基于ARM和WinCE的车载导航系统设计.doc
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1、艋基于与车载导航系统设计武汉科技大学中国地质大学邹卫峰陈与平陈彬张剑波一一介绍一个基于与嵌入式车载导航系统,主要描述系统硬件组成、软件架构及其实现关键技术。系统以稳定硬件设备与可裁减操作系统为基础,结合定位信息与电子地图数据,为驾驶者提供实时定位、地图显示、智能寻径以及语音导航等功能。通过在武汉市进行行车试验表明,该系统很好地实现了各项功能,达到了预期目。关键词车载导航系统嵌入式系统全球定位系统为,捕获时间小于,刷新时间为,定引言车载导航系统是为驾驶者提供定位与引导服务汽位准度范围最大为,数据输出格式为。初期开发所用硬件实物如图所示。车电子设备,一般采用定位,通过触摸屏或遥控器进行人机交互,帮
2、助驾驶者准确、快速地到达目地。在全球范围内,城市建设加快,汽车持有量提高,道路拓展,交通系统日益复杂,交通拥堵现象日益严重,而汽车导航产业因此而不断发展。随着中国汽车行业快速崛起与嵌入式软硬件技术发展,导航定位系统在我国进入了一个前所未有发展阶段,市场上已相继出现了一批自主研发相关产品。本文介绍车载导航系统是在借鉴了国内外相关导航产品优点基础上,自主研发集全球定位技术、电子地图技术与嵌入式编程技术为一体系统,以性能稳定、界面友好、成本较低为设计目标,成功投产后将会产生一定经济效益与社会效益。图车载导航系统硬件实物系统需求分析概述参考市场上已有导航软件功能以及实际用户需求,确定导航系统应具备以下
3、基本功能:地图显示、放大、缩小、漫游、旋转。地图装载、显示、操作应该达到速度快、移动平滑、无闪烁效果,支持地图中各类注记,跟随浏览方式流动,使地图在移系统硬件环境介绍一般地,嵌入式导航系统主频为动过程中不会缺失原有注记;具有文字自动避让与流动注记功能,让图形显示更美观、整洁;支持复杂线型、矢量,内存为,不带硬盘,但大多数系统会带有、等扩展存储卡接口。系统显示屏较小,掌上电脑一般为,分辨率为像素,平板电脑、车载电脑一般为,分辨率为到像素。本系统选用了公司基于结构芯片,主频为,为,符号与栅格符号,丰富地图表现能力。多种目地查询方式。目地查找方式应符合用户习惯,提供拼音、设施类别、周边设施、 号码与
4、存储地点等多种查询方式,并支持模糊查询。路径分析及导航。路径分析算法应高效并具备最短路径查找、最优路径查找、最经济路径查找与高速优先查找等查找方式,用户能够自由地设置目地、经由点以及规避点。通过实时准确接收数据来进行模拟导航与真实导航;导航过程中具备语音预先提示功能,提供交叉路口扩大图等信息。为;采用以作为定位芯片接收设备,可以同时追踪个卫星信道,最低信号接收强度为一,冷开机暖开机热开机时间分别丰;机舶入式杂记应用囫蟹疆豳珊万方数据(广告专用)航迹信息保存。系统自动记录行程轨迹,以便下一次沿路返回或查看,完成添加、删除、浏览等操作。下采用实现,不在目标设备上运行。用户界面。界面友好、美观,响应
5、速度快、运行稳健、操作便捷。系统用例模型系统所采用用例模型如图所示。厂、幽匡圈一圆鼠国一圈圈车载导航系统模块关系图其中用户通过人机界一、面调用导航系统,车人载系统利用接收田套设备及卫星通信,从而实现导航目。围系统用倒图鼻人一各系统设计及实现关键技术系统逻辑结构根据嵌入式导航系统具有功能,系统逻辑结构框图数据管理本系统数据供应商所提供电子地图导航数据,在如图所示。数据接收物理上采用文件格式进行存储,以界面配置管理航迹信息管理文件进行属性说明,在逻辑上是按照图幅一专题图层一类型文件形式组织,如图所示。嵌入式导航系统图幅图幅图幅图幅地图数据预处理地图数据显示查询及量算路径导航分析地图数据管理地图数据
6、库图车载导航系统逻辑结构框图专题图层功能模块设计根据需求以及系统逻辑结构框图对系统进行功能分黧解心,各模块及其关系如图所示。虚线箭头表示依赖关系,箭尾模块依赖于箭头模块。根据模块化设计思想,整个系统采用动态链接库图地图数据组织逻辑结构从横向平面上,地图数据按照图幅方式进行组织,根据不同地理区域与应用需求,划分为不同图幅。例如北京市地图、武汉市地图等。从纵向上看,每幅地图又是由()架构开发。每个模块对应一个工程,每个工程除完成自己责任,同时给其他工程提供接口,通过进行项目管理,其中为主工多个专题图层叠加组合而成。每个专题图层由点类型、线类型、多边形类型与区域类型等代表种不同类型图形元素格式文件组
7、成。不同专题图层叠加形成一幅完整地图。在本系统中,总体上地图采用三级比例尺结构,比例尺信息如表所列。为了提高效率与改善显示效果,程序启动时开辟片缓存,预先将各级比例尺地图数据装载进内存;在移动地图过程中,并不全屏刷新,而是将内存中未程,是最终运行文件,负责整合其他模块,这样才使系统尽量达到“高内聚”与“松耦合”目。地图引擎库模块负责底层数据组织,包括地图库管理、路经分析、地图绘制显示、模拟导航导航等。该模块中利用类聚合与继承封装了细节,但给外部程序提供使用接口。数据解析模块将地图提供商所提供移动部分与将要显示部分拼接在一起显示,这样就极大地提高了地图显示速度,保证地图连续无极缩放,跨区域无缝漫
8、游。原始地图数据,转换为地图引擎模块所能识别数据格式,并保存为数据库文件。它作为独立工程在机环境(投稿专用)豳蕊瞄嘲。舢。啪。”啪万方数据表编号地图比例尺信息地图比例比例尺说明角等信息,同时将车辆新位置信息显示到地图上。接收线程函数伪码描述如下:万万万万万全国地图省级地图信号接收线程处理函数得到串口句柄;初始化接收缓冲区;市县级地图嵌入式数据库设计及数据解析封装了开放源码嵌入式数据库,结合地(接收线程未被主线程结束串口句柄有效)设定等待串口事件为接收数据事件(串口有数据事件到来)阻塞接收线程;图数据格式,设计了符合系统需求数据库系统,并预先在机上进行数据解析,建立索引结构,经过压缩后批量地导入
9、嵌入式数据库。重新设定要等待事件信号,获得串口数据长度;(串口数据长度大于)锁定串口临界区;读串:数据到接收缓冲区;锁定全局变量临界区,转换接收缓冲区数据为双字节数据,并存储到全局变量中等待解析;解除全局变量临界区锁定;解除串口临界区锁定线程睡眠;)路径分析及语音导航路径分析算法采用了一种基于算法启发式最优路径搜索算法(,)。算法是典型最短路径算法,用于计算一个节点到其他所有节点最短路径。主要特点是,以起始点为中心向外层扩展,直到扩展到终点为止;算法能得出最短路径最优解,但由于它遍历计算节点很多,其效率较低。启发式最优路径搜索算法()基本原理,是借助人工智能()决策机制,将每个节点到达终点代价
10、估计设计为代价函数引入到算法中来,由代价函数来决定寻径策略(即优先搜索哪些中间节点),将传统均等式宽度优先搜索机制改进成带有方向性深度优先搜索机)关闭串口,设定串口句柄为空,)制,以减少搜索节点数,从而降低其时间复杂度,效率比算法提高近倍胪。采用异步与同步方式播放事先录制好真人语音,在导航过程中根据实际路况实时播报。此处“异步”是指导航进行同时播放语音,通过指定函数()参数,实现播放后立即返回以达到异步效果;“同步”是指导航暂停,播放语音后才继续。图形用户界面设计与系统逻辑组织根据嵌入式导航系统设计特点,即在满足用户界面美观、易用同时又要具有较低内存消耗与较高效率,为此以为基础利用开发了一套控
11、件类,并经过严格测试杜绝了内存泄漏。它们都包含在系统辅助库模块中,分别是:(图片按钮)、(单选按钮)、(滑动条)、数据压缩与解压鉴于系统存储空问有限,应采用压缩方式保存航迹信息等数据。系统采用改进压缩解压算法,即利(静态文本)、(编辑框)与(比例尺)。其中关键是实现了不支持图像混合函数,然后重载了等类,实现了按钮自绘函数(),使控件具有了透明、有图片、有声音、圆用二叉查找树结构字典替代线性表结构字典以提高处理速率。其性能指标是:压缩解压速率在左右;压缩比在,左右。角、阴影等特殊效果。基本原理描述如下:在()函数中,首先绘制控件基本形状,并从父窗口拷贝背景,然后绘制按钮各种状态下背景、圆角边框、
12、阴影以及图片,最后利用函数实现对控件透明度控制信号接收、数据提取与地图实时响应由于不支持重叠,为了避免程序陷入缓慢串口等待中去,加之数据传输实时性与连续性特点,因此必须采用多线程技术来实现信号接收,即主程序运行后启动接收线程,从串不间断地读取卫星发来格式定位信息,保存到一个全局变量。主线程每隔一定时间提取经纬度、时间、速度与方位(这样就能够透过控件看到地图上元素)。初始化装载地图后将地图背景传递给控件。地图刷新后必须重新获取地图背景,刷新控件。依据系统需求,界面分解为地图显示、系统设置、目地设置种类型。由于系统各个模块都是基于建立丰;札抛入式禾惋应冈四盔蟹盈隘锄万方数据。吐(广告专用)工程。而
13、不同工程相当于不同进程,因此它们之间没有全局变量,并且大多数窗口是非模态窗口,这样处于不同工程中窗口调用必须依靠工程中纪录窗口句柄。为了便于互相通信,设计了一个模板栈类来管理所有窗口,重写了窗口类,使之多继承于与。创建窗口时窗口信息入栈,关闭时出栈,这样可以随时得到当前栈顶与栈底窗口信息并同时关闭多个窗口。具体数据传递与相互调用分别采用发送消息与导出函数方式实现,取得了很好效果。模板栈基本结构如下:图模拟导航效果图;窗口对象指针是否模态窗口(非模态:)窗口类别:为地图显示,为系统设置,为目地设置式车载导航系统。经过大量测试后,各项功能运行正常,不久后将正式投产使用。下一步将根据用户反馈情况与市
14、场上软硬件发展情况,继续完善、调整、优化系统结;构。参考文献;(印度)嵌入式系统:体系结构、编程设计陈曙晖,等译北京:清华大学出版社,实现结果笔者根据硬件厂商提供,使用管素清刘捷,冷青嵌入式车载导航系统设计计算机工程及设计,():,将编译好满足系统功能需求操作系统(包括各种驱动程序)下载到目标设备上,为开发提供基本调试与运行环境。在机上采用作为集成开发环境,开发基于应用程序,采用字符集,通过实现机及目标设备同步与通信哺。系统运行后模拟导航效果如图所示。设计模式解析徐言声,译第版北京:人民邮电出版社,胡泽明,岳春生,王志刚嵌入式导航终端实时空间数据模型研究及实现计算机工程,():陈波,王仁礼。杨
15、阳基于移动导航定位系统设计及实现计算机应用及软件,():王景存,张晓彤,陈彬。等一种基于算法启发式最优路径搜索算法北京科技大学学报,():一结语目前,我国车载导航产业在甚至导航电子地图与应用软件方面技术水平虽然已经接近甚至达到了国际发达:,周立功,等实验及实践:基于¥北京:北京航空航天大学出版社,邹卫峰,陈彬(项士研究生),主要研究方向为基于网络计算机应用;陈与平(教授),主要研究方向为基于网络计算机应用、数据库国家水平,但在整体上仍处于起步阶段。硬件方面还不能及国外同步,产品技术含量有待提高,系统研发仍大有可为。本文在综合应用一些高效算法与合理方法基础上,采用严格面向对象模块化设计思想,实现
16、了一种嵌入及教据挖掘张剑波(讲师、博士),主要研究方向为地理信息系统橱格数据厦元敦据管理、虚拟现实技术。(收稿日期。)系列工具增加对飞思卡尔平台设备支持公司宣布,在其系列开发工具中增加对飞思卡尔多媒体应用处理器设备支持。该设备支持能帮助嵌入式开发人员在飞思卡尔处理器上迅速展开设计开发。在无需额外硬件情况下,它能够帮助开发人员通过开发套件()调试探头直接及他们开发板相连接。这不仅缩短了多媒体产品(如便携式媒体播放器、汽车通信设备以及手持游戏机)上市时间,同时保证它们拥有高品质性能表现。(投稿专用)伽万方数据基于ARM与WinCE车载导航系统设计作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
17、邹卫峰, 陈与平, 陈彬, 张剑波邹卫峰,陈与平,陈彬(武汉科技大学), 张剑波(中国地质大学)单片机及嵌入式系统应用MICROCONTROLLERS & EMBEDDED SYSTEMS2008,(8)1次参考文献(8条)1.Kamal R.陈曙晖 嵌入式系统:体系结构、编程设计 20052.管素清.刘捷.冷青 嵌入式车载导航系统设计期刊论文-计算机工程及设计 2005(05)3.Shalloway Alan.Trott James R.徐言声 设计模式解析 20064.胡泽明.岳春生.王志刚 嵌入式导航终端实时空间数据模型研究及实现期刊论文-计算机工程 2006(24)5.陈波.王仁礼.杨
18、阳 基于PDA移动导航定位系统设计及实现期刊论文-计算机应用及软件 2006(10)6.王景存.张晓彤.陈彬 一种基于Dijkstra算法启发式最优路径搜索算法期刊论文-北京科技大学学报2007(03)7.Boling Douglas Programming Microsoft Windows CE 20038.周立功 ARM&WinCE实验及实践:基于S3C2410 2007相似文献(10条)1.学位论文 赵艳霞 基于嵌入式车载导航系统及其软件开发 2007车载导航系统是汽车上嵌入式系统,它可大大方便驾驶,为人们出行提供各种便捷服务。在世界上, 现代车辆导航方面研究已经具有30 多年历史。它
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