手持式数字导航仪的设计

韩 剑 赵秋明

桂林电子科技大学， 桂林 541004

手持式数字导航仪的设计

韩 剑 赵秋明

桂林电子科技大学， 桂林 541004

本文设计的手持式数字导航仪采用基于ARM作为主控制器的系统设计。通过(LEA-5A)GPS模块采集信号实现导航定位功能，采用触摸液晶显示屏（LCD）的人机接口，为操作人员提供了良好的操作界面。信息存储于SD卡中。

GPS；SD卡；ARM

引言

本系统能够非常清楚的提供一个校园电子地图。实现对特定范围的导航定位，通过触摸屏点击需要了解的路段或者建筑物，显示屏上会显示出相应的图片文字或者视频介绍，让用户非常清楚的了解掌握当前信息。本系统也能够通过更新下载导航其他校园、公园或者大型展厅等的地图信息。

1、系统设计

基于ARM的数字导航仪系统的构成，它主要由7个部分组成： GPS模块、SD卡模块、主控制器、液晶控制模块、触摸控制模块和七寸液晶屏。主控制器以16位接口的方式控制液晶控制器(SSD1963) ，驱动一块七寸液晶屏。主控制器通过SPI总线从SD卡上加载图标和地图并显示在七寸液晶屏上。主控制器通过控制触摸控制器，以触控的方式实现人机交互。GPS模块接收到定位数据通过串口传给微控制器进行解读，得到定位信息后以图形或数据的方式显示在七寸液晶屏上。

2、系统硬件电路设计

2.1 GPS模块

GPS接口使用一个串口,TX和RX即可和主控制器进行通讯。GPS的正电源并未直接与主电源的正电源连接，而是和AO4606相连。

2.2 触摸屏控制

触摸控制电路选用一片XPT2046，电路的输入口是一个四线电阻接口，输出口为一个SPI口和一个中断引脚，芯片忙指示引脚，芯片的工作电压和AD参考电压均为3.3V。用两个104电容跨接于X轴和Y轴，以便虑掉触摸屏自身产生的噪声，如由LCD 和升压电路产生的噪声。电容和电阻形成一个低通滤波器从而抑制了噪声。电容取值过大可能导致建立时间的增加，出现触摸响应缓慢现象，因此选择电容时要考虑触摸响应时间要求。

2.3 SD卡接口电路

SD卡接口方式有两种，一种为SPI方式，一种为SDIO方式。本电路使用的是SPI方式，只需要四根线。SD的地同样未与电源地直接直连，而是与A04606相连。此SD卡接口电路带有一个SD卡插入检测，当SD卡插入时10脚接地，拔出时10脚为高，通过检测这个脚的状态可以判断SD卡的在线状态，进而控制SD卡的电源开关。

3、系统软件设计

整个系统必须在软件的支持下才能正常工作。本设计在基于ARM的Keil C平台上进行编写调试所需的软件代码。

3.1 触摸芯片

XPT2046 数据接口是串行SPI接口，软件设计采用IO模拟SPI的方式。作为触摸屏应用时，配置为差分模式，这可有效消除由于驱动开关的寄生电阻及外部的干扰带来的测量误差，提高转换准确度。一次完整的转换需要 24 个串行同步时钟（DCLK）来完成。前 8 个时钟用来通过DIN引脚输入控制字节。当转换器获取有关下一次转换的足够信息后，接着获得的信息设置输入多路选择器和参考源输入，并进入采样模式。 3个时钟周期后，控制字节设置完成，转换器进入转换状态。接着的 12 个时钟周期将完成真正的模数转换。

3.2 GPS模块(LEA-5A)

主控制器使用一个USART1口，对GPS模块进行操作。配置主控制器的USART控制寄存器(USART_CR1) ，使得通讯速率配置为4800K/bps、使能接收时的直接存储器存(DMA)模式，接收采用DMA中断的形式。LEA-5A的输出数据格式为NMEA-0183, NMEA-0183以句子的方式传输数据，每一个句子以$为起始位置，而以16进位句柄13、10为终止，及ASCII中的{CR}和{LF}码。每一个句子的长度不一定，最长可达82个字符，而句中的字段以逗号分格。第二、三个字符为传输设备的标识符，如GP为GPS的接收仪、LC为Loran-C接收仪、ON、为Omega Navigation接收仪。第四五六个字符为传输句子的名称，如RMC为GPS建议的最小传输数据。

3.3 GPS模块与地图校准

校准方法为首先在地图上取三个点如(133，201) ，(376，249) ，(556，72) ，这三个点的选取不能太靠近屏幕的边缘，也不能太过于集中。然后拿着GPS接收机到与地图相对应的实际位置去接收并记录经纬度数据，得三个点如(3390，324) ，(3282，4063) ，(3915，4832) ，最后将这个六个点代入函数setCalibrationMatrix求出对应的A、B、C、D、E、F参数。到此GPS模块与地图的校准工作就完成了，以后只要将GPS模块接收到的经纬度小数点后四位数代入函数getDisplayPoint，即可得到地图上对应的坐标，用此方法校准过后的定位系统定位误差将减小。

4、 结论

本手持式数字导航仪经过理论分析设计、硬件制作到软件调试，已经基本实现一个数字化校园的导航，满足个人移动导航信息系统的需求。该数字导航仪能根据使用的场合不同，较快速的完成地图数据源的制作及相关信息的添加，有一定的扩展能力。

[1]胡友健.全球定位系统(GPS)原理与应用[M].武汉：中国地质大学出版社，2003.

[2]李天文.GPS原理及应用[M].北京：科学出版社，2003.

[4]张崙.32位嵌入式系统硬件设计与调试[M].北京：机械工业出版社，2005.

[5]王田苗.嵌入式系统设计与实例开发[M].北京：清华大学出版社，2007.

[6]戚正伟.嵌入式GIS开发及应用[M].北京：清华大学出版社，2009.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.067

韩剑，讲师，桂林电子科技大学信息科技学院。