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技

术

参

数

要

求

工

作

量

划

考

资

料

指导教师签字

基层教学单位主任签字

说明：

此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

年月日

摘要

几年来，随着计算机技术、电子技术的飞速发展，汽车的智能化逐渐成为汽车工业发展的必然要求。

随着嵌入式系统的网络化、智能化趋势和半导体王艺的进步，嵌入式处理器的性能大幅提高，其应用领域也越来越广泛。

嵌入式技术为汽车电子提供了极佳的解决方案，使开发出高性能、低成本的智能车载终端成为可能。

无线数据传输技术的快速发展给相关产业和领域的发展带来了极大的机遇，尤其是对数据采集与传输系统方面的应用。

无线传输技术极大的扩展了数据采集与传输系统的应用范围，降低了制造和维护成本，提高了系统的设计与运行效率。

文中分别从软件和硬件两个方面进行了原理分析，并给出了详细的设计方案。

包括硬件平台的设计、操作系统定制移植、软件开发平台的选择和应用程序开发等方面。

硬件平台设计包括：

在研究STM32处理器的特性、外围接口的基础上核心系统的构建；

针对GPRS模块的实现公能、数据接口、引脚功能，完成了其与STM32的接口设计；

依据GPS模块的特性、基本结构和外部引脚定义，完成了GPS模块与STM32处理器接口设计；

以及LCD接口、USART接口等外围接口的详细设计。

软件平静主要包括GPS信息的采集与解析，GPRS与监控中心的通讯，发短信，LCD显示等程序。

最后对所做工作做了总结，对系统今后研究方向做了展望。

比如可以采用和电子地图相结合的手段获得更为精确和详细的定位数据，为用户提供更为方便的服务和更好的地图视觉效果。

以后一定继续完善车辆定位系统的功能以满足未来发展的需要。

关键词：

通用分组无线业务（GPRS）GPS定位系统STM32处理器车载监控

Designofintelligent 

clothes 

systembasedonMCU

（英文姓名）

Abstract

Withthedevelopmentofsocio-economiclevel,people'

slivesarenowseekingpersonalized,automated,fast-pacedpursuit,thepursuitoffunlifestyle,moreandmorehigh-endhomeimprovementrequirements,lifeathomehumane,intelligentcontrolrequirementsmakeintelligentsmarthometechnologyhasbeenwidelyusedinelectronicproducts,alongwiththerapiddevelopmentofintelligenthomeandintelligentdevelopmenttoolssignificantlybehindlaundryafterthedevelopmentofintelligentappliancesandotherhouseholdnowhasarousedgreatconcerninsociety.Inthispaper,inordertograspthemarket,adapttothetimestheme,designandimplementationofintelligentsystemsracks.

MCUcollectedlight,RaindroptwoexternalweathersignalsandMCUcontrolviarotatingracks,hangersbeadjustedbyrotatingthesteppermotor,whentheexternalsunnyandnorain,itwillturnoutracks,dryingclothes;

whenitrainsorwhenthereisnosunlight,backtotheroom,topreventrainwet,oritwasdark.Lightsensorwhichphotoresistor,rainsensorLY-69raindropsensor,steppermotorcontrolhardware,lightingandraindropskeycircuitsetthresholds5110LCDsensemeasureandsetvalues,andworkstatus.

Throughthedesignandcommissioningofsmartlaundryexperimentalsystembasedonsinglechip.

Keywords：

Intelligentlaundry;

illumination;

raindrop;

MCU

第1章绪论

1.1课题背景

卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供的位置、速度及时间等信息来完成对各种目标的定位、导航。

卫星导航技术是全球发展最快的三大信息产业之一，涉及集成电路技术、软件技术、通讯技术、嵌入式系统、地理信息系统等多领域的战略性高新科技，在信息、交通、安全防卫、农业、渔业、防灾、救灾、环境监测等方面发展前景十分广阔[1]。

随着社会的不断进步，车辆在人们的生活中起了越来越重要的作用，而车辆带来的问题也日趋明显，车载卫星定位系统集合全球卫星定位技术，现代移动通信技术，地理信息系统技术于一身，不仅在智能交通系统中担负主要作用，同时还可以提供防盗防抢劫报警，紧急医疗求助等多种服务[2]。

车载导航和监控系统是ITS的重要组成部分，它们在很大的程度上依靠GPS定位技术、GIS地图服务技术和无线通信技术来实现其功能。

GIS电子地图，为车辆监控系统提供了一个车辆位置信息的一个形象的可视化表现手段，GPS定位技术使车辆监控中的实时跟踪定位成为可能，而GPRS无线通信技术则在GIS和GPS之间建立一座无线数据通信的桥梁，使得远程监控成为可能。

通过准确的定位，配合无线通信技术以及数字地图，车辆监控系统可以进行实时车辆状态监控、规划出行路线、引导车辆避开拥挤路段，提高道路通行能力，缓解道路拥挤和堵塞[3]。

1.2本系统研究的国内外现状

国外对车辆导航与监控系统的研究比较早，大约开始于20世纪60年代，最初主要应用于军事上。

近十年来车辆导航与监控系统的研究已经达到相当高的水平，开发了各种智能化车载导航与监控电子装置，并被广泛应用于汽车上。

就目前情况来看，日本是当今车辆导航定位监控系统发展最为成功的国家之一。

在日本的一些豪华汽车上，电子导航设备已经成为标准配置。

在日本和欧美，装载有导航设备的汽车数量比例非常高。

2005年日本汽车车载导航设备安装率高达59％，欧美约在25％左右。

同时，在北美、欧洲、日本等地，汽车导航销售额居各类GPS市场之首。

车辆导航监控系统可以很方便的使驾驶员得到车辆的具体位置、速度和方向等信息；

还可以提供路线查询、路径查询，以使驾驶员可以更快的到达目的地；

以及遭遇人身安全问题时，获得紧急求助[4]。

目前，国内的车载导航监控系统存在着很多问题。

首先从卫星导航的整个应用而言，我国在卫星导航领域基本上都是依靠进口的GPS芯片，国内厂商在这些芯片产品上进行二次开发，生产车载终端、自导航和手持定位仪等产品。

2007年国内自主研发的首款应用于车载的卫星导航接收芯片“航芯二号”的设计成功，表明国内已经完全具备GPS、伽利略、北斗等全球卫星导航接收芯片的开发能力，可以替代进口产品，成为中国集成电路设计领域的重要技术突破[5]。

另外，国内GPS应用尚未实现普及，并非是技术和硬件问题，而主要在于满足用户需求的服务比较少。

国内在智能车载装置的研发还要进一步加大投入，增加系统的功能、提高系统性能。

随着嵌入式微处理器的不断发展和我国自主研发卫星导航定位技术和卫星导航接收芯片的不断完善，相信我国的车载监控终端会朝着功能越来越完善、性能越来越稳定、设计越来越人性化的方向快速发展。

1.3本文主要研究内容和工作

近年来，GPS在车辆管理和调度系统中得到越来越广泛的应用。

本系统采用STM32为控制器，用GPS模块来实现空间的定位，用GPRS模块实现远程的通信控制，具有数据管理、精确定位、实时监控和直观显示等功能，十分适合车辆定位系统的远程监控和管理。

基于以上的设计方案，采用性价比高的STM32处理器为控制核心，采用UART接口读取车辆的GPS定位信息，经过信息处理把信息显示在屏幕上，利用AT指令通过串口和GPRS模块进行通讯，通过GPRS模块把采集到的信息通过TCP/IP协议送到Internet网络或通过短信发送到指定的手机上，在远程收到定位信息后通过已有的数据库确定路况，路线等信息。

实时连续地对车辆的准确位置，速度，方向以及周围的详细地理环境进行监控和查询，对最优路径进行计算和规划，帮助驾驶员及时了解车辆目前的位置和状况，从而快速，安全，准确地到达目的地。

基于以上系统设计思想，我将从GPRS模块、GPS模块、STM32处理器等模块详细介绍系统的设计，本文结构如下：

第1章，绪论。

简要介绍了论文选题的背景及意义、课题的来源及各章节结构。

第2章，系统总体设计和关键技术。

主要介绍了系统的总体设计思想，然后详细介绍了与此相关的GPRS无线通信网络的传输原理及其优缺点，全球定位系统GPS系统的产生、发展、坐标转换和数据格式，和STM32处理器等关键技术，为后面的应用做准备；

第3章，系统硬件设计与开发，详细介绍了定位系统的GPRS模块的硬件结构和电路设计；

GPS模块的电气特性和接口设计；

STM32处理器的总线结构、系统时钟、电源等必备硬件结构；

LCD液晶显示等人机接口的电路设计；

电源模块等辅助电路的设计；

第4章，操作系统的移植和软件的设计开发。

鉴于系统复杂繁多的任务量，把适用于嵌入式系统的抢占式实时多任务操作系统UCOS-II移植到本系统中，为后面的任务分配做好准备工作；

并详细介绍了系统各模块的通信协议和软件接口并编写相应的各模块的程序；

最终结合硬件完成整个系统的软件硬件搭建；

第5章，总结与展望。

首先对本课题完成的工作进行了总结，然后结合本课题涉及领域的发展现状进行了展望。

第2章系统总体设计和关键技术

2.1系统的整体设计

本系统采用性价比高的STM32处理器为控制核心，采用UART接口读取车辆的GPS定位信息，经过信息处理把信息显示在屏幕上，利用AT指令通过串口和GPRS模块进行通讯，通过GPRS模块把采集到的信息通过TCP/IP协议送到Internet网络或通过短信发送到指定的手机上，在远程收到定位信息后通过已有的数据库确定路况，路线等信息。

c

图2-1系统结构框图

整个系统如图2-1所示，采用STM32为控制器，使用GPRS和GPS为功能模块，外加键盘和屏幕显示为辅助输入输出模块，提供一个人性化的交互平台。

通过这个整体有机的把各个模块结合在一起，完成所要设计的功能。

此系统将包含GPRS通信模块、GPS定位模块、STM32处理器等模块，本章将主要介绍将要用到的各模块的主要工作原理

2.2GPRS技术

GPRS是通用分组无线服务技术（GeneralPacketRadioService）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。

GPRS可说是GSM的延续。

GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。

GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps。

GPRS经常被描述成“2.5G”，也就是说这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间。

它通过利用GSM网络中未使用的TDMA信道，提供中速的数据传递。

GPRS突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。

而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输都会更方便容易。

GPRS分组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。

数据传送之前并不需要预先分配信道，建立连接。

而是在每一个数据包到达时，根据数据包头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的信道资源将该数据报发送出去。

在这种传送方式中，数据的发送和接收方同信道之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用[6]。

由于数据业务在绝大多数情况下都表现出一种突发性的业务特点，对信道带宽的需求变化较大，因此采用分组方式进行数据传送将能够更好地利用信道资源。

2.2.1GPRS网络结构

GPRS网络引入了分组交换和分组传输的概念，这样使得GSM网络对数据业务的支持从网络体系上得到了加强。

图2和图3从不同的角度上给出了GPRS网络的组成示意图。

GPRS其实是叠加在现有的GSM网络的另一网络，GPRS网络在原有的GSM网络的基础上增加了SGSN（服务GPRS支持节点）、GGSN（网关GPRS支持节点）等功能实体。

GPRS共用现有的GSM网络的BSS系统，但要对软硬件进行相应的更新；

同时GPRS和GSM网络各实体的接口必须作相应的界定；

另外，移动台则要求提供对GPRS业务的支持。

GPRS支持通过GGSN实现的和PSPDN的互联，接口协议可以是X.75或者是X.25，同时GPRS还支持和IP网络的直接互联[7]。

GPRS网络框图如图2-2所示。

图2-2GPRS网络结构框图

2.2.2GPRS的技术优势

目前，用手机上网还显得有些不尽人意。

因此，全面的解决方法GPRS也就这样应运而生了，这项全新技术可以令您在任何时间、任何地点都能快速方便地实现连接，同时费用又很合理。

简单地说：

速度上去了，内容丰富了，应用增加了，而费用却更加合理。

（1）高速数据传输

速度10倍于GSM，更可满足您的理想需求，还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件，可谓不一般的巨大进步。

（2）永远在线

由于建立新的连接几乎无需任何时间（即无需为每次数据的访问建立呼叫连接），因而您随时都可与网络保持联系。

（3）仅按数据流量计费

即根据您传输的数据量（如：

网上下载信息时）来计费，而不是按上网时间计费也就是说，只要不进行数据传输，哪怕您一直“在线”，也无需付费。

它真正体现了少用少付费的原则。

（4）相对低廉的连接费用

资源利用率高在GSM网络中，GPRS首先引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。

对于分组交换模式，用户只有在发送或接收数据期间才占用资源，这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道，从而提高了资源的利用率。

GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据，体现了“得到多少、支付多少”的原则。

（5）传输速率高

GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率（最高值为171.2kbit/s，不包括FEC）。

这意味着数年内，通过便携式电脑GPRS用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览，同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能。

（6）接入时间短

分组交换接入时间缩短为少于1秒，GPRS是一种新的GSM数据业务，它可以给移动用户提供无线分组数据接入股务。

GPRS主要是在移动用户和远端的数据网络（如支持TCP／IP、X.25等网络）之间提供一种连接，从而给移动用户提供高速无线IP和无线X.25业务。

GPRS采用分组交换技术，它可以让多个用户共享某些固定的信道资源。

如果把空中接口上的TDMA帧中的8个时隙都用来传送数据，那么数据速率最高可达164kb/s。

GSM空中接口的信道资源既可以被话音占用，也可以被GPRS数据业务占用。

当然在信道充足的条件下，可以把一些信道定义为GPRS专用信道。

要实现GPRS网络，需要在传统的GSM网络中引入新的网络接口和通信协议。

目前GPRS网络引入GSN（GPRSSurportingNode）节点。

移动台则必须是GPRS移动台或GPRS/GSM双模移动台[8]。

2.3GPS技术

卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供的位置、速度及时间等信息来完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。

卫星导航定位系统是一种以卫星为基础的无线电导航系统，可提供高精度、全天时、全天候的导航、定位和授时信息，是一种可供海、陆、空军民用户共享的信息资源[11]。

2.3.1导航定位技术现状

自1957年世界上第一颗人造地球卫星发射成功以来，人造地球卫星技术在通信、气象、资源勘察、导航、遥感、大地测量、地球动力学、天文学和军事科学等众多领域，得到了极广泛的应用[12]。

世界上最早的卫星导航系统是美国的子午仪导航系统（1964年开始运行）。

随后，为满足日益增长的军事需要，20世纪60年代末70年代初，美国和前苏联分别开始研制全天候、全天时、连续实时提供精确定位服务的新一代全球卫星导航系统，到90年代中期全球卫星导航定位系统GPS和GLONASS均已建成并投入运行。

我国也建设了具有自主知识产权的北斗卫星定位系统：

“北斗一号”于2003年底正式开通运行。

欧盟筹建的Galileo全球卫星导航系统正在计划实施之中[13]。

以下是几种主要导航定位系统的现状比较：

目前GPS在实际应用和产业化上处于国际垄断地位。

特别是从美国于2000年5月1日宣布中止了SA政策后，GPS以其技术优势和廉价的使用成本，在全球得到广泛应用，涉及野外勘探、陆路运输、海上作业及航空航天等诸多行业，其相关产品和服务市场的年产值达80亿美元，成为当今国际公认的八大无线产品之一。

GLONASS比GPS系统起步晚9年，全系统正常运行比GPS晚近3年。

在1996-1998年间，由于经济困难，GLONASS星座得不到正常的维护，导致系统性能衰退。

目前，俄罗斯已下决心恢复和进一步发展该系统。

我国目前正在自主研发的北斗卫星导航定位系统填补了我国卫星导航定位领域的空白，成为世界上第三个拥有自主卫星导航定位系统的国家。

于2003年底建成北斗卫星导航试验系统，2007年分别成功研发了我国首款应用于车载的卫星导航接收芯片“航芯一号”和应用于手机的首款CMOS全球卫星导航接收芯片“航芯二号”，标志着我国在全球卫星导航接收芯片技术领域进入国际先进水平。

未来几年将分别在军用、民用领域发挥作用。

欧洲于1992年2月提出的独立自主研发的导航卫星系统—Galileo系统将成为第一个民用的全球卫星导航定位系统，具有配置、频率分布、信号设计、安全保障及其多层次、多方位的导航定位特点，其在通信、定位精度、信号功率等方面的性能优于GPS，目前正在建设中。

综合考虑各系统性能以及全球卫星导航接收机芯片技术等方面，本系统中选用了全球定位系统GPS，获得高精度的定位信息。

2.3.2GPS卫星定位原理

全球定位系统（GlobalPositionSystem——GPS）是美国从本世纪70年代由美国国防部批准开始研制，历时20年，耗资300亿美元，于1994年全面建成，是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

全球定位系统是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，采纳了子午仪系统的成功经验，是美国第二代卫星导航系统。

GPS系统包括三大部分：

空间部分——GPS卫星星座；

地面控制部分一地面监控系统：

用户设备部分——GPS信号接收搬。

空间部分为21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成的卫星星座。

卫星分布在6个轨道平面上，每个轨道平面上有4颗卫星，在约2万千米高空的卫星，从地平线升起至没落，可以在用户视野持续5小时左右。

每一个用户在任何地方都能够同时接收到来自4～12颗GPS卫星的定位信号，实现全球性全天时的连续不断的导航定位[13]。

控制部分主要由1个主控站、5个监控站、3个地面注入站组成，形成一个分布在全世界的地面控制监视网，监视着各个卫星的工作状态。

主控站主要协调和管理地面监控系统的工作，监控站是在主控站直接控制下的数据采集中心，地面注入站的主要任务是在主控站的控制下，将主控站推算和编制的卫星星历、卫星时钟偏差、导航电文等其他指令等注入到相应卫星的存储系统。

用户设备的主要任务是接收GPS卫星发射的信号，以获得必要的导航和定位信息及参数，经过数据处理，实现导航和定位功能。

GPS是利用测距交会原理确定点的位置来进行定位的。

它采用多星高轨测距体制，以接收机到GPS卫星之间的距离作为基本观测量。

当地面用户的GPS接收机同时接收到3颗以上卫星的信号后，通过使用伪距测量或载波相位测量，测算出卫星信号到接收机所需要的时间、距离，再结合各卫星所处的位置信息，将卫星至用户的多个等距离球面相交后，即可确定用户的三维（经度、纬度、高度）坐标位置以及速度、时间等相关参数。

定位原理图如图2-3所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间

，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据可以确定以下四个方程式：

（2-1）

（2-2）

（2-3）

（2-4）

图2-3GPS定位原理

上述四个方程式中待测点坐标X，Y，Z和

为未知参数，其中

。

分别为卫星l、卫星2、卫星3、卫星4到接收机之间的距离。

分别为卫星l、卫星2、卫星3、卫星4的信号到达接收机所经历的时间。

C为GPS信号的传播速度（即光速）。

四个方程式中各个参数意义如下：

X，Y，Z为待测点坐标的空间直角坐标。

、

分别为卫星l、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。

分别为卫星l、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。

为接收机的钟差。

由以上四个方程即可解算出待测点的坐标X，Y，Z和接收机的钟差

2.3.3GPS的应用

全球定位系统GPS拥有全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速等优点。

在诸多领域中得到越来越广泛的应用，最早应用于军用定位和导航。

随着技术的发展和完善，目前全球卫星定位系统GPS已逐步从军用扩展到民用，主要涉及海、陆、空的导航和定位，使世界交通运输业发生了深刻变革，推动了航天事业的发展。

同时在工业、农业、测绘、气象等领域均已得到广泛应用[14]。

下面就GPS在智能交通中的应用做一下介绍。

GPS在ITS中主要应用于车辆定位、导航和交通管理，是ITS的重要组成部分。

在任一时刻任一目标能通过GPS系统得知汽车的经纬度、速度和准确时闻，然后把这些信息通过无线通信网络提供给监控中心，监控中心负责在电子地图上显示出车辆运行轨迹；

同