基于MINIGUI的轨道交通车载GPS导航系统开发

应玉明

（金华职业技术学院，浙江金华 321017）

0 引言

随着城市交通堵塞问题日益严重，城市轨道交通就成为国内外解决交通堵塞问题的有效途径。为了提高城市轨道交通中车载定位的精度和可靠度，各种车载GPS 导航系统应运而生。目前的全球定位系统有我国自主研制的北斗导航系统，俄罗斯的GLONASS 系统，欧洲的伽利略系统和美国的GPS 系统。由于美国的GPS 系统发展比较早，技术比较成熟，可靠性高，误差小，在嵌入式领域，使用也较为普遍。

使用MINIGUI 开发的导航系统在市面上比较少见。MINIGUI 是由北京飞漫软件技术有限公司开发的、国内为数不多的国际知名自由软件之一，于1998年底由魏永明先生主持和开发，经历十几年的应用，已经非常成熟和稳定，并在许多实际产品或项目中得到了广泛的应用，包括数字机顶盒、电力、通讯、医疗、工控等领域，它还可以运行在多个Linux 操作平台之上，如uCliunx 、Vxworks、uC/OS-II、OSE 等，也可以运行在Windows操作系统之上。

1 系统的功能及结构

1.1 系统的功能

本系统采用ARM平台，使用MINIGUI进行嵌入式图形开发，实现GPS 导航。系统能方便查询当前行驶的经度、纬度、行驶速度、当前时间及相关报警信息等。

1.2 结构

图1 所示为本系统结构图，它由ARM 开发板、显示模块、电源模块和GPS 模块组成。GPS模块主要由串口通信、GPS 数据处理、读取数据、存入数据、数据提取、数据处理等组成。

1.2.1 串口通信

图1 系统结构图

本系统采用的是RS-232异步通信串口，主要解决了计算机经串口连接通信设备（主要是Modem），以串行二进制比特位流的形式与外界进行数据交换的问题，核心是数据终端设备DTE（计算机）与数据通信设备DCE（Modem）之间的接口问题，总共设计了14种接口类型，能提供全双工的通信方式。

1.2.2 GPS数据处理

采用CC50-BG联星公司的芯片，该芯片提供了多种格式的数据，这些不同格式的数据中包含了经纬度、时间、速度、日期、海拔高度、偏转角度、信噪比、接受状态灯信息等。采用解码的是GPRMC格式的数据。解码GPS数据分为几个过程：读取数据、存入数据、提取数据、处理数据、保存数据、清空缓存。

1.2.2.1 读取数据

系统通过串口采集的数据，利用read（fd，buffer，1）函数，从缓存中读取一个字节的数据；读取的数据有些缓慢，便于同时完成一条数据的存入，每一段数据是以“$”开头，以“ ”结尾。

1.2.2.2 存入数据

利用strcat（dest，buffer）函数把每次读到的一个字节的数据进行拼接起来，直到遇到“ ”结束。

1.2.2.3 数据提取

读取一条完整数据后，通过调用strncmp（dest，array，6）函数比较是否为所需数据，其中array数据存放提取格式数据（$GPRMC）。若是，则跳到该格式数据处理函数进行处理；若不是，则清空dest缓存里的数据，进行下一次的数据存储。

1.2.2.4 处理数据

当确定该数据是所需数据时，通过strlen函数计算出dest 数据长度，再把数据一个个送入到处理函数，这里定义了一个SectionID 变量，统计逗号个数，因为每段数据都是以逗号结束的，当统计到第一个逗号的时候开始处理第一段的数据内容，把数据按需要的长度存入到定义的结构体中，并且在每次处理结束加上’’，形成完整的一段字符数据。实现部分代码如下：

1.2.2.5 保存数据

每次处理后的数据需保存到定义好的结构体中，GPS_DATA 保存处理经度、纬度、方向、海拔高度、行驶速度、定位状态（查看是否定位成功）以及未处理的国际标准时间（UTC）等，时间日期需进行二次处理，GPS_DATE 保存处理好的时间，年、月、日、时、分、秒等信息，具体定义如下：

1.2.2.6 清空缓存

把处理结束的dest 缓存中的数据，通过bzero（dest，sizeof（dest））函数清除，以便提取下一次的数据。

1.3 GPS数据在MINIGUI中的显示

当接收到的数据在界面上显示的同时，经度纬度需要取出和数据库里面的数据进行比对，首先查询是否是所要到达的区域，如果是要到达的区域，作出相应的提示音。

1.4 GPS中加载位图

MINIGUI 提供了众多的位图操作函数，这里选择BMP格式的图片。要显示地理图片，首先要把该图片加载到应用程序的工作目录下；然后MINIGUI应用程序使用LoadBitmapFromFile函数读取BMP 文件的数据，使用FillBoxWithBitmap 函数将BMP图片输出到液晶屏显示；最后使用Unload-Bitmap 函数清楚已加载的位图资源。实现部分代码如下：

2 导航电子地图数据库

2.1 SQLite介绍

SQLite 是D.Richard Hipp 于2000 年开发出来的一个自容纳、可嵌入式、零配置数据引擎的小型C 库。它支持多数SQL92 标准，可以在主要的操作系统上运行，支持C/C＋＋、Java、PHP等大多数计算机语言。SQLite 的版权允许无限制的应用，不用支付任何使用和授权费用，它比MySql免费更彻底，已经成为了最受欢迎的开源软件之一。目前大部分手机平台都采用SQLite 作为数据库，如谷歌的Android系统、苹果的IOS系统手机平台等。基于本系统采用的是MINIGUI 编程，它最大的特点在于采用C 来编写代码，而SQLite 的底层也是C语言编写的。

2.2 SQLite与MINIGUI的连接

MINIGUI 提供给SQLite 的C 的一组API 接 口函数，通过调用这组API 便可以实现链接。对话框窗口过程函数MSG_INITDIALOG 消息处理里面调用SQLite的相关数据。

2.3 地图数据的使用

由于轨道交通只能在固定的轨道上运行，不同于社会其他车辆的运行线路，针对这个特点，本系统事先将所有线路上的每个关键节点对应的GPS 坐标位置按线路及点位置索引存放在SQLite的某个表中，该表信息可扩展，如可加上位置点的地名、站点、周围建筑等等相关信息。由于GPS数据存在一定的精度漂移，综合分析线路数据可以修正GPS数据。系统采用三级缩放模式，由车载设备上的按钮进行放大、缩小切换。第一级全屏显示所有线路及当前位置；第二级放大显示所有线路的所有站点，当前位置为屏幕中心；第三级放大显示所有线路的道岔、信号机信息，当前位置为屏幕中心。地图采用位图或切片组合方式显示。由每一级地图左上角、右下角GPS坐标和像素坐标值，可以推导出给定GPS坐标点对应的屏幕坐标。基于以上原理，事先将线路及环境信息画出，然后将采集的GPS点实现动态位置标注，同时将当前位置置于屏幕中心。将地面传送的道岔、信号机、信标等设备状态也显示在地图上，从而实现车载导航、预警、信息的显示。本系统能够实现前后车位置距离预警、前方信号机道岔预警、前方站点距离及预计到达时间提示，运行线路回放等功能。

3 结论

本文深入探讨了MINIGUI 和SQLite 数据库在车载导航系统中的应用以及地图数据的使用，方法简单实用，思路清晰，在实际的应用过程中可以根据自己的需求来进行改动。本系统已经在厂矿铁路、有轨电车领域都有成功案例。开发本系统，需要搭建PC 和ARM 开发板的环境，由于通过MINIGUI的官网下载的Winows版本功能有所裁剪，所以建议读者安装Linux版本，不过配置比较麻烦，在网上有很多安装手册。

［1］王欣欣，蒋念平.基于ARM⑩的嵌入式系统导航仪的设计与开发［J］.微计算机信息，2012，28（-9）：150-151.

［2］北京飞漫技术有限公司.MINIGUI 编程指南［Z］.2004.

［3］北京飞漫技术有限公司.MINIGUI 用户手册［Z］.2007.

［4］张斌，罗桂娥.MINIGUI 连接SQLite 数据库的编程实现［J］.微计算机信息，2008，24（9）：138-140.