一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，包括航位推算模塊、里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元、GPS接收機(jī)、中心處理單元、輸出顯示單元和人機(jī)交互單元，所述航位推算模塊分別連接里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元和中心處理單元，還分別連接GPS接收機(jī)和輸出顯示單元，輸出顯示單元還連接人機(jī)交互單元。本實(shí)用新型充分發(fā)揮了DSP進(jìn)行加、乘運(yùn)算的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算，并利用FPGA和TL16C554擴(kuò)展外圍通信接口，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)總線同DSP進(jìn)行通信，把處理器從大量的I/O中斷響應(yīng)負(fù)擔(dān)中解脫出來，提高CPU的運(yùn)行效率，解算后的導(dǎo)航參數(shù)再通過數(shù)據(jù)總線到FPGA經(jīng)過轉(zhuǎn)化后以串行數(shù)據(jù)的格式輸出。
【專利說明】
一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種車載系統(tǒng)，具體是一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，差分GPS水平定位精度已經(jīng)達(dá)到3?5m，完全滿足車輛定位精度的要求。但是，由于在城市高建筑群中或穿過立交橋時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)GPS信號(hào)遮擋問題，導(dǎo)致GPS不能正常定位。航位推算(DR)是常用的車輛定位技術(shù)，但方向傳感器隨時(shí)間積累誤差較大，不能單獨(dú)、長時(shí)間地使用。采用組合導(dǎo)航系統(tǒng)能夠利用GPS系統(tǒng)提供的位置和速度信息對(duì)DR系統(tǒng)的誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)的校正和補(bǔ)償；當(dāng)GPS信號(hào)失鎖時(shí)，又可通過DR系統(tǒng)完成航位推算，提高了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性。
[0003]組合導(dǎo)航系統(tǒng)除了要完成大量運(yùn)算處理工作外，還要實(shí)現(xiàn)慣性測量單元頂U(kuò)(陀螺儀和加速度計(jì))和GPS等傳感器的數(shù)據(jù)采集、與外部系統(tǒng)的通信、時(shí)序邏輯控制和人機(jī)接口等功能。在這種情況下，如果僅用一片DSP芯片，則系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能較差，因此多數(shù)組合系統(tǒng)都采用兩個(gè)或多個(gè)DSP或是由一個(gè)或幾個(gè)通用的微處理器MPU加上一個(gè)DSP構(gòu)成主從式多處理器系統(tǒng)的方案。而目前利用DSP與FPGA結(jié)合的方案來處理高速的數(shù)字信號(hào)越來越被廣泛米用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供如下技術(shù)方案:
[0006]—種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，包括航位推算模塊、里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元、GPS接收機(jī)、中心處理單元、輸出顯示單元和人機(jī)交互單元，所述航位推算模塊分別連接里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元和中心處理單元，還分別連接GPS接收機(jī)和輸出顯示單元，輸出顯示單元還連接人機(jī)交互單元。
[0007]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述中心處理單元包括存儲(chǔ)器、電源模塊、FPGA芯片、DSP芯片、串口芯片、GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊，DSP芯片分別連接電源模塊、存儲(chǔ)器和FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片還分別連接電源模塊和串口芯片，串口芯片還分別連接GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電源模塊還分別為GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊供電。
[0008]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述DSP芯片采用TMS320VC33。
[0009]作為本實(shí)用新型進(jìn)一步的方案:所述FPGA芯片采用EP1K30。
[0010]作為本實(shí)用新型再進(jìn)一步的方案:所述串口芯片采用TL16C554。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型充分發(fā)揮了DSP進(jìn)行加、乘運(yùn)算的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算，并利用FPGA和TL16C554擴(kuò)展外圍通信接口，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)總線同DSP進(jìn)行通信，把處理器從大量的I/O中斷響應(yīng)負(fù)擔(dān)中解脫出來，提高CHJ的運(yùn)行效率，解算后的導(dǎo)航參數(shù)再通過數(shù)據(jù)總線到FPGA經(jīng)過轉(zhuǎn)化后以串行數(shù)據(jù)的格式輸出，同時(shí)，考慮到慣性測量單元數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)更新率大于100Hz，并不把收到的每一包數(shù)據(jù)直接發(fā)送到DSP，而是首先進(jìn)行濾波處理后，再通過一個(gè)FIFO，暫時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，在數(shù)據(jù)量達(dá)到一定程度的時(shí)候，再通知DSP把這些數(shù)據(jù)取走，這樣做可以進(jìn)一步減輕DSP的負(fù)擔(dān)，提尚運(yùn)彳丁效率。
【附圖說明】
[0012]圖1為車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)的原理框圖；
[0013]圖2為車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)中中心處理單元的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0015]請(qǐng)參閱圖1?2，本實(shí)用新型實(shí)施例中，一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，包括航位推算模塊、里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元、GPS接收機(jī)、中心處理單元、輸出顯示單元和人機(jī)交互單元，所述航位推算模塊分別連接里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元和中心處理單元，還分別連接GPS接收機(jī)和輸出顯示單元，輸出顯示單元還連接人機(jī)交互單元;所述中心處理單元包括存儲(chǔ)器、電源模塊、FPGA芯片、DSP芯片、串口芯片、GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊，DSP芯片分別連接電源模塊、存儲(chǔ)器和FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片還分別連接電源模塊和串口芯片，串口芯片還分別連接GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電源模塊還分別為GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊供電；所述DSP芯片采用TMS320VC33 ；所述FPGA芯片采用EP1K30 ；所述串口芯片采用TL16C554。
[0016]本實(shí)用新型的工作原理是:請(qǐng)參閱圖1，航位推算模塊采用DR航位推算，GPS接收機(jī)提供的絕對(duì)位置信息可以為DR提供推算定位的初始值并進(jìn)行誤差校正；另一方面，DR的推算結(jié)果可以用于補(bǔ)償部分GPS定位中的隨機(jī)誤差，從而平滑定位軌跡。所以，利用適當(dāng)?shù)姆椒▽煞N系統(tǒng)組合起來，充分利用其定位信息的互補(bǔ)性，就能夠獲得比單獨(dú)使用任何一種方法時(shí)都要高的定位精度和可靠性。
[0017]目前導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為采用多傳感器數(shù)據(jù)融合的組合導(dǎo)航系統(tǒng)，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)在完成復(fù)雜計(jì)算的同時(shí)，還要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)通信，因此必須具有豐富的通信接口，完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳輸任務(wù)。這就需要中心處理單元能夠在進(jìn)行與外部通信的同時(shí)，還要保證計(jì)算精度和運(yùn)算速度。
[0018]通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能分析，導(dǎo)航計(jì)算機(jī)需要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出功能。數(shù)據(jù)輸入部分主要完成各種傳感器輸出數(shù)據(jù)的采集;數(shù)據(jù)處理部分主要完成數(shù)據(jù)濾波、微型慣性測量元件的誤差補(bǔ)償和初始對(duì)準(zhǔn)、卡爾曼濾波以及進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)解算等等;數(shù)據(jù)輸出部分主要負(fù)責(zé)導(dǎo)航參數(shù)輸出，應(yīng)用于定位導(dǎo)航或者下一步需要的輸入。
[0019]由于采用多種傳感器進(jìn)行信息融合，需要較多的外圍通信接口，同時(shí)，外部傳感器數(shù)據(jù)輸出通信主要通過符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的異步串行通信口進(jìn)行，如果和中央處理器直接相連，大量的中斷響應(yīng)必將影響到CPU的處理速度，目前各種MCU、MPU可以提供的串口資源也是有限的。
[0020]傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)很多都是采用PC104作為系統(tǒng)的中心處理器，PC104體積大，價(jià)格高，不利于系統(tǒng)的小型化、低功耗和低成本的實(shí)現(xiàn)。因此，本設(shè)計(jì)考慮采用DSP+FPGA+TL16C554的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中DSP完成主要的導(dǎo)航參數(shù)計(jì)算，利用TL16C554進(jìn)行外部通信接口的擴(kuò)展，F(xiàn)PGA完成串口的模擬以及相應(yīng)的邏輯控制以保證三者之間通過數(shù)據(jù)線的高速通信，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)算精度。
[0021]中心處理單元的核心處理器要完成大規(guī)模的矩陣運(yùn)算和代數(shù)運(yùn)算，因此系統(tǒng)選用浮點(diǎn)DSP芯片TMS320VC33。該芯片具有150MFL0PS和75MIPS的運(yùn)算速度，單指令周期13ns。TMS320VC33通過提高硬件功能來提高速度，而其他處理器是通過改善軟件功能或編碼速率來提高速度的。這種通過硬件來提高性能的方式在以往單芯片DSP上是不可能實(shí)現(xiàn)的。處理器具有在單個(gè)周期內(nèi)對(duì)整數(shù)，浮點(diǎn)數(shù)據(jù)同時(shí)執(zhí)行并行乘法算數(shù)運(yùn)算的強(qiáng)大功能。同時(shí)該芯片具有低功耗，低成本等特點(diǎn)，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
[0022]FPGA具有可編程特性，能夠方便地完成我們所需要的邏輯功能。利用FPGA來擴(kuò)展外圍通信接口，主要是擴(kuò)展TTL電平的串行通信口作為系統(tǒng)的備用。根據(jù)完成串行通信的資源需求以及今后擴(kuò)展使用的考慮，這里采用ALTERA公司的ACEX1K30(以下簡稱印lk30)來完成這項(xiàng)工作。eplk30可以提供119000門的資源，具有1728個(gè)邏輯宏單元，可以實(shí)現(xiàn)UART串口，并同時(shí)能夠完成相應(yīng)的譯碼、邏輯控制等功能。
[0023]系統(tǒng)包含有多個(gè)傳感器，這就要求處理器要擴(kuò)展出多個(gè)串口 ASP芯片TMS320VC33本身有串行通信口，如果直接利用DSP片上的串口資源進(jìn)行串行通信，只適用于傳輸數(shù)據(jù)比較少，傳輸速率慢的場合，其軟件編程比較復(fù)雜，而且控制串行通訊要占用很大的系統(tǒng)資源，影響傳感器的實(shí)時(shí)處理功能，因此，本系統(tǒng)采用了TI公司生產(chǎn)的4通道異步收發(fā)器集成芯片TL16C554擴(kuò)展DSP串口，實(shí)現(xiàn)傳感器與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的通信。該芯片是一種具有串行異步通信。
[0024]接口的大規(guī)模集成電路芯片，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并/串、串/并的轉(zhuǎn)換功能。其內(nèi)部帶有16字節(jié)的FIFO緩沖器。在FIFO模式下，傳輸和接收前將數(shù)據(jù)緩沖為16字節(jié)數(shù)據(jù)包，減少了(PU的中斷數(shù)量。內(nèi)部包含4片改良的16C550異步傳輸器件，使得串行I/O更加可靠。
[0025]系統(tǒng)充分發(fā)揮了DSP進(jìn)行加、乘運(yùn)算的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航參數(shù)的實(shí)時(shí)運(yùn)算，并利用FPGA和TL16C554擴(kuò)展外圍通信接口，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為并行數(shù)據(jù)后通過數(shù)據(jù)總線同DSP進(jìn)行通信，把處理器從大量的I/O中斷響應(yīng)負(fù)擔(dān)中解脫出來，提高CPU的運(yùn)行效率。解算后的導(dǎo)航參數(shù)再通過數(shù)據(jù)總線到FPGA經(jīng)過轉(zhuǎn)化后以串行數(shù)據(jù)的格式輸出。同時(shí)，考慮到慣性測量單元數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)更新率大于10Hz，并不把收到的每一包數(shù)據(jù)直接發(fā)送到DSP，而是首先進(jìn)行濾波處理后，再通過一個(gè)FIFO，暫時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，在數(shù)據(jù)量達(dá)到一定程度的時(shí)候，再通知DSP把這些數(shù)據(jù)取走，這樣做可以進(jìn)一步減輕DSP的負(fù)擔(dān)，提高運(yùn)行效率。
[0026]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0027]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，包括航位推算模塊、里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元、GPS接收機(jī)、中心處理單元、輸出顯示單元和人機(jī)交互單元，其特征在于，所述航位推算模塊分別連接里程計(jì)、電子羅盤、慣性測量單元和中心處理單元，還分別連接GPS接收機(jī)和輸出顯示單元，輸出顯示單元還連接人機(jī)交互單元。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，其特征在于，所述中心處理單元包括存儲(chǔ)器、電源模塊、FPGA芯片、DSP芯片、串口芯片、GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊，DSP芯片分別連接電源模塊、存儲(chǔ)器和FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片還分別連接電源模塊和串口芯片，串口芯片還分別連接GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊，所述電源模塊還分別為GPS接口電路和電平轉(zhuǎn)換模塊供電。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP芯片采用TMS320VC33。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，其特征在于，所述FPGA芯片采用EP1K30。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車載導(dǎo)航信息系統(tǒng)，其特征在于，所述串口芯片采用TL16C554。
【文檔編號(hào)】G01S19/49GK205484831SQ201620002673
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月5日
【發(fā)明人】范晶晶, 奚羽, 劉帥, 朱策策
【申請(qǐng)人】天津普正動(dòng)力科技有限公司