基于GPS/GPRS的帆船数据采集终端的设计研究

摘要

中国奥运会的举办将中国的体育运动事业推向一个新的高潮。奥运的举办不仅产生巨大的经济效应、文化和社会效应，同时对我们的服务水平、服务装备、竞技装备等提出了新的要求。要求更多的智能化、信息化、人性化的技术装备应用到运动领域。本文针对帆船水上运动的特点，设计了基于GPS/GPRS的帆船数据采集终端，并对设计研究过程作了详细介绍。 首先，本文介绍了帆船相关信息技术的研究状况。围绕帆船的相关信息系统构成，根据帆船水上运动的特点提出了帆船数据采集终端的功能方案，阐述了帆船数据采集终端的构成及重要作用，同时指出了设计过程中创新性的设计方案，新颖的技术实现。 帆船数据采集终端以GPS/GPRS为主要技术特点，以帆船相关数据采集为主要目的，以ARM9(s3c2410)处理器、嵌入式Linux为嵌入式技术的主要支撑，以嵌入式数据库SQLite为技术亮点，展开嵌入式系统的设计。 设计过程中详细介绍了帆船数据采集终端各模块的硬件电路实现，各功能的嵌入式软件实现。帆船数据采集终端的功能设计分以下五个主要环节，这五个主要环节包括：数据的获取、数据处理、数据存储、数据传输、数据采集控制。软硬件的设计实现按照这五个环节展开。 针对数据采集的“取”，详细介绍了如何实现GPS数据的提取以及大大提高数据提取效率的R跳跃检测法，介绍了双轴倾角传感器数据的获取；针对数据采集的“存”，详细描述了实现SQLite数据库数据移植、存储、查看的过程；针对数据采集的“传”介绍了如何利用SonyEricsson公司的GR47模块实现无线数据传输。 针对数据采集的“处理”实现了数据可选择、可配置的存入数据库及无线发送。终端会根据用户的设置选择是否数据存储、是否无线发送。若是，则根据用户的设置配置数据库数、数据表名称、及GPRS服务器地址等。同时，采集的内容也可配置，终端会根据用户的设置对采集的对象进行取舍。 针对数据采集的“控制”设计了三个灵活、新颖的实现：(1).两种工作模式。当帆船数据采集终端正常运行进行数据采集时，处于“工作模式”；在采集前，进行相应的设置时处于“设置模式”，在“设置模式”下将出现人机交互设置界面。(2).串口终端方式实现人机界面设置功能。串口终端方式实现的人机界面设置功能，即经济又有效，一方面省去了专门的显示设备，降低成本，降低功耗；另一方面恰好适合帆船运动的特点，帆船环境的颠簸、潮湿不适宜与显示设备，也不适宜与观察。(3).人性化的终端操作，包括采集软件运行的启动、停止、状态指示、存储指示、无线发送指示等。 末后，介绍了帆船数据采集终端配套的上位机软件实现。帆船数据采集终端上位机软件使用跨平台的Qt设计实现，主要功能有： (1)静态数据查看，查看来自终端SD卡的数据库或GPRS服务器数据库； (2)动态数据查看，动态回放(数据库中的)历史数据； (3)实时数据查看，当帆船数据采集终端采集数据进行GPRS远程传输时，上位机软件作为GPRS远程服务器接收数据。 文章的最后，根据本系统的实际研究开发结果，总结分析了系统的特点，对下一步的补充设计工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题背景、研究意义

1.2帆船信息系统介绍

1.2.1环境参数采集系统介绍

1.2.2环境GIS系统介绍

1.2.3帆船训练专家系统介绍

1.3嵌入式系统开发概述

1.3.1嵌入式系统构成

1.3.2嵌入式系统开发内容

1.3.3嵌入式系统软硬件需求规划

1.4论文的研究工作与论文结构

1.5本文主要创新点

1.6本章小结

2数据采集终端总体设计方案

2.1帆船数据采集终端的功能方案

2.2嵌入式系统平台选择

2.2.1嵌入式硬件平台选择

2.2.2嵌入式软件平台选择

2.3嵌入式统硬件规划

2.3.1无线数据传输方式的选择

2.3.2 GPS接收模块

2.3.3帆船传感器

2.4嵌入式统软件规划

2.4.1嵌入式Linux开发内容

2.4.2嵌入式Linux驱动开发

2.4.3嵌入式数据存储方案选择

2.5系统总运行架构

2.6本章小结

3数据采集终端硬件电路设计实现

3.1中心处理单元

3.1.1 SDRAM存储单元

3.1.2 FLASH存储单元

3.1.3硬件地址分析

3.2 GPS硬件接口电路

3.3 GPRS接口电路

3.4传感器串行通信接口

3.5 SD存储模块

3.6音频电路

3.7电源及复位电路

3.8调试、下载电路及其它

3.9 PCB及可靠性设计

3.10 本章小结

3.10.1关于系统上电不工作的问题解决

4 BootLoader及BIOS人机交互设置功能设计

4.1启动模式的设计

4.2 BIOS设置功能

4.3 BIOS参数存取

4.4 BIOS参数传递

4.5本章小结

5数据采集终端Linux系统建立

5.1建立Linux内核系统

5.1.1交叉编译环境建立

5.1.2下载Linux内核源代码

5.1.3 Linux移植相关的源码目录

5.1.4 Linux运行到S3C2410平添的配置及编译

5.1.5针对具体硬件作代码的修改

5.1.6配置后的编译下载

5.2建立Linux根文件系统

5.2.1根文件系统的目录树创建

5.2.2 BusyBox工具集配置安装

5.2.3建立linuxrc及自启动脚本

5.2.4添加应用程序及运行脚本

5.2.5根文件系统制作

5.3本章小结

5.3.1 NAND Flash坏块问题的解决方法

6数据采集终端系统软件设计

6.1驱动程序设计

6.1.1参数传递伪驱动程序实现

6.1.2将参数传递驱动编译到内核

6.1.3采集软件运行控制驱动

6.1.4 GR47控制驱动

6.1.5状态指示驱动

6.2嵌入式Linux下的串口通信设计

6.3串口应用软件

6.3.1 GPS接口程序

6.3.2 GPRS接口程序

6.3.3传感器接口程序

6.4数据库存储

6.4.1在SD卡建立存储区域

6.4.2嵌入式数据库SQLite的移植

6.4.3嵌入式数据库SQLite的操作

6.4.4采集数据存入数据库

6.5多进程、线程编程

6.5.1多进程

6.5.2多线程

6.6本章小结

7用Qt4开发帆船数据采集终端上位机软件

7.1 Qt开发优势介绍

7.2帆船数据采集终端上位机软件设计

7.2.1 QT4与SQLite3数据库的连接

7.2.2 SQL语句查询

7.2.3数据图形化查看

7.3本章小结

8总结与展望

8.1工作总结

8.2不足及工作展望

参考文献

致谢

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