GPS高度測量-物聯(lián)網綜合課程設計

第2章詳細設計方案2.1課程設計環(huán)境搭建嵌入式開發(fā)環(huán)境一般為Linux環(huán)境，通常的嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)采用一種交叉編譯調試的方式。交叉編譯調試環(huán)境建立在宿主機（即一臺PC機）上，對應的開發(fā)板叫做目標板。宿主機和目標板的處理器一般不相同，宿主機為x86處理器，而目標板如凌陽的A8實驗箱為三星S5PV210，其為ARMA8架構的處理器。GNU編譯器提供這樣的功能，在編譯器編譯時可以選擇開發(fā)所需的宿主機和目標機從而建立開發(fā)環(huán)境。所以在進行嵌入式開發(fā)前第一步的工作就是要安裝一臺裝有指定操作系統(tǒng)的PC機作宿主開發(fā)機，對于嵌入式Linux，宿主機上的操作系統(tǒng)一般要求為Linux的各種發(fā)行版，本次課程設計采用Ubuntu10.10，同時安裝gcc交叉編譯器。環(huán)境搭建流程如圖：2.1.1Ubuntu10.10的安裝嵌入式Linux的PC開發(fā)環(huán)境有幾個方案：基于PC機Windows操作系統(tǒng)下Cygwin2.在Windows下安裝虛擬機后，再在虛擬機中安裝Linux操作系統(tǒng)3.直接安裝Linux操作系統(tǒng)以上三種方案各有千秋，方案一容易存在兼容性問題；方案二在PC配置比較低的情況下會比較慢，但是既可以使用Windows上的一些軟件又可以使用到比較好的Linux環(huán)境，熟悉Windows的用戶用此方案比較順手；方案三無法使用Windows上的一些常用軟件，并且不熟悉的人操作起來比較困難。簽于此筆者建議初學者選擇方案二。方案二首先要在Windows上安裝一個虛擬機軟件，常用的虛擬機軟件為Vmware。然后再在Vmware上安裝Ubuntu10.10。在安裝完Ubuntu10.10后還要安裝嵌入式Linux的交叉編譯器和開發(fā)庫以及ARM-Linux的所有源代碼，這些包安裝后的總共需要空間大約為800M。2.1.2通過網線和串口將PC和A8實驗箱進行連接通過操作PC機的超級終端登陸實驗箱的系統(tǒng)，通過網線連接是有兩種方案：1.實驗箱的以太網接口與PC的網卡直接相連。2.將實驗箱與路由器相連。當在實驗室通過方案2連接PC機和A8實驗箱時，容易出現(xiàn)ip沖突等問題，所以直接將用網線將實驗箱的以太網接口和PC的網卡直接相連。此時需要將A8實驗箱和PC機設置在同一網段才能正常通信。具體步驟如下:通過超級終端建立連接并登陸到A8實驗箱的系統(tǒng)中（賬號：root，密碼：111111）登陸成功2）對A8實驗箱的IP進行配置，并重啟網絡服務器。（主要用到的Linux語句：ipconfigeth0-i00-m-g和servicenetworkrestart）更改IP并重啟網絡服務器3）更改主機電腦的IP（注意將宿主機和實驗箱IP設置在同一網段）更改宿主機IP2.1.3GPS模塊的連接實驗箱引出了GPS接口J33，直接把GPS模組插接到該接口上，即可實現(xiàn)對GPS模組的控制。其中GPS模組的復位信號由實驗箱GPJ4_0來控制，通信由實驗箱的UART2來完成。按照APM7101的通訊要求，UART通訊波特率為4800或者9600bps。2.1.4軟件設計與實現(xiàn)軟件實現(xiàn)是本設計的重點，使用的是嵌入式C語言編程，采用模塊化的設計思想，根據(jù)系統(tǒng)要求和相關的硬件電路。本設計中，程序首先通過GPJ4_0輸出GPS模組開啟所需時序，從而打開GPS模組，接下來即可通過UART2等待從GPS模組中讀取GPS信息，并將這些這些信息進行解析，即可得到所需信息。本設計的程序流程如下圖所示：圖軟件程序流程圖具體的軟件程序流程為：打開Linux下相應的設備掛載點，開啟GPS模塊并進行初始化。本設計中，程序通過GPJ4_0輸出GPS模組開啟所需時序，從而打開GPS模組，接下來可通過UART2等待從GPS模組中讀取GPS信息，并將這些信息進行解析，即可得到所需信息。打開并設置UART2屬性。為了實驗箱能夠正確地與PC進行通信，必須按照制定要求格式對通信串口進行初始化操作。本設計選擇實驗箱主電路板上的UART2串口進行與PC的通信，并設置通信波特率為115200、數(shù)據(jù)位為8位、無奇偶校驗位、1位停止位和無數(shù)據(jù)流控制。具體實現(xiàn)過程可以通過向設備中發(fā)送起始信號，設備地址和寫信號，然后發(fā)送內部寄存器的地址和數(shù)據(jù)，發(fā)送結束后便發(fā)送停止信號。讀取GPS信息并解析。GPS模組返回的信息遵循NMEA協(xié)議格式。為了正確無誤地讀取GPS模組中返回的信息，我們必須按照NMEA消息格式對緩沖區(qū)中的消息進行讀取并存儲并通過函數(shù)GetComma(intnum,char*str)得到指定序號的逗號位置，以解析各個定義段?；綨MEA指令是一個ASCII字符串，它以‘$‘字符開始、以＜CR＞＜LF＞序列結束。NMEA標準消息以“GP”開始，接著是三個字符的消息標識碼。消息頭和后面的內容通過逗號進行分隔，消息以校檢碼結束（校檢碼由一個‘*’和兩個16位的校驗字組成。校驗碼字段并不用逗號進行分隔。目前，校驗碼得到的方式是從‘$’到‘*’之間的字符進行逐位計算。）2.2實施方案按照設計原理及設計思路在PC機上編寫程序，保存成.c源代碼文件，并將文件拷貝到Ubuntu系統(tǒng)中。在Ubuntu操作系統(tǒng)中打開一個終端，進入到源程序所在目錄下，在Ubuntu中進行交叉編譯，運行命令行（通過ls查看查看到GPS216文件）：arm-linux-gcc-oGPS216GPS.c在PC機，通過ftp協(xié)議訪問實驗箱的IP地址，將編譯好的GPS216文件傳輸?shù)綄嶒炏渲小Ｔ诔壗K端中，賦予文件可執(zhí)行權限并運行。（授權語句：chmod+xGPS216）第3章調試及結果分析3.1調試3.1.1軟件測試3.1.2硬件調試3.2結果當根據(jù)實驗原理設計并運行后，超級終端可以出現(xiàn)如下實驗結果：參考文獻[1]青島東合信息技術有限公司.無線傳感器網絡技術原理及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2013[2]凌陽愛普科技有限公司.物聯(lián)網多網技術綜合教學開發(fā)平臺實驗指導書[M]，2013[3]王小強，歐陽俊，黃寧淋.ZigBee無線傳感器網絡設計與實現(xiàn)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2012[4]凌陽愛普科技有限公司.A8實驗箱綜合教學開發(fā)平臺實驗指導書[M]，2013[5]王毓銀.數(shù)字電路邏輯設計.高等教育出版社，1999[6]梁德厚.數(shù)字電路技術及應用.機械工業(yè)出版社，2004[7]楊松華.數(shù)字電子技術基礎.西安電子科技大學出版社，2000沈陽航空航天大學課程設計報告附錄（關鍵部分程序清單）#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<assert.h>#include<unistd.h>#include<termios.h>#include<fcntl.h>#include<sys/stat.h>#include<sys/time.h>#include<sys/types.h>#include<sys/ioctl.h>typedefstruct{ intyear; intmonth; intday; inthour; intminute; intsecond; chartime_c[10];//ACSII形式的時間}date_time;typedefstruct{ date_timeD; //時間 charstatus; //接收狀態(tài) doublelatitude; //緯度 charlatitude_c[11]; //ASCII形式的緯度 doublelongitude; //經度 charlongitude_c[11];//ASCII形式的經度 charNS; //南北極 charEW; //東西 doublespeed; //速度 charspeed_c[10]; //ASCII形式的速度 doublehigh; //高度}GPS_INFO;intGPS_Read(intfd,char*Data_Buff,intlen);intGetComma(intnum,char*str);voidUTC2BTC(date_time*GPS);doubleGet_Double_Number(char*s);voidGet_Char(char*s);charbuf_t[128];intmain(){ structtermiosoptions,oldoptions; //定義串口屬性結構體變量，其中options用于重新設置串口屬性，oldoptions用于原設置，用于恢復到原來的屬性 GPS_INFOGPS; unsignedintDegree=0; floatCent; charbuf[1024]; intlen=1024; intnByte; intrdadByte; inti=0; intfd; fd=open("/dev/gpJ4",O_RDWR); //openGPJ4 ioctl(fd,0x01,0);//setGPJ4_0output ioctl(fd,0x10,0);//GPJ4_0outputlowlevel usleep(30000); ioctl(fd,0x11,0);//GPJ4_0outputhighlevel fd=open("/dev/s3c2410_serial2",O_RDWR);//openserial2 tcgetattr(fd,&oldoptions);//獲得當前的串口設置信息 tcgetattr(fd,&options); cfsetispeed(&options,B9600);//設置輸入波特率為115200 cfsetospeed(&options,B9600);//設置輸出波特率為115200 options.c_cflag&=~PARENB;//設置串口屬性為：數(shù)據(jù)位為8位，停止位為1位，無奇偶校驗 options.c_cflag&=~CSTOPB; options.c_cflag|=CSTOPB; options.c_cflag&=~CSIZE; options.c_cflag&=~CS8; options.c_cflag|=CS8; options.c_lflag&=~(ICANON|ECHO|ECHOE|ISIG);//設置串口為Raw模式 options.c_oflag&=~OPOST; tcsetattr(fd,TCSANOW,&options);//將上述設置生效 while(1) { GPS_Read(fd,buf,len); if(GPS_Parse(buf,&GPS)) { if(GPS.status=='A') //如果接收到有效的數(shù)據(jù) { printf("時間:%2d:%2d:%2d\n", //顯示時間 GPS.D.hour,GPS.D.minute,GPS.D.second); printf("日期:%d年%02d月%02d日\n", //顯示日期 GPS.D.year,GPS.D.month,GPS.D.day); printf("此時的海拔高度為：%10.4f\n",GPS.high); Degree=GPS.latitude/100; //計算緯度的"度"和"分" Cent=GPS.latitude-(Degree*100); printf("緯度:"); //顯示緯度 if(GPS.NS=='N') printf("北緯(N)%d度%lf分",Degree,Cent); if(GPS.NS=='S') printf("南緯(S)%d度%lf分",Degree,Cent); printf("\n"); Degree=GPS.longitude/100; //計算經度的"度"和"分" Cent=GPS.longitude-(Degree*100); printf("經度:"); //顯示經度 if(GPS.EW=='E') printf("東經(E)%d度%lf分",Degree,Cent); if(GPS.EW=='W') printf("西經(W)%d度%lf分",Degree,Cent); printf("\n\n\n"); } } }}/*******************************************GPS_Read:readMSGfromGPSmodule ********************************************/intGPS_Read(intfd,char*Data_Buff,intlen){ intcount=0; intFlag=0; while(Flag==0) { read(fd,Data_Buff,1); if(*Data_Buff=='\n') { Flag=1; count=0; } Data_Buff++; } return0;}/*********************************************************GPS_Parse:changeMFSfromGPStosturctGPS_INFO**********************************************************/intGPS_Parse(constchar*line,GPS_INFO*GPS){ inttmp; charc; char*buf; buf=(char*)line; c=buf[5]; if(c=='C'){//"GPRMC" GPS->D.hour=(buf[7]-'0')*10+(buf[8]-'0'); GPS->D.minute=(buf[9]-'0')*10+(buf[10]-'0'); GPS->D.second=(buf[11]-'0')*10+(buf[12]-'0'); tmp=GetComma(9,buf); GPS->D.day=(buf[tmp+0]-'0')*10+(buf[tmp+1]-'0'); GPS->D.month=(buf[tmp+2]-'0')*10+(buf[tmp+3]-'0'); GPS->D.year=(buf[tmp+4]-'0')*10+(buf[tmp+5]-'0')+2000; Get_Char(&buf[7]); strcpy(GPS->D.time_c,buf_t); // GPS->status =buf[GetComma(2,buf)]; #defineddd GPS->latitude=Get_Double_Number(&buf[GetComma(3,buf)]); printf("GPS->latitude=%f\n",GPS->latitude); GPS->NS=buf[GetComma(4,buf)]; Get_Char(&buf[GetComma(3,buf)]);strcpy(GPS->latitude_c,buf_t); GPS->longitude=Get_Double_Number(&buf[GetComma(5,buf)]); GPS->EW=buf[GetComma(6,buf)]; Get_Char(&buf[GetComma(5,buf)]); strcpy(GPS->longitude_c,buf_t); UTC2BTC(&GPS->D); return1; }if(c=='A'){//"$GPGGA"GPS->high=Get_Double_Number(&buf[GetComma(9,buf)]);return1;}return0;}/**********************************************************************Get_Double_Number:changestringbeforethefrist','todouble**********************************************************************/doubleGet_Double_Number(char*s){ charbuf[128]; inti; doublerev; i=GetComma(1,s); i=i-1; strncpy(buf,s,i); buf[i]=0; rev=atof(buf); returnrev;}/*******************************************Get_Char:getcharbeforefrist","********************************************/voidGet_Char(char*s){ inti; i=GetComma(1,s); i=i-1; if(i>9)i=9; strncpy(buf_t,s,i); buf_t[i]='\n';}/*******************************************GetComma:getpoistionofnum-th","********************************************/intGetComma(intnum,char*str){ inti,j=0; intlen=strlen(str); for(i=0;i<len;i++) { if(str[i]==',')j++; if(j==num)returni+1; } return0;}/*