劉蔚

（陜西財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學院陜西咸陽712000）

泛在的意思就是無所不在，泛在位置服務指的就是實現(xiàn)信息及物理的空間無縫對接，從而使服務具有無所不包、無所不在和無所不能的特點，還能夠使人們實現(xiàn)任何地點、任何時間、任何物和任何人都能夠順利的通信，從而利用合適終端設備實現(xiàn)接入網(wǎng)的相互通信，以此得到無所不在及無時無刻的位置服務[1]。SINS屬于捷聯(lián)慣性導航系統(tǒng)，其具有自主導航的能力，不需要外界的電磁信號就能夠具有獨立速度、姿態(tài)及位置的信息，并且具有較強的抗外界干擾能力，但是無法實現(xiàn)具有較高的精度任務[2]。GPS屬于高精度的全球三維實時衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并且具有高精度及全天候的優(yōu)勢，但是其具有較差的自主性和抗干擾能力，無法滿足快速的實時導航需求?，F(xiàn)代定位導航技術(shù)都具有自身的優(yōu)缺點，使用卡爾曼濾波器能夠?qū)F(xiàn)代定位導航技術(shù)兩個相互結(jié)合，從而組合成為全新的導航系統(tǒng)，從而組合成為具有較高精度的導航任務[3]，基于此，本文就針對基于泛在位置服務的嵌入式導航計算機系統(tǒng)的設計進行全面分析。

1 嵌入式導航計算機系統(tǒng)的需求

首先，以現(xiàn)代導航系統(tǒng)功能特點為基礎，可以將系統(tǒng)功能分為3部分，分別為數(shù)據(jù)收集、導航參數(shù)運算及數(shù)據(jù)的輸出。

其中數(shù)據(jù)收集指的是根據(jù)系統(tǒng)輸出信號，將不同信號轉(zhuǎn)化成為統(tǒng)一數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)收集；

導航數(shù)據(jù)輸出指的是根據(jù)針對性的方式實現(xiàn)控制系統(tǒng)的輸出，從而使控制系統(tǒng)解算之后對運載體的速度及姿態(tài)進行調(diào)整，以此使其能夠到達正確的目標位置中；

導航參數(shù)的解算主要目的就是實現(xiàn)位置姿態(tài)信息計算，要求其具有一定的數(shù)據(jù)處理能力[4]。

另外，導航計算機屬于系統(tǒng)的核心處理器，其除了以上基本的功能之外，還要求其具有自身的獨特性能，從而對系統(tǒng)整體能夠造成影響，包括系統(tǒng)應用范圍。本文所研究系統(tǒng)的性能需求主要包括以下方面：

要求導航計算機具有較高的實時性，計算機接口的主要目的就是實現(xiàn)實時的輸入和輸出，所以在導航精度需求不斷提高的過程中，對于導航計算機實時性的需求也在不斷的提高。

要求導航系統(tǒng)的體積較??；

要求導航計算機系統(tǒng)具有較低的功耗，并且保證系統(tǒng)運行過程中的可靠性；

要求導航計算機系統(tǒng)的性價比較高，從而提高應用范圍[5]。

2 嵌入式導航計算機系統(tǒng)的框架

根據(jù)以上需求，實現(xiàn)嵌入式導航計算機系統(tǒng)的框架設計，詳見圖1。

圖1 嵌入式導航計算機系統(tǒng)的框架設計

3 嵌入式導航計算機系統(tǒng)的硬件設計

導航計算機系統(tǒng)的硬件電路設計主要包括軟核處理器、外圍電路。

3.1 軟核處理器

現(xiàn)代軟核處理器主要包括3種，分別為高性能軟核、精簡軟核和標準軟核。軟核處理器的開發(fā)套件較為完善，主要包括集成開發(fā)環(huán)境、編譯器、調(diào)試器和協(xié)議棧。圖2為軟核處理器的結(jié)構(gòu)。

圖2 軟核處理器的結(jié)構(gòu)

3.2 接口電路的設計

其一，電源電路。圖3為供電電路，其功率及電流較低，電路簡單，能夠使用。

圖3 供電電路的結(jié)構(gòu)

其二，接口電路。一般在嵌入式導航計算機系統(tǒng)中，需要實現(xiàn)SDRAM的外部接口，因為其的成本較低，容量較高優(yōu)勢，所以要選擇使用SDRAM作為程序在運行過程中的外部存儲器。SDRAM動態(tài)存儲單位是通過管柵極電容實現(xiàn)電荷存儲的原理創(chuàng)建，但是因為此柵極電容容量比較小，那么其保存電荷的時間有限，所以為了能夠?qū)崿F(xiàn)漏掉電荷的補充，避免信號存儲丟失，就要定期進行電荷補充[6]。圖4為SDRAM接口電路的創(chuàng)建。

圖4 SDRAM接口電路的創(chuàng)建

其三，加速度調(diào)理電路。此部分電路能夠?qū)崿F(xiàn)加速度信號的隔離、變換、濾波及放大處理，從而使輸入信號滿足A/D轉(zhuǎn)換的需求。圖5為單路電路的構(gòu)成。

圖5 單路電路的構(gòu)成

4 嵌入式導航計算機系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)

4.1 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊

數(shù)據(jù)發(fā)送模塊要將收集到的內(nèi)容到寄存器中存儲，之后發(fā)送幀串行數(shù)據(jù)，包括串行數(shù)據(jù)位、起始位、奇偶位及停止位。為了能夠?qū)顟B(tài)并行數(shù)據(jù)及發(fā)送串行數(shù)據(jù)進行控制，就要具有發(fā)送移位寄存器及控制器。在實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)發(fā)送的過程中，要將信號發(fā)送器實現(xiàn)數(shù)據(jù)位、起始位的選擇，控制器的主要目的就是對數(shù)據(jù)的發(fā)送進行控制。控制器的主要目的就是對控制器進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，從而產(chǎn)生起始位，對兩計數(shù)器的計數(shù)進行控制[7]。圖6為系統(tǒng)的發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)。

圖6 系統(tǒng)的發(fā)送模塊結(jié)構(gòu)

發(fā)送控制器屬于發(fā)送模塊中的核心單位，能夠?qū)Πl(fā)送器的其他模塊進行協(xié)調(diào)控制，通過狀態(tài)機進行實現(xiàn)[8]。圖7為發(fā)送該控制的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)移圖。

圖7 發(fā)送該控制的轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)移圖

4.2 數(shù)據(jù)接收模塊

數(shù)據(jù)接收模塊要進行起始位檢測，之后對數(shù)據(jù)進行接收，然后實現(xiàn)奇偶校驗，對停止位進行識別，最后出現(xiàn)錯誤狀態(tài)信息，在接收模塊中實現(xiàn)結(jié)果的寫入。所以，接收模塊要求具有接收移位寄存器、奇偶校驗器、控制器和起始位的檢測電路，和接收模塊相同[9]。圖8為接收模塊的結(jié)構(gòu)。

圖8 接收模塊的結(jié)構(gòu)

此模塊中的接收控制器主要是通過有限狀態(tài)機進行實現(xiàn)，以接收數(shù)據(jù)幀為基礎，從而實現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換[10]。圖9為狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程。

圖9 狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程

4.3 路徑規(guī)劃模塊

路徑規(guī)劃模塊的主要目的就是使駕駛?cè)藛T在旅行過程中實現(xiàn)行駛路程的規(guī)劃，其也是路徑導航中的基本模塊，其能夠有效實現(xiàn)導航功能。其在城市密集道路網(wǎng)中行駛，根據(jù)側(cè)重點不同，從目前為止到目的為止的路線方案也各不相同，比如最高性價比、最優(yōu)路徑和最短時間，從而為駕駛?cè)藛T在道路選擇過程中提供較多的條件[11]。此模塊能夠在數(shù)字地圖中實現(xiàn)導航路徑和起始點、目的地坐標的輸入，用戶能夠利用路徑分析實現(xiàn)路徑的自動規(guī)劃，從而將規(guī)劃之后的路徑對路徑處理進行提交，并且顯示，進行保存入庫[12]。圖10為嵌入式導航系統(tǒng)的導航技術(shù)方案。

圖10 嵌入式導航系統(tǒng)的導航技術(shù)方案

5 系統(tǒng)的實現(xiàn)

5.1 路徑規(guī)劃

路徑規(guī)劃主要包括數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)解碼模塊，用戶利用人機界面對用戶在數(shù)字地圖中的最佳路徑位置進行規(guī)劃，將點位數(shù)據(jù)到導航路徑中進行輸入，并且將規(guī)劃實現(xiàn)的導航路徑到路徑數(shù)據(jù)庫中進行存儲。數(shù)據(jù)顯示模塊的主要目的就是以系統(tǒng)參數(shù)配置為基礎，實現(xiàn)用戶規(guī)劃路徑的可視化展現(xiàn)。數(shù)據(jù)解碼模塊的主要目的就是實現(xiàn)路徑數(shù)據(jù)的恢復，用戶能夠利用觸摸屏及鼠標在系統(tǒng)界面中繪制手動該路徑[13]，圖11為系統(tǒng)路徑規(guī)劃的實現(xiàn)效果。

圖11 系統(tǒng)路徑規(guī)劃的實現(xiàn)效果

5.2 實時導航

實時導航主要包括偏航報警、數(shù)據(jù)顯示及軌跡記錄模塊，其中的軌跡記錄模塊主要目的就是對目前位置信息進行接收，并且對歷史軌跡信息進行保存。偏航報警模塊的主要目的就是對目前導航路徑偏移量及位置進行計算，在偏移量較大的時候，就要實現(xiàn)用戶報警[14]。圖12為系統(tǒng)實時導航的執(zhí)行序列。

圖12 系統(tǒng)實時導航的執(zhí)行序列

5.3 系統(tǒng)參數(shù)的設置

系統(tǒng)參數(shù)的設置主要是利用人機交互界面實現(xiàn)，設置偏航閾值、導航路徑顏色及導航軌跡，參數(shù)的設置功能對相應的設置結(jié)果進行返回，用戶利用鼠標及觸摸屏對自身需求參數(shù)進行設置，設置完成之后點擊確定，并且在導航電子地圖中進行展現(xiàn)[15]。圖13為參數(shù)的設置效果。

5.4 路徑管理

路徑管理的主要包括路徑保存、路徑刪除、路徑瀏覽模塊構(gòu)成，首先用戶要利用路徑保存模塊實現(xiàn)導航路徑的接收和規(guī)劃，用戶利用對文件系統(tǒng)中導航路徑進行讀取，在用戶對導航路徑查看的時候，能夠利用路徑瀏覽模塊進行查看，用戶的所有操作都是利用人機界面交互實現(xiàn)[16]。

圖13 參數(shù)的設置效果

6 結(jié)束語

根據(jù)定位的多種方式優(yōu)缺點，本文就提出了基于泛在位置服務的系統(tǒng)，實現(xiàn)了系統(tǒng)硬件電路及軟件模塊的設計[17]。本文最后通過系統(tǒng)實現(xiàn)表示，此系統(tǒng)的重量較輕、體積較小、具有較強的自主性，并且成本較低，而且還能夠提供大量的質(zhì)量導航信息，其具有一定的應用價值及發(fā)展前景。