摘要 提出一種基于Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的物流車載終端設(shè)計方案。在此方案中集成了電子地圖、GPS定位、GPRS無線通信、語音等功能。
物流在現(xiàn)代社會中正扮演著越來越重要的角色。但是，與國外技術(shù)密集型的物流行業(yè)相比，國內(nèi)物流行業(yè)在信息化、智能化程度上還存在著較大差距。鑒于這樣一種狀況，本文提出了一個基于WindowsCE平臺的物流車載終端設(shè)計方案。該物流車載終端以阿爾泰ART270開發(fā)板為硬件平臺，在嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE上實(shí)現(xiàn)的功能有：電子地圖，實(shí)現(xiàn)地圖4級縮放、平移、歸中功能；無線通信，實(shí)現(xiàn)終端與控制中心的GPRS無線通信；GPS定位，定位車載終端當(dāng)前的位置；語音提示，提供更好的人機(jī)交互功能。
1 軟硬件平臺簡介
本車載終端以ART270板為硬件平臺。ART270是北京阿爾泰科技推出的一款基于Intel XScale PXA270處理器的高端ARM開發(fā)平臺，性能高，功耗低，接口豐富，功能強(qiáng)大，適合作為語音系統(tǒng)、指紋識別、PDA終端、車載GPS導(dǎo)航、無線上網(wǎng)、數(shù)碼媒體播放、工業(yè)控制等設(shè)備的開發(fā)參考，也是高等院校高級嵌入式軟硬件開發(fā)教學(xué)的首選平臺。
PXA270是Intel于2004年4月發(fā)布的XScale處理器家族的升級產(chǎn)品，最高主頻達(dá)624MHz。該款芯片把X86架構(gòu)奔騰4系列上的多媒體擴(kuò)展功能引入到了Xscale芯片組的產(chǎn)品線中，用戶通過這個無線多媒體擴(kuò)展技術(shù)(MMX)可以在掌上設(shè)備上播放高質(zhì)量的視頻和玩三維游戲。同時，PXA270還加入了Intel SpeedStep動態(tài)電源管理技術(shù)，在保證CPU性能的情況下，最大限度地降低移動設(shè)備功耗。PXA270處理器已經(jīng)成為高端移動設(shè)備中最受歡迎的處理器之一。
ART270采用240Pin核心板加底板的配置，使得調(diào)試和應(yīng)用更加方便，使用戶有更靈活的擴(kuò)展方式。核心板上集成PXA270 嵌入處理器、64MB SDRAM、32M Nor Flash、總線驅(qū)動、電源管理芯片等，結(jié)構(gòu)緊湊；底板上提供CPLD，LCD接口，AC97音頻輸入輸出接口，100M網(wǎng)口，USB Host/Device接口，串口，JTAG接口，VGA接口，外擴(kuò)高精度時鐘芯片等，另外，一個擴(kuò)展總線接口使用戶可以根據(jù)自己的需要自由擴(kuò)展。
本設(shè)計方案采用WindowsCE作為軟件平臺。WindowsCE是一種針對小容量、移動式、智能化設(shè)備的多任務(wù)、搶占式、模塊化實(shí)時嵌入式操作系統(tǒng)。Windows CE具有與桌面Windows幾乎完全兼容的API接口，為了配合WindowsCE上的應(yīng)用程序開發(fā)，微軟公司推出了eMbedded Visual C++(簡稱 “eVC”)集成開發(fā)環(huán)境。本系統(tǒng)采用的是eVC 4．O。
2 硬件模塊
2.1 GPS模塊
阿爾泰GPS 擴(kuò)展模塊是一種種低功耗GPS接收機(jī)模塊。 模塊板上集成天寶新型lassen IQ 12路低功耗快速定位GPS接收模塊，性能良好; 采用RS232串口與設(shè)備聯(lián)接，與GPS通信的各種協(xié)議相兼容，方便用于研發(fā); 外接電源采用常見的5V電源，3V鋰電池作為lassen IQ模塊的后備電源，存儲星歷數(shù)據(jù); 可接3.3V有源天線，擴(kuò)展板配有緊湊型磁性封裝天線，這種天線適用靈活、可動安裝。模塊集成一個RS232串口，可通過跳線配置為不同的lassen IQ輸出端口，使用不同的通信協(xié)議; 在工作狀態(tài)下，GPS接收機(jī)的功耗為96mW。使用不同的協(xié)議可實(shí)現(xiàn)1Hz更新速率; 三種傳輸協(xié)議：TSIP、TAIP(天寶標(biāo)準(zhǔn)界面協(xié)議)和NMEA0183協(xié)議;三種協(xié)議可靈活通過軟件或跳線配置。在本設(shè)計中使用了此模塊，較好的實(shí)現(xiàn)了GPS定位分析的效果。
GPS性能：
· 接收機(jī)：L1（1575.42MHz），C/A碼，12通道，連續(xù)追蹤，32位CPU
· 更新率：TISP 1Hz NMEA 1Hz
· 精度：水平 <5米（50%），<8米 (90%) 垂直精度 <10米(50%) ，<16米(90%)
· 操作限制：高度<18000米或者速度<515米/秒
· 捕獲時間：再次捕獲：<2秒(90%)
· 冷啟動/溫啟動/熱啟動/分別是15分/38秒/10秒
· 動態(tài)范圍：加速度 4g／39.2米/秒2
2.2 GPRS模塊
阿爾泰GPRS模塊支持三頻GSM/GPRS 900/ 1800/ 1900 MHz，采用SIM300GSM/GPRS模塊，提供標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，使其能以小尺寸和低功耗實(shí)現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸，可直接與上位機(jī)設(shè)備透明通訊，在PC機(jī)上用AT命令通過串口對它進(jìn)行設(shè)置，是小體積即插即用模塊中完善的三頻GSM/GPRS 解決方案，能應(yīng)用于許多方面
本車載終端采用GPRS Modem與控制中心進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通信，對GPRS Modem的控制和讀寫通過串口進(jìn)行。由于與控制中心交互的數(shù)據(jù)種類較多，因此定義了相應(yīng)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)包格式。數(shù)據(jù)包的所有字段均采用單字節(jié)ASCII編碼且為固定長度。在發(fā)送端，數(shù)值型字段需要在發(fā)送前格式化為定長字符串再封裝到數(shù)據(jù)包中；在接收端，需要將數(shù)據(jù)包中的格式化字符串還原為數(shù)值型常量。數(shù)值型字段不足部分以字符“O”為前導(dǎo)字符進(jìn)行填充；字符型字段不足部分以空格(SPACE，0x20)為前導(dǎo)字符填充。字符串型字段的長度不包括字符串結(jié)尾的NULL字符(在C語言中為0x00)。所有采用UNICODE編碼的字符數(shù)據(jù)在封裝到數(shù)據(jù)包中之前必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
定義的數(shù)據(jù)包主要有以下幾類：客戶端位置更新數(shù)據(jù)包；客戶端接件信息數(shù)據(jù)包；客戶端送達(dá)簽收數(shù)據(jù)包；服務(wù)器新任務(wù)數(shù)據(jù)包；客戶端確認(rèn)數(shù)據(jù)包；服務(wù)器確認(rèn)數(shù)據(jù)包；客戶端車輛故障數(shù)據(jù)包；客戶端道路堵塞數(shù)據(jù)包。
為了能夠正確解析數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)包都具有相同的包頭(head)，即數(shù)據(jù)包類型(packet type)，時間戳標(biāo)記(time stamp)、數(shù)據(jù)包順序號(packet sequencenumber)3個字段。當(dāng)接收到一個數(shù)據(jù)包之后，根據(jù)包頭中的類型字段就能判斷該數(shù)據(jù)包主體部分的長度，由此即可正確解析出包中的內(nèi)容。包頭之后是數(shù)據(jù)包主體(body)部分，不同數(shù)據(jù)包類型有著不同的字段和長度。上述8種定義類型之外的數(shù)據(jù)包均為未定義類型，應(yīng)當(dāng)被丟棄。類型為NTSK、TMLF、RCNG的數(shù)據(jù)包需要接收端的確認(rèn)；而RECV、SEND、UPDT、CACK、SACK這5種類型的數(shù)據(jù)包不需要確認(rèn)。
GPRS Modem的數(shù)據(jù)傳輸與接收是通過串口編程來實(shí)現(xiàn)的。Windows CE平臺上的串口編程依賴于與文件相關(guān)的API接口：CreateFile()打開串口，ReadFile()從串口讀取數(shù)據(jù)，WriteFile()向串口寫入數(shù)據(jù)。由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的到來是一個異步過程，因此還需要處理串口的異步事件：GetCommMask()取得串口已經(jīng)設(shè)置的事件，setCom-mMask()設(shè)置串口事件集，WaitCommEvent()等待預(yù)先設(shè)置的串口事件集中的某一事件發(fā)生。
產(chǎn)品特點(diǎn):
· 采用Simcom公司高性能工業(yè)級GSM/GPRS模塊SIM 300
· 帶有音頻接口、電話線接口、RS232接口、SIM卡接口
· 三頻 900/ 1800/ 1900 MHz
· GPRS (class 10/8) 標(biāo)準(zhǔn)
· GPRS (class B)
· 滿足GSM（2/2+）標(biāo)準(zhǔn)Class 4（2W@850/900MHz）Class 1 (1W@1800/1900MHz)
· 語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸
· 支持RS232/RS485透明短信傳輸功能
· 通過AT命令控制（GSM07.07，07.05和增強(qiáng)AT命令）
· 支持電路交換（CSD）功能，適合于點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)通信
· 數(shù)據(jù)終端永遠(yuǎn)在線
· 多種工作模式選擇，使用方便、靈活
2.3語音提示模塊
考慮到配送人員在駕駛車輛的過程中不便于時刻留意系統(tǒng)中任務(wù)的變化情況，因此在車載終端上加入了語音提示模塊。
Windows CE提供了音頻API接口：
BOOL WINAPI PlaySound(LPCSTR pszSound，HMOD-ULE hmod，DWORDfdwSound)；
該函數(shù)的第1個參數(shù)表示要播放的音頻文件，第2個參數(shù)設(shè)置為NULL，第3個參數(shù)指定影響聲音播放的一些標(biāo)志。因此，語音模塊的實(shí)現(xiàn)就是在不同的情況下播放不同的提示聲音。
3 結(jié)論
基于阿爾泰公司的ART270開發(fā)板的車載物流終端集成了電子地圖、GPS定位、GPRS無線通信、語音提示等功能。由于采用柵格圖像來實(shí)現(xiàn)電子地圖，因此通過將小范圍內(nèi)的地理經(jīng)緯度坐標(biāo)簡化為線性坐標(biāo)模型，可成功地在柵格圖像上實(shí)現(xiàn)車輛定位實(shí)時監(jiān)控的功能。