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1、基于嵌入式QT平台下GIS/GPS电子定位系统设计兰见春三明学院 物理与机电工程学院 08电子科学与技术摘要：本设计主要由三星ARM9芯片s3c2440、nand flash、nor flash、sdram、群创7寸触摸屏、GPS模块等硬件组成，使用linux2.6.30.4内核，QT4.5嵌入式开发环境，mitab源码，madplay源码等等软件组成，软硬件组合搭建好嵌入式环境，实现电子地图的显示和定位、语音提示功能。具有精简、高效、调试简单的特点关键字：linux 嵌入式 QT mitab GPS/GIS 第1章 引言1.1 背景意义GPS 是英文Global Positioning Sy
2、stem（全球定位系统）的简称，GIS 是在地理学、地图学、测量学和计算机科学等学科基础上发展起来的一门学科，目前市面上的导航仪大部分都是使用WinCE系统，界面很漂亮，支持很多PPC版的导航软件。但是WinCE不开源，对于嵌入式开发不利。本系统采用了开源linux做为系统内核，很好的支持了开发者的开发，同时也支持大量的开源软件。满足嵌入式开发者的各种需求。系统使用开源的mitab和QT4.5，解决了电子地图图形界面要求，搭配GIS开发软件mapinfo制作的基于WGS84坐标系的电子地图，与sirf第三代的GPS模块，共同实现了电子定位，同时调用madplay MP3播放器,实现语音播报功能
3、。目前国内关于GPS/GIS的研究已经很火热了，关于GPS的周边学科也得到迅速发展，地图数据公司群雄崛起，导航软件也很出色，往嵌入式发展的趋势已经很明显。Linux平台下的开源导航软件很少，但是支持GPS的源码和工具还是很多，像GPSd,GPSdriver等，这些开源的工具软件给开发者提供很好的开发思路。同时QT4也是linux开发的利器，这几年QT发展迅猛，已超越MFC，仅次与java 。最近Android（一种以Linux为基础的开放源码操作系统）操作系统很热门，大部分的导航软件的开发都有往安卓发展的趋势。当下苹果的mac操作系统和谷歌的Android系统竞争手持智能设备终端，已经趋于白热
4、化了。综合上述信息，使用Linux内核+QT4+mitab+mapinfo地图制作嵌入式电子地图，是一种比较精简的做法，满足嵌入式平台小内存、小体积的要求，程序设计过程中，采用尽量压缩地图数据内存的方法，以提高嵌入式平台的反应速度与工作效率。1.2 嵌入式发展和QT介绍1.2.1 嵌入式的发展近几年，嵌入式系统产品日臻完善，并在全世界各行业得到广泛应用。嵌入式系统产品的研制和应用已经成为我国信息化带动工业化、工业化促进信息化发展的新的国民经济增长点。随着消费家电的智能化，嵌入式更显重要。像我们平常见到的手机、PDA、电子字典、可视电话、VCD/DVD/MP3Player、数字相机（DC）、数字
5、摄像机（DV）、U-Disk 、机顶盒（Set Top Box）、高清电视（HDTV ）、游戏机、智能玩具、交换机、路由器、数控设备或仪表、汽车电子、家电控制系统、医疗仪器、航天航空设备等等，都是典型的嵌入式系统。据预测，随着Internet的迅速发展和廉价微处理器的出现，嵌入式系统将在日常生活里形成更大的应用领域。在中国，嵌入式软件发展过程中，政府已充分认识到它的重要作用，并在政策、资金等方面给予了大力支持。 2004 年国家发改委、科技部、商务部联合颁布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南，把嵌入式软件产业作为国家发展的一个重要领域。最近几年来，中国的嵌入式软件发展速度一直高于中国软件
6、产业的发展速度和全球嵌入式软件的发展速度，在中国软件产业和全球嵌入式软件产业中所占的比重越来越大。目前，中国嵌入式软件产业在整个软件产业中的比重已经超过了三分之一强。从2006年至2010年，中国嵌入式软件产业规模仍将保持快速增长态势，年均复合增长率为25.8%，到2010年将达到3339.6亿元的规模。中国嵌入式软件产业的发展面临着良好的发展环境与机遇，这包括政府的重视与扶植、信息产业与传统产业的融合机遇、垄断局面尚未形成、中国制造的良好基础、自由软件运动的兴起等等。1.2.2 QT简介Qt是诺基亚开发的一个跨平台的C+图形用户界面应用程序框架。它提供给应用程序开发者建立艺术级的图形用户界面
7、所需的所用功能。Qt是完全面向对象的，很容易扩展，并且允许真正地组件编程。自从1996年早些时候，Qt进入商业领域，它已经成为全世界范围内数千种成功的应用程序的基础。Qt也是流行的Linux桌面环境KDE 的基础。 基本上，Qt 同 X Window 上的 Motif，Openwin，GTK 等图形界 面库和 Windows 平台上的 MFC，OWL，VCL，ATL 是同类型的东西，但Qt具有优良的跨平台特性、面向对象 、丰富的API、大量的开发文档等优点。信号和槽机制是 QT 的核心机制，要精通 QT 编程就必须对信号和槽有所了解。信号和槽是一种高级接口，应用于对象之间的通信，它是 QT 的
8、核心特性，也是 QT 区别于其它工具包的重要地方。信号和槽是 QT 自行定义的一种通信机制，它独立于标准的 C/C+ 语言，因此要正确的处理信号和槽，必须借助一个称为 moc（Meta Object Compiler）的 QT 工具，该工具是一个 C+ 预处理程序，它为高层次的事件处理自动生成所需要的附加代码。第2章 设计方案与系统架构2.1总体方案论证目前关于电子导航地图的方案有好多，选择一个合适的方案，实现在嵌入式平台下稳定运行显得尤为重要，下面是几种比较成熟的方案。方案一：使用谷歌地图API和百度地图API函数接口，实现地图浏览显示功能。下面是使用方案一在windows下的运行效果 优点
9、：实现方法简单，界面简介。 缺点：需要网络支持，不能离线浏览地图，不利于嵌入式手持设备上应用。 在windows下运行卡顿现象明显，由网速决定地图显示效果， 在嵌入式linux下基本是不能运行的。方案二：下载地图图片在QT Graphics View架构中添加，实现平移和缩放等等显示功能由于地图图片在高精度下，数据量很大，而且像素值巨大。这里考虑把大图分割成多张小图，小图片根据经纬度进行编号。当需要显示某个经纬度范围时，在QT Graphics Scene中实现多张图片无缝拼接。然后根据经纬度显示当前的位置。优点：界面质量比较高，显示效率比较高 无缝拼接显示图片有效的降低了系统内存，提高了系统
10、效率缺点：无缝拼接图片操作麻烦，显示区域较大（不能显示较小区域）下面是下载的拼接图片显示效果：从图中可以看出，显示区域较大，三明学院基本看不到再来看看google地球的效果从图中很明显的看到 当放大到很大的时候 图像毛边现象明显，显示比较模糊方案三：使用mitab源码解析地图信息或者使用数据库存储地图信息这两种方法都是现在比较流行的方法，特别是数据库存储地图信息，是一种万金油做法。只要是涉及到数据存储处理，常规做法都是使用数据库。而且嵌入式平台下数据库SQLite操作简单，节省内存，有效的提高了系统效率。Mitab是一个专用于GIS平台处理TAB、MIF等地图文件的源码。能够直接从地图文件中读
11、取出经纬度、地图要素，中间省去了一些步骤，直接操作文件，接下来把数据交给QT去处理，显示地图界面，进一步提高了系统效率综合上面三种方法，得到运行在嵌入式上的最优方案：mitab源码解析地图文件2.2系统的体系结构设计根据上面得到的方案，设计出下面的系统架构硬件部分：操作系统层面：QT4图形界面(map_layer类中包括了mitab解析)：2.3开发工具链 Window下使用的开发工具：Qt SDK by Nokia v2010.05 (open source) QT开发工具包VS2005 Windows下编译mitab获取动态库文件SecureCRT.exe 串口调试工具 远程登录linux
12、工具串口调试助手 用于模拟GPS数据发送VMware Workstation 虚拟机UltraEdit和Insight 代码编辑查看工具MapInfo Professional 7.0 SCP 地图绘制软件MIFandTABMIF、TAB相互转换工具Google地球 地图数据来源、后期调试工具 Linux下使用的开发工具：4.3.3 交叉工具链QT4.5 包括QT/X11和QT/Embedsky第3章 硬件部分3.1系统硬件平台本系统使用的是天嵌科技的TQ2440开发板，TQ2440体积小，便于携带；接口丰富，易于扩展；功耗低。3.1.1 处理器电路主控芯片为s3c2440的6层核心板，该核心
13、板性能稳定、工艺精良部分电路的原理图3.1.2 外围电路Nand flash 部分Nor flash 部分Sdram 部分3.2 sirf3代 GPS模块本系统使用的是韩国产的NSA-C3M3535BR的sirf第三代的GPS模块该模块提高了搜星的速度和定位精度（精确到小数点后4位）、冷启动时间也缩短了。GPS输出的数据格式遵循NMEA0183协议，后面GPS应用程序设计中只使用到GPEMC这一条语句读取出经纬度。$GPRMC, 1) 标准定位时间（UTC time）格式：时时分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss）。 2) 定位状态，A = 数据可用，V = 数据不可用。 3) 纬度，格式：
14、度度分分.分分分分（ddmm.mmmm）。 4) 纬度区分，北半球（N）或南半球（S）。 5) 经度，格式：度度分分.分分分分。 6) 经度区分，东（E）半球或西（W）半球。 7) 相对位移速度， 0.0 至 1851.8 knots 8) 相对位移方向，000.0 至 359.9度。实际值。 9) 日期，格式：日日月月年年（ddmmyy）。 10) 磁极变量，000.0 至180.0。 11) 度数。 12) Checksum.(检查位) 3.3 max232串口制作MAX232串口 RS232转TTL 用于模拟GPS数据格式和串口调试第4章 电子地图设计4.1地图设计方案一般使用最多的GIS软件有AutoCAD Map3d和Mapinfo ，这两款软件都有各自的优点和缺点，AutoCAD Map3d对地图的3D模型绘制比较方便，而Mapinfo是2D地图绘制的主流，大多数的地图数据制造商都是使用后者，后者对其他程序的兼容性很好，并且有自己的编程语言，方便开发人员使用。所以，电子地图设计使用Mapinfo软件。4.2 MapInfo Professional简介MapInfo是美国MapInfo公司的桌面地理信息系统软件，是一种数据可视化、信息地图化的桌面解决方案。它依据地图及其应用的概念、采用办公自动化的操作、集成多
