lèi)型。OS_CPU A．ASM實(shí)現的功能包括：使就緒優(yōu)先級最高任務(wù)運行；任務(wù)級切換；中斷后任務(wù)切換；實(shí)現周期性時(shí)鐘源。OS CPU C．C主要實(shí)現任務(wù)堆棧的初始化。INCLUDES．H主頭文件包含程序所需的頭文件，方便程序編寫(xiě)。通過(guò)OS_CFG．．H文件實(shí)現操作系統的配置和裁剪。 3．2 MiniGUI在LPC2103上的移植 (1)MiniGUI的GAL移植 為便于移植，MiniGUI引入圖形抽象層GAL，定義了一組不依賴(lài)任何特殊硬件的抽象接口，所有頂層的圖形操作建立在抽象接口上，類(lèi)似于操作系統的驅動(dòng)程序。根據液晶驅動(dòng)模塊和LPC2103的硬件連接編寫(xiě)液晶驅動(dòng)程序lcddriver．c和lcddriver．h。根據系統硬件編寫(xiě)圖形引擎程序commlcd．c。圖形引擎程序需要調用液晶驅動(dòng)程序中的函數。 (2)MiniGUI的IAL移植 MiniGUI通過(guò)INPUT數據結構表示輸入引擎，該數據結構定義在ial．h文件中。INPUT數據結構定義很多函數指針，這些函數指針指向設定的IAL對應函數，從而實(shí)現硬件輸入。程序輸入引擎為comminput．c，通過(guò)底層鍵盤(pán)驅動(dòng)程序comm_driver．c讀取鍵盤(pán)輸入數據。該驅動(dòng)程序把16個(gè)鍵模擬成O～9數字鍵和鼠標的左右鍵。 (3)MiniGUI的交叉編譯 使用ADSl．2集成開(kāi)發(fā)環(huán)境建立MiniGUI Lib工程，工程下添加MiniGUI源文件以及配置文件，編譯生成MiniGUI_Lib．a(chǎn)庫文件。Lib．a(chǎn)文件是針對LPC2103和μC／OS-II操作系統的POSIX的線(xiàn)程庫，并提供了內存管理接口以及I／O接口，共占用3 MB動(dòng)態(tài)內存，使用1個(gè)μC／OS-II互斥信號量，優(yōu)先級42，每增加1個(gè)線(xiàn)程信號量增加3個(gè)，最大線(xiàn)程16個(gè)，任務(wù)優(yōu)先級43～58，1個(gè)MiniGUI線(xiàn)程堆棧(8 KB)。 3．3 系統應用程序設計 (1)主程序設計 主程序流程如圖7(a)所示，用來(lái)完成操作系統的初始化。其中使用語(yǔ)句OSTaskCreate(Task0，(void*)O，＆TaskStk[TaskStkLengh-1]，10)創(chuàng )建任務(wù)O；使用語(yǔ)句MiniGUI_app_entry()創(chuàng )建MiniGUI主線(xiàn)程；使用語(yǔ)句KevMbox=OSMboxCreate(NULL)建立一個(gè)郵箱，用于傳遞按鍵消息，最后開(kāi)始多任務(wù)調度。 (2)任務(wù)O設計 任務(wù)O流程如圖7(b)所示，用來(lái)完成系統硬件的初始化。通過(guò)I2C接口的輸入引擎讀取按鍵鍵值，如有按鍵按下通過(guò)OSMboxPost(KeyMbo-x，(void*)&s_key_in)發(fā)送鍵值到KeyMbox郵箱。通過(guò)郵局OSTimeDly(5)交出CPU占用資源，運行其他任務(wù)。 (3)MiniGUI入口程序設計 入口程序如圖7(c)所示，用來(lái)完成消息處理。使用語(yǔ)句InitMainWindow()初始化窗體；使用語(yǔ)句ShowWindow(hMainWnd，SW_SHOWNORMAL)顯示窗體，其中hMainWnd為窗體句柄；使用語(yǔ)句GetMessage(＆Msg，hMainWnd))獲取消息，其中Msg數據結構用于保存消息；使用語(yǔ)句Trans-lateMessage(＆Msg)把消息送入隊列；使用語(yǔ)句DispatchMessage(＆Msg)分配信息給窗體回調函數；使用語(yǔ)句MainWindowThreadCleanup(hM-ainWnd)清除線(xiàn)程。 (4)MiniGUI窗體回調程序設計 窗體回涮函數流程如圖7(d)所示，根據消息類(lèi)型確定要執行的程序。如果消息類(lèi)型為MSG-PAINT，先調用GPS數據讀取以及處理程序，用MiniGUI內部函數TextOut(hdc，10，10，”顯示字符”)，在指定位置顯示字符；最后調用μC／OS-II系統函數OSTimeDly(100)開(kāi)始任務(wù)調度。如果消息類(lèi)型為MSG_CLOSE，用語(yǔ)句DestroyMainWindow(hWnd)銷(xiāo)毀窗體；用語(yǔ)句PostQuitMessage(hWnd)發(fā)送退出消息。 4 GPS的自動(dòng)定位系統實(shí)驗 系統軟件采用ADS V1．2開(kāi)發(fā)、調試，使用PC機對MiniGUI源代碼進(jìn)行編譯，生成MiniGUI靜態(tài)鏈接庫文件MiniGUI-Lib．a(chǎn)。然后交叉編譯MiniGUI應用程序，與MiniGUI靜態(tài)鏈接庫、POSIX線(xiàn)程庫鏈接，生成二進(jìn)制文件下載到LPC2103的FLASH運行。系統軟件編譯過(guò)程如圖8所示。 GPS模塊和LPC2103串口0連接，并放置到室外，將生成的可執行文件燒寫(xiě)到LPC2103的FLASH內部，上電運行，運行結果如圖9所示。 結語(yǔ) 本自動(dòng)定位系統運行穩定，具有功耗低、速度快、可裁剪、可固化、實(shí)時(shí)性能優(yōu)越等特點(diǎn)。能夠準確顯示經(jīng)度、緯度、系統日期、時(shí)間、海拔、航向、航速等信息，并可以對所處位置進(jìn)行查詢(xún)。 |
