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嵌入式系统设计实例 - GPS导航系统,1.3 嵌入式系统设计过程,1.3.1 需求分析 1. 需求与规格说明 2. 确认需求 3. 简单的需求表格,1.3.2 规格说明,1.3.3 体系结构设计,1.3.4 设计硬件构件和软件构件 1.3.5 系统集成 1.3.6 系统测试 小 结,嵌入式系统设计实例 -GPS车载导航系统,一、设计指导,1内涵：本GPS导航系统所具有的功能： （1）导航引导和定位 （2）地图信息查询和浏览 （3）语音导航 （4）通过GPRS在线更新电子地图,3.地图匹配的自主导航算法： 以车辆导航系统为例,地图匹配就是根据移 动物体的历史轨迹,参照数据库中存储的道路数,2分析：由上述需求来看，该系统首先需要的搭建一个GPS车载导航硬件系统，其次，做一个以单行数据库为数据基础的，针对导航数据库的操作行为这样的一个软件系统。,4应用系统体系结构进行设计分析 在该应用系统中，软、硬件的分工，是 一个系统是否具有生命力的关键，电度测量 正确，则是系统生命力的第一个关键技术问 题。,下面讨论可供选择的三种方案。,（1）采用电压、电流互感器 采用电压、电流互感器，经信号调制处理后，形成 一个电压、电流的物理量（05V电压），定时采集这 两个数值，再用A/D转换器，将其转换为数字量，即di， dv，根据公式：,这样，就可以求出电度值。,该方法的优点：可省去机械电度表，降低硬件成本； 缺点：信号调制处理电路较难设计，要做到高可靠性不很容易。另外，校表是一个大问题，且需电业计量部门批准。在批量生产中校表是一种较大的工作量。,（2）采用反光标记 在电度表的铝盘上，贴一个反光标记，另设计一 个计数电路。每转一圈可使计数器加1，就是说，将机 械电度表的基准计数用于电子电度表。,优点：简单可行； 缺点：作如此改动易影响原表精度。,（3）增加摄像头 在电度表计数器之前，加一个摄像头，定时取出 计数器图象，经识别软件识别，读取机械表的电度 值。,这种方法，软件、硬件成本都较高，但对原系统 损坏较小，且不会改变电表精度。,本例后一阶段的设计基于第三种方案。,5后期处理 后期的软件处理，均按上述算法进行。,6参数设置 在分时计费中，有分时价格表需要设置；在分 台阶计费中，需将电度台阶计费表输入。 参数输入方法： 可自带键盘及显示器输入，还可在PC机上通过 串行口输入电度表中。前者需较多的硬件电路。而 后者在使用时不方便。,7收费方式 （1）预存，当余额接近零值（或某一预定值）时报警。 （2）交费，欠费后要求在规定的时限内交费。,1ARM7基本系统 S3C44BOX 32MSDRAM 16MFLASH 2串行口 3LCD接口 4摄像机接口（可用USB） 5IIC（I2C）卡接口(用耒输入经费) 6. I/O引脚二个、仃电控制及喇叭报警,二、硬件设计,硬件设计的图示见下页。,图中，基本系统价格约200元，显示屏约20元，CCD约20元，IC卡约20元，总计硬件价格不超过280元。,硬件设计示意图,1初始化软件 2电度表摄入及分析软件 3卡输入软件 4人、机接口软件 5. 计费软件,三、软件设计,嵌入式系统设计题目详解,1.公交车站信息系统,题目内涵：设计一个公交车站信息系统，该系统为整个公交信息系统子系统。公交信息系统主要含有三个子系统：（1）公交车信息子系统：负责将自己的GPS位置发给公交调度中心子系统；（2）调度中心子系统：收集所属所有车辆的位置信息，将其定时发给公交车站信息子系统；（3）公交车站信息子系统：公交车站信息子系统在定时收集到信息后，显示该类信息。,此公交车站信息系统在收集到这些信息后，应该有一个较好的人机界面系统，可方便操作和显示相关信息。,2.出租车拼车信息系统,题目内涵：为绿色交通辅助信息系统。绿色交通信息系统就由三部分组成：（1）出租车信息系统：定时发送当前时刻车辆所在地、目的地及搭乘客人数量；（2）中心信息系统：收集所有拼车的信息，并加进途经信息；（3）拼车站信息系统：发出请求出租车人员的号码及目的地车站，中心系统在接收到拼车站信号后，迅速从车辆登记处系统中找到合适的车辆，并将信号发给出租车及拼车人员，二者都作出相应的显示，拼车成功后，撤消这些信息。,3.公共服务行业（银行、医院等）排队信息系统,题目内涵：公共服务就体现其公正性、公平性，并能用现代化技术减少等待时间，本题目要求设计出一个排队产品，使公共服务便利公平。,4.固话缴费系统,题目内涵：现代化家庭会涉及到多种缴费系统，对缴费系统的要求是方便和安全。这关系到从银行取款的安全性。因此，在设计该系统时，从银行取款时，要求加一个指纹验证系统，在银行端进行指纹合法性及即时性检查；当有效时则可以取款，而且款项只能进入需缴费的几个固定帐户，并一并进入银行转帐。,5.楼宇自动化系统中的家电控制系统,题目内涵：现代楼宇中会有许多家用电器，对这些家用电器而言，一般的需求即开和关，特殊的需求则为定时开关，或遥控开关。此电器控制系统中，要求完成这两个任务，即定时开关和遥控开关。,系统设计分为两部分：（1）家庭中心控制器：负责对所有电器的控制及状态检测，通过网络上报信息，并从网络中获取控制信息；（2）遥控器：分为本地及远程责任中控制器，前者在本家庭使用，后者一般用手机增值服务。在无线网复盖的范围内均可进行。,这里，每一个子系统都可成为一个独立的子题，如：中心控制器设计，遥控器设计，家用控制器设计。,6.楼宇自动化系统中的家庭安全 保护系统,该安全系统有两大功能：（1）家中有人时，可检测到有人入侵，可手动报警， 并记录下罪犯特征；（2）家中无人时，有人入侵，可自动报警，并可记录下入侵全过程。,上述工作可分为两个子题，也可在一个题目中完成。,7.教室节电系统,题目内涵：教室中，经常有下列现象：可能只有一两个人，或没有人时，也开着多盏灯，这显然不符合低碳生活的要求。本系统要求作到：（1）无人不开灯，或只开一盏夜灯；（2）人少少开灯，人多多开灯。,题目要求应用摄像技术来分析教室中的人数多少和所在位置，开相应的少数灯，并在人走后自动关灯，以达到节电目的。,8.饭店点菜系统,题目内涵：对现有点菜系统加以改进，其改进点体现在： （1）顾客自己点菜，饭店服务员不必参与；（2）增加菜单的视频信息；（3）增加操作功能，如预点菜（不确认）和预算帐等，使操作更方便。,9.智能导游系统,题目内涵：使导游系统显示一导游图，并记录行走路线，显示之，再增加报警及景色介绍功能，每到一个景点，会自动加以介绍，同时具有交互功能，即可点击服务点，如厕所、小卖部等，自动显示出行走路线，并有语音提示。,10.电子钱包,该钱包有以下功能：（1）在按指纹后，可以从银行的相关帐户中往电子钱包中存款；（2）通过USB接口与其它钱包连接时，可存取款，并显示之；（3）外接到POS机时，可取出钱包中的款，并可取出纸币；（4）所有交易可接入银行网络上结算。,总之，此电子钱包可完全取代钱包的作用，方便交易，且安全可靠。,11.智能下载器,题目内涵：有一操作界面，可从网站上下载影视节目，并存入自己的存贮器（硬盘）中，同时对硬盘有相应的操作功能,其方便在于可如夜间无人值守时下载。,12.太阳能热水器自动朝阳 跟踪系统,题目内涵：为了得到更多的能量，太阳能热水器应时刻面向太阳，有两个方向需要调整：（1）水平上180度的旋转；（2）垂直方向上，仰角的变化跟踪所处纬度调整。本系统可以是开环系统，也可是闭环系统。当为开环系统时，水平角度是时间的函数，垂直角度取决于该点纬度；闭环系统时，可用一个聚焦镜驱动两个方向的旋转，以达到获取最大能量的目的。,13.车牌的智能识别,在交通系统中，对行进中车牌的识别是许多交通控制问题的基础研究。,用摄像系统采集车牌数据，关键在于从一辆车的多方面视频信息中截取车牌信息，并进一步识别车牌，同时对反识别技术给出相应措施。,14.GPS导航系统,由两个子系统组成：（1）地理信息系统；（2）GPS数据采集系统。在此两项技术上加入导航算法。,15.计算机辅助教学系统中的 操作控制系统,题目内涵：先了解CAI系统的功能，再对这些功能进行控制，这里，一个界面系统是十分重要的。,16.高速公路不停车收费系统,题目内涵：收费系统与车内信息系统用无线通信，车内信息系统在收到收费信息后，马上应答，并报告现有余额；对无反应的车辆即认为是非自动收费系统车辆，提前50米予以警告，有反应时则对其扣款，将扣款信息交由后台管理系统验证。,17.按等待车辆数量进行红绿灯 控制的交通管理系统,题目内涵：当前红绿灯管理系统均按时间进行控制，不利于加大车流量。本系统可在两个方向上检测到等待车辆的数量，而给出较为合理的红绿灯时间。,18.门禁系统,用指纹或语言识别来进行门禁系统设计，要求：识别时间不超过3秒。,