基于微处理器LPC2214和GPS接收器实现车载导航终端的设计
gps在中国已经有十几年的发展历程，但在民用领域却一直投有大的突破。最近几年，gps民用的前景已经越来越清晰，用户需求正在上升。目前有两种应用被看好：一个是民用导航终端，特别是车载系统；男一个是基于手机的移动定位服务。
导航是lbs（location based services）应用在汽车上的主要方式。目前我国已经有汽车导航的实际应用，一种是“gps接收机+简化版的gis引擎+地图数据”的模式，通过gps接收机获取定位信息，然后调用本机存储的地图，将定位信息映射到电子地图上实现导航功能。这种模式虽然比较方便快捷，但也有其自身的局限性，例如成本较高、地图资源不能共享、无法做到动态的地图更新。还有一种是“gps接收机+gsm模块十短信业务”的模式，通过gps接收机获取定位信息，以短信的方式将定位信息发送至控制中心，再通过gsm模块拨打中心电话，以语音方式得到导航信息。这种模式成本较低，信息准确，但短信一般有延时；实验表明在网络延时不大的情况下单向传输一条140字节的短信，传输延时为6s的累计概率为92．86％，而且打电话获取导航信息的速度太慢，操作也不方便。而这些问题通过与运营商已有的通用分组无线业务gprs结合可以得到较好的解决。gprs允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁、少量的数据传输，也适用于个别的大数据量传输。因此，车载终端选用高性能的处理器，通过gprs与信息中心通信，完全可以实现远程地图下载与自主导航。
本文介绍了一种基于arm处理器、支持gprs、低成本的车载导航终端，并对其中所涉及的硬件设计方案给出了详细的描述。
1 lbs系统模型与车载导航服务终端介绍
1．1 lbs系统模型
lbs系统主要由全球定位系统、移动终端、无线通信网络和信息服务中心组成，如图1所示。图中gps卫星提供定位信息，是整个lbs系统得以实现的关键；移动终端主要用来获取位置信息，发出位置服务申请以及解读导航信息；g3sm通信网络用于实现移动终端和信息服务中心的通信；信息服务中心是定位服务系统的核心，负责与移动终端的信息交互和各个分中心的网络互连，完成各种信息的分类、记录和转发以及分中心之间业务信息的流动，并对整个网络进行监控。
1.2 终端功能
本终端采用车用电源供电，接通电源后，各模块自动启动。该终端具有以下功能：gps定位功能；远程电予地图实时下载；定位信息和地罔数据的实时显示；主控芯片可以进入掉电模式，降低功耗，按下相应功能键能够立即唤醒主控芯片。
1．3 终端主要模块
gps模块采用瑞士u-blox公司的tim-lh。该gps接收器可以在天空视野有限的区域内提供动态条件下的精确导航，定位精度半径可达2．5m；有2个全双工串口，支持nmea、rbx和rtcm串口协议。集成度很高，大小是25．4 mm×25．4mm，高度只有3mm。
gprs模块选用法国wavecom公司推出的q2406a。该模块支持900／1800mhz两种频带，所在频段功率分别为2w（900mhz）和1w（1800mhz），支持wap（wireless application protocol）、irda 1．2a协议和gprs；有at数据集接口，支持数据、语音、短信、传真服务等，其数据下载速率可达53．6 khps，上传速率可达26．8 kbps。
本终端使用arm微处理器作为主控芯片，结合gprs，实现实时地图下载与快速处理。lpc2214是philips公司推出的基于arm7tidmi（thumb）内核的16／32位微处理器，128位的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大速率时钟下运行；其高速计算能力为地图数据的快速处理提供了保障，性价比远高于普通单片机。lpc2214具有8／16／32位的外部存储器接口，可对4个外部存储器进行配置，每个存储器可达16 mb，为大量数据存储和嵌入式操作系统的下载提供了条件；而且该芯片具有功率控制模块，当暂时不需要导航时可使终端进入掉电模式，大大降低了功耗。另外，浚芯片有两个串口，内嵌片内可编程锁相环pll，cpu最高工作频率可达60mhz。
2 车载导航服务终端关键硬件设计与分析
车载导航服务终端的硬件结构如图2所示，lpc2214的串口o与gsm／gprs模块连接，串口l与gps模块连接。液晶显示器（lcd）通过并行方式与arm芯片连接，采用8位数据传输方式；键盘采用矩阵扫描的方式，由8根gpio端口线控制。
终端上电以后，通过软件设置登录gprs；gps模块接收到gps数据后通过串口1自动向主控芯片发送；主控芯片收到gps数据后选择需要的信息，并将定位信息显示在lcd上。需要周边地图信息时，按下相应的功能键，主控芯片扫描到键盘信号，将定位信息通过串口0传递给gsm／gprs模块，并以短信的形式发送到信息服务中心，通过gprs下载周边地图数据，主控芯片通过串口0读取地图数据，处理后在lcd上显示，实现自主式导航。
2．1 电源电路的设计与分析
终端系统需要电源模块提供3路电压，分别为：3．3v、1．8v和5v。其中：lpc2214的内核电源电压为l.8v；lpc2214的i/o口电源电压、tim-lh和q2406a的供电电压为3．3v；液晶显示器的供电电压为5v。本终端采用车用电源供电，电压一般为12v或14v。选用national公司的lm2576系列电源芯片来获取5v和3．3v电压，具体方案是：选用lm2576-5．o获得5v的电压、lm2576-3．3获取3．3v电压，然后3．3v的电压为输入电压通过电源芯片lmlll7-l.8得到l.8v电压。
2.2 gps模块外围电路
gps模块tim-lh上电后通过串口向外发送gps数据，数据格式有rmc（recommended minirnum specificgnss data）、gga（global positioning system fix data）等，可以根据需要编程遗择相应格式的数据。tim-lh芯片串口1的默认波特率是9 600 bps，串口2的默认波特率是57 600 bps，可通过软件改变；如果不使用某个串口，则对应的串口输入端应接上拉电阻。
tim-lh的外围电路原理图如图4所示。外部复位端口rexet_n低电平有效，非常敏感，如果不用，则将其置空。不能接高电平。tim-lh模块上电之后自动复位，通常复位信号是在模块工作不正常的情况下使用，在设计中，使用控制电源的方式来复位就可以了，这样控制起来会更加灵活、可靠；而且模块出现死机的现象很少，若希望进行重启动，则也可通过程序使用命令来控制。在设计pcb时应将gps芯片周边区域敷铜，以屏蔽外界干扰。
2．3 gsm／gprs模块与处理器接口设计和sim卡接口电路
gsm模块与arm芯片之间通过标准的串行口通信，最高波特率可达115 200 bps。处理器lpc2214的串口输出的电平是3．3v，中间需要进行电平转换，选用maxim公司的max3232来实现。lpc2124与gsm模块之间的串口通信采用最简单的三线接法，即地、发送数据和接收数据3个端口相连，接收数据和发送数据端口要彼此交叉。
gsm模块与sim卡之间主要通过simclk和sim-data信号线进行数据通信，sim卡接口电路的原理图如图5所示。在设计pcb时要注意，为了提高稳定性，gsm模块的连接器和sim卡座的引脚之间的距离不要超过20cm。此外，为达到最佳效果，应在sim支架下敷铜，敷铜与sim卡的gnd引脚相连；simvcc和simgnd之间的电容c101和c102要离引脚尽量近，以满足规范要求。在选择sim卡时要选择支持gprs业务的，并开通gprs业务。
2.4 lpc2214外围电路设计的关键
在设计lpc2214外围电路时，特别要注意p0．14引脚的使用。flash boot装载程序代码在器件上电或复位时执行。装载程序可执行isp命令处理器或用户应用代码；复位后po．14的低电平被认为是启动isp命令处理器的外部硬件请求。如果p0．14采样到低电平并且看门狗溢出标志置位，则启动isp命令处理器的外部硬件请求将被忽略。如果没有外部请求（p0．14复位后采样为高电平），那么将搜索有效的用户程序。若找到有效的用户程序．执行的控制就转移给用户程序；若没有找到，那么就调用自动波特率程序。
引脚p0．14作为isp硬件请求时，由于p0．14在复位后处于高阻模式，因此用户需要提供外部硬件（上拉电阻或其他器件）使引脚处于一个确定的状态；否则，可能导致非预期地进入isp模式。
此外，由于使用外部晶振，在pcb设计时晶振应与芯片的振荡器输入、输出引脚尽量靠近，以减小外部干扰的影响。
3 硬件电路的调试
调试电路板重点应放在整体性、全局性连线的错误排查，如电源线的短路、错接等。在调试串口时可以将电路板上的串口线引出，通过与计算机的串口通信来调试终端的各个串口，需用注意的是计算机的串口是标准的rs-232串口。其中，对gsm／gprs模块的调试是通过at指令来完成的。对串口调试完成以后，就可以设计软件程序来测试电路的性能。图6描述了gps模块接收到的定位信号。
4 结论
本文介绍了基于arm的车载导航服务终端的硬件设计。终端的软件推荐使用c语言编写，可以自己从底层开发，也可以裁剪μclinux操作系统进行更高级的开发，使终端具有更强大的功能和更友好的界面。试验证明，该终端的硬件设计方案是可行的，登陆网络只需5s，数据下载速度可达38．4kbps，上传速度可达19．2kbps。随着gprs服务的进一步完善，车载导航服务终端必然会向支持远程电子地图更新，实时图像通信的方向发展，因此该终端将会有广阔的应用前景。
复杂野外环境下油茶果快速鲁棒检测算法
智能汽车领域IC设计面临着什么挑战？
宏光半导体完成配售14,346,000股
美国人不可能绕过5G做6G 6G作用就是解决5G痛点
小米6正面谍照曝光:黑边消失 型号为MI6
基于微处理器LPC2214和GPS接收器实现车载导航终端的设计
国产首款USB3.0HUB芯片成功进入商用可兼容RTS5411、VL817、GL3510
机器学习相关介绍:没有免费午餐定理
非接触式激光超声图像公布 将极大地扩大临床环境中医生的使用范围
中国比克宣布履行动力电池供货合同
小米将可能会发布一款100英寸的特大号小米电视5
支高招：可控硅调光的噪声抑制方法
西门子SMART PLC的控制回路、PLC程序和上位机程序设计
万兆交换机与千兆交换机的区别
中科大熊宇杰&龙冉Nature子刊：等离子体诱导人工光合作用
华为P10曝光，配置强大，狙击iPhone8
生而独立 贯穿未来|紫光展锐2022智能穿戴沙龙成功举办
戴尔推出Latitude7285首款无线充电二合一变形本，就是多加一个底座？
2021世界传感器大会阵容强大：1场主旨报告+10个分场活动
可管理的宽带企业内部无线网解决方案解析
导航是lbs（location based services）应用在汽车上的主要方式。目前我国已经有汽车导航的实际应用，一种是“gps接收机+简化版的gis引擎+地图数据”的模式，通过gps接收机获取定位信息，然后调用本机存储的地图，将定位信息映射到电子地图上实现导航功能。这种模式虽然比较方便快捷，但也有其自身的局限性，例如成本较高、地图资源不能共享、无法做到动态的地图更新。还有一种是“gps接收机+gsm模块十短信业务”的模式，通过gps接收机获取定位信息，以短信的方式将定位信息发送至控制中心，再通过gsm模块拨打中心电话，以语音方式得到导航信息。这种模式成本较低，信息准确，但短信一般有延时；实验表明在网络延时不大的情况下单向传输一条140字节的短信，传输延时为6s的累计概率为92．86％，而且打电话获取导航信息的速度太慢，操作也不方便。而这些问题通过与运营商已有的通用分组无线业务gprs结合可以得到较好的解决。gprs允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁、少量的数据传输，也适用于个别的大数据量传输。因此，车载终端选用高性能的处理器，通过gprs与信息中心通信，完全可以实现远程地图下载与自主导航。
本文介绍了一种基于arm处理器、支持gprs、低成本的车载导航终端，并对其中所涉及的硬件设计方案给出了详细的描述。
1 lbs系统模型与车载导航服务终端介绍
1．1 lbs系统模型
lbs系统主要由全球定位系统、移动终端、无线通信网络和信息服务中心组成，如图1所示。图中gps卫星提供定位信息，是整个lbs系统得以实现的关键；移动终端主要用来获取位置信息，发出位置服务申请以及解读导航信息；g3sm通信网络用于实现移动终端和信息服务中心的通信；信息服务中心是定位服务系统的核心，负责与移动终端的信息交互和各个分中心的网络互连，完成各种信息的分类、记录和转发以及分中心之间业务信息的流动，并对整个网络进行监控。
1.2 终端功能
本终端采用车用电源供电，接通电源后，各模块自动启动。该终端具有以下功能：gps定位功能；远程电予地图实时下载；定位信息和地罔数据的实时显示；主控芯片可以进入掉电模式，降低功耗，按下相应功能键能够立即唤醒主控芯片。
1．3 终端主要模块
gps模块采用瑞士u-blox公司的tim-lh。该gps接收器可以在天空视野有限的区域内提供动态条件下的精确导航，定位精度半径可达2．5m；有2个全双工串口，支持nmea、rbx和rtcm串口协议。集成度很高，大小是25．4 mm×25．4mm，高度只有3mm。
gprs模块选用法国wavecom公司推出的q2406a。该模块支持900／1800mhz两种频带，所在频段功率分别为2w（900mhz）和1w（1800mhz），支持wap（wireless application protocol）、irda 1．2a协议和gprs；有at数据集接口，支持数据、语音、短信、传真服务等，其数据下载速率可达53．6 khps，上传速率可达26．8 kbps。
本终端使用arm微处理器作为主控芯片，结合gprs，实现实时地图下载与快速处理。lpc2214是philips公司推出的基于arm7tidmi（thumb）内核的16／32位微处理器，128位的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大速率时钟下运行；其高速计算能力为地图数据的快速处理提供了保障，性价比远高于普通单片机。lpc2214具有8／16／32位的外部存储器接口，可对4个外部存储器进行配置，每个存储器可达16 mb，为大量数据存储和嵌入式操作系统的下载提供了条件；而且该芯片具有功率控制模块，当暂时不需要导航时可使终端进入掉电模式，大大降低了功耗。另外，浚芯片有两个串口，内嵌片内可编程锁相环pll，cpu最高工作频率可达60mhz。
2 车载导航服务终端关键硬件设计与分析
车载导航服务终端的硬件结构如图2所示，lpc2214的串口o与gsm／gprs模块连接，串口l与gps模块连接。液晶显示器（lcd）通过并行方式与arm芯片连接，采用8位数据传输方式；键盘采用矩阵扫描的方式，由8根gpio端口线控制。
终端上电以后，通过软件设置登录gprs；gps模块接收到gps数据后通过串口1自动向主控芯片发送；主控芯片收到gps数据后选择需要的信息，并将定位信息显示在lcd上。需要周边地图信息时，按下相应的功能键，主控芯片扫描到键盘信号，将定位信息通过串口0传递给gsm／gprs模块，并以短信的形式发送到信息服务中心，通过gprs下载周边地图数据，主控芯片通过串口0读取地图数据，处理后在lcd上显示，实现自主式导航。
2．1 电源电路的设计与分析
终端系统需要电源模块提供3路电压，分别为：3．3v、1．8v和5v。其中：lpc2214的内核电源电压为l.8v；lpc2214的i/o口电源电压、tim-lh和q2406a的供电电压为3．3v；液晶显示器的供电电压为5v。本终端采用车用电源供电，电压一般为12v或14v。选用national公司的lm2576系列电源芯片来获取5v和3．3v电压，具体方案是：选用lm2576-5．o获得5v的电压、lm2576-3．3获取3．3v电压，然后3．3v的电压为输入电压通过电源芯片lmlll7-l.8得到l.8v电压。
2.2 gps模块外围电路
gps模块tim-lh上电后通过串口向外发送gps数据，数据格式有rmc（recommended minirnum specificgnss data）、gga（global positioning system fix data）等，可以根据需要编程遗择相应格式的数据。tim-lh芯片串口1的默认波特率是9 600 bps，串口2的默认波特率是57 600 bps，可通过软件改变；如果不使用某个串口，则对应的串口输入端应接上拉电阻。
tim-lh的外围电路原理图如图4所示。外部复位端口rexet_n低电平有效，非常敏感，如果不用，则将其置空。不能接高电平。tim-lh模块上电之后自动复位，通常复位信号是在模块工作不正常的情况下使用，在设计中，使用控制电源的方式来复位就可以了，这样控制起来会更加灵活、可靠；而且模块出现死机的现象很少，若希望进行重启动，则也可通过程序使用命令来控制。在设计pcb时应将gps芯片周边区域敷铜，以屏蔽外界干扰。
2．3 gsm／gprs模块与处理器接口设计和sim卡接口电路
gsm模块与arm芯片之间通过标准的串行口通信，最高波特率可达115 200 bps。处理器lpc2214的串口输出的电平是3．3v，中间需要进行电平转换，选用maxim公司的max3232来实现。lpc2124与gsm模块之间的串口通信采用最简单的三线接法，即地、发送数据和接收数据3个端口相连，接收数据和发送数据端口要彼此交叉。
gsm模块与sim卡之间主要通过simclk和sim-data信号线进行数据通信，sim卡接口电路的原理图如图5所示。在设计pcb时要注意，为了提高稳定性，gsm模块的连接器和sim卡座的引脚之间的距离不要超过20cm。此外，为达到最佳效果，应在sim支架下敷铜，敷铜与sim卡的gnd引脚相连；simvcc和simgnd之间的电容c101和c102要离引脚尽量近，以满足规范要求。在选择sim卡时要选择支持gprs业务的，并开通gprs业务。
2.4 lpc2214外围电路设计的关键
在设计lpc2214外围电路时，特别要注意p0．14引脚的使用。flash boot装载程序代码在器件上电或复位时执行。装载程序可执行isp命令处理器或用户应用代码；复位后po．14的低电平被认为是启动isp命令处理器的外部硬件请求。如果p0．14采样到低电平并且看门狗溢出标志置位，则启动isp命令处理器的外部硬件请求将被忽略。如果没有外部请求（p0．14复位后采样为高电平），那么将搜索有效的用户程序。若找到有效的用户程序．执行的控制就转移给用户程序；若没有找到，那么就调用自动波特率程序。
引脚p0．14作为isp硬件请求时，由于p0．14在复位后处于高阻模式，因此用户需要提供外部硬件（上拉电阻或其他器件）使引脚处于一个确定的状态；否则，可能导致非预期地进入isp模式。
此外，由于使用外部晶振，在pcb设计时晶振应与芯片的振荡器输入、输出引脚尽量靠近，以减小外部干扰的影响。
3 硬件电路的调试
调试电路板重点应放在整体性、全局性连线的错误排查，如电源线的短路、错接等。在调试串口时可以将电路板上的串口线引出，通过与计算机的串口通信来调试终端的各个串口，需用注意的是计算机的串口是标准的rs-232串口。其中，对gsm／gprs模块的调试是通过at指令来完成的。对串口调试完成以后，就可以设计软件程序来测试电路的性能。图6描述了gps模块接收到的定位信号。
4 结论
本文介绍了基于arm的车载导航服务终端的硬件设计。终端的软件推荐使用c语言编写，可以自己从底层开发，也可以裁剪μclinux操作系统进行更高级的开发，使终端具有更强大的功能和更友好的界面。试验证明，该终端的硬件设计方案是可行的，登陆网络只需5s，数据下载速度可达38．4kbps，上传速度可达19．2kbps。随着gprs服务的进一步完善，车载导航服务终端必然会向支持远程电子地图更新，实时图像通信的方向发展，因此该终端将会有广阔的应用前景。
复杂野外环境下油茶果快速鲁棒检测算法
智能汽车领域IC设计面临着什么挑战？
宏光半导体完成配售14,346,000股
美国人不可能绕过5G做6G 6G作用就是解决5G痛点
小米6正面谍照曝光:黑边消失 型号为MI6
基于微处理器LPC2214和GPS接收器实现车载导航终端的设计
国产首款USB3.0HUB芯片成功进入商用可兼容RTS5411、VL817、GL3510
机器学习相关介绍:没有免费午餐定理
非接触式激光超声图像公布 将极大地扩大临床环境中医生的使用范围
中国比克宣布履行动力电池供货合同
小米将可能会发布一款100英寸的特大号小米电视5
支高招：可控硅调光的噪声抑制方法
西门子SMART PLC的控制回路、PLC程序和上位机程序设计
万兆交换机与千兆交换机的区别
中科大熊宇杰&龙冉Nature子刊：等离子体诱导人工光合作用
华为P10曝光，配置强大，狙击iPhone8
生而独立 贯穿未来|紫光展锐2022智能穿戴沙龙成功举办
戴尔推出Latitude7285首款无线充电二合一变形本，就是多加一个底座？
2021世界传感器大会阵容强大：1场主旨报告+10个分场活动
可管理的宽带企业内部无线网解决方案解析