專利名稱：一種基于fpga技術(shù)的個人定位終端器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于個人貼片式組合定位終端器。尤其涉及一種基于FPGA的個人貼片式組合定位終端器二、背景技術(shù)自20世紀(jì)90年代以來，隨著高精度、實時、安全可靠的定位測量和授時方法的出現(xiàn)，全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，簡稱GPS)技術(shù)得到越來越多的應(yīng)用。
GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)由接收終端和監(jiān)控中心組成。我國導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用研究起步較晚，基于GPS的定位導(dǎo)航接收終端體積較大，主要局限于特定行業(yè)的大客戶的監(jiān)控管理，如公安、銀行、交通管理、航海運輸?shù)?，不易整合到個人物品中并隨身攜帶，不方便老人、小孩、智障人群和特殊行業(yè)人員佩戴，無法完成從安全角度對這些人群進(jìn)行監(jiān)控。目前，國內(nèi)個人便攜式定位系統(tǒng)停留在理論研究階段或者試驗階段，例如“基于GSM網(wǎng)絡(luò)的個人定位系統(tǒng)”(袁姝 華中科技大學(xué) 廣東通信技術(shù)2002年12期)其討論的是適用于城市公交系統(tǒng)、出租車調(diào)度系統(tǒng)、大型物流配送系統(tǒng)、運輸車跟蹤系統(tǒng)和機動車防盜系統(tǒng)的一種定位系統(tǒng)，其接收終端體積大，不方便用于個人攜帶，并不是真正意義上的個人定位系統(tǒng)。市場上為數(shù)不多的接收終端產(chǎn)品均為國外的設(shè)備，例如“Personal GPS navigation device”(InventorsGeelen，Pieter；(Hilversum，NL)United States Patent Application 20040243307)，該專利是一種個人GPS導(dǎo)航裝置，該裝置可以同步顯示它在地圖上的位置，顯示GPS信號強度，對自己感興趣的地方用圖標(biāo)進(jìn)行標(biāo)記，并對地圖進(jìn)行縮放。但其基于通用微處理器，體積比較大，定位采用GPS單一定位，定位性能不穩(wěn)定，精度有限，產(chǎn)品生命周期短，升級不方便，成本比較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種體積小、成本低、定位穩(wěn)定性好、定位精度高、產(chǎn)品升級方便、產(chǎn)品生命周期長的個人貼片式組合定位終端器。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將數(shù)字指南針的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊通過A/D轉(zhuǎn)換控制模塊與總控制模塊相連，GPS模塊通過串口通信模塊與總控制模塊相連，GPRS模塊的一端與監(jiān)控中心無線連接，另一端通過串口通信模塊與總控制模塊相連，狀態(tài)顯示模塊的一端與總控制模塊相連、另一端與LED連接，定時器模塊、復(fù)位開關(guān)、時鐘分別與總控制模塊連接；
其中，A/D轉(zhuǎn)換控制模塊、定時器模塊、總控制模塊、狀態(tài)顯示模塊、串口通信模塊和串口通信模塊用硬件描述語言VHDL編程并被集成到一片F(xiàn)PGA中。
所述的總控制模塊由分頻模塊、控制模塊組成；控制模塊的復(fù)位信號輸入端resertin與復(fù)位開關(guān)相連，控制模塊的復(fù)位信號輸出端resertout分別與A/D轉(zhuǎn)換控制模塊、定時器模塊、狀態(tài)顯示模塊和兩個串口通信模塊的復(fù)位信號輸入端resert相連；分頻模塊的clk端、ad_clk端分別與時鐘、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊的clkin端相連，分頻模塊的time_clk端與定時器模塊的clk_in端相連，分頻模塊的uart_clk1端與串口通信模塊的clkin端相連，分頻模塊的uart_clk2端與串口通信模塊的clkin端相連。
所述的A/D轉(zhuǎn)換控制模塊由fifo緩存模塊和A/D控制模塊組成；A/D控制模塊的寫允許信號端wr、讀允許信號端rd、full端和empty端分別與fifo緩存模塊的wrreq端、rdreq端、full端和empty端相連；A/D控制模塊的clkout端、ad_oe端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的clk端、oe端相連，A/D控制模塊的clkin端與分頻模塊的ad_clk端相連；fifo緩存模塊的fifoclk端、數(shù)據(jù)輸入端i0-i7分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊的clk端、數(shù)據(jù)輸出端d0-d7相連，fifo緩存模塊的數(shù)據(jù)輸出端q0-q7與控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端in0-in7相連。
所述的串口通信模塊由波特率發(fā)生模塊、接收模塊組成；波特率發(fā)生模塊的波特率輸出端bd_out與接收模塊的波特率輸入端bd_in相連；波特率發(fā)生模塊的clkin端與分頻模塊的uart_clk1端相連，接收模塊的rxd端與GPS模塊的txd端相連，接收模塊的數(shù)據(jù)輸出端dout0～dout7分別與控制模塊的gps0～gps7端相連。
所述的串口通信模塊由波特率發(fā)生模塊、發(fā)送模塊和接收模塊組成；波特率發(fā)生模塊的波特率輸出端bd_out分別與接收模塊的波特率輸入端bd_rxd和發(fā)送模塊的波特率輸入端bd_txd相連；波特率發(fā)生模塊的clkin端與分頻模塊的uart_clk2端相連，接收模塊的rxd端、數(shù)據(jù)輸出端dout0～dout7分別與GPRS模塊的txd端、控制模塊的gprs0～gprs7端相連，發(fā)送模塊的txd端、數(shù)據(jù)輸入端din0～din7分別與GPRS模塊的rxd端、控制模塊的gprs_out0～gprs_out7端相連。
所述的定時器模塊由讀寫控制模塊和定時/計數(shù)模塊組成；讀寫控制模塊的dout0～dout7與定時/計數(shù)模塊的din0～din7端相連；讀寫控制模塊的數(shù)據(jù)輸入端d0～d7、工作方式選擇端a0、a1、讀允許端rd、寫允許端wr、時鐘輸入端clk_in分別與控制模塊的clk_d0～clk_d7端、ta0、ta1端、trd、twr端、time_clk端連接，定時/計數(shù)模塊的輸出端ckout0～ckout3與控制模塊的ck0～ck3連接。
所述的狀態(tài)顯示模塊由顯示模塊和顯示控制模塊組成；顯示模塊的x0～x3端與顯示控制模塊x10～x13端相連；顯示控制模塊的xc0～xc7端與控制模塊的xt0～xt7端相連，顯示控制模塊的寫選通信號rw端與控制模塊的xrw端相連，顯示模塊的輸出端與LED連接。
由于采用上述技術(shù)方案，將各個模塊集成到一塊FPGA芯片中，具有體積小、重量輕、功耗低、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，產(chǎn)品生命周期長、升級方便的特點；采用數(shù)字指南針和GPS組合定位，使其定位穩(wěn)定性好、定位精度高。本發(fā)明使用范圍廣，不僅適合個人貼片攜帶，還可用于車載。
四

圖1是本發(fā)明的一種總體結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是圖1中的A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3是圖1中的串口通信模塊[9]的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是圖1中的串口通信模塊[7]的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖1中的定時器模塊[3]的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖1中的狀態(tài)顯示模塊[5]的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖1中的總控制模塊[4]的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述實施例本實施例如圖1所示，將數(shù)字指南針[14]的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]通過A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]與總控制模塊[4]相連，GPS模塊[10]通過串口通信模塊[9]與總控制模塊[4]相連，GPRS模塊[8]的一端與監(jiān)控中心無線連接，另一端通過串口通信模塊[7]與總控制模塊[4]相連，狀態(tài)顯示模塊[5]的一端與總控制模塊[4]相連、另一端與LED[6]連接，定時器模塊[3]、復(fù)位開關(guān)[12]、時鐘[11]分別與總控制模塊[4]連接；其中，A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]、定時器模塊[3]、總控制模塊[4]、狀態(tài)顯示模塊[5]、串口通信模塊[7]和串口通信模塊[9]用硬件描述語言VHDL編程并被集成到一片F(xiàn)PGA[13]中。
總控制模塊[4]如圖7所示，由分頻模塊[26]、控制模塊[27]組成?？刂颇K[27]的復(fù)位信號輸入端resertin與復(fù)位開關(guān)[12]相連，控制模塊[27]的復(fù)位信號輸出端resertout分別與A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]、定時器模塊[3]、狀態(tài)顯示模塊[5]和串口通信模塊[7]、[9]的復(fù)位信號輸入端resert相連。分頻模塊[26]的clk端、ad_clk端分別與時鐘[11]、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]的clkin端相連，分頻模塊[26]的time_clk端與定時器模塊[3]的clk_in端相連，分頻模塊[26]的uart_clk1端與串口通信模塊[9]的clkin端相連，分頻模塊[26]的uart_clk2端與串口通信模塊[7]的clkin端相連。
A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]如圖2所示，由fifo緩存模塊[15]和A/D控制模塊[16]組成。A/D控制模塊[16]的寫允許信號端wr、讀允許信號端rd、full端和empty端分別與fifo緩存模塊[15]的wrreq端、rdreq端、full端和empty端相連。A/D控制模塊[16]的clkout端、ad_oe端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的clk端、oe端相連，A/D控制模塊[16]的clkin端與分頻模塊[26]的ad_clk端相連。fifo緩存模塊[15]的fifoclk端、數(shù)據(jù)輸入端i0-i7分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的clk端、數(shù)據(jù)輸出端d0-d7相連，fifo緩存模塊[15]的數(shù)據(jù)輸出端q0-q7與控制模塊[27]的數(shù)據(jù)輸入端in0-in7相連。
串口通信模塊[9]如圖3所示，由波特率發(fā)生模塊[17]、接收模塊[18]組成。波特率發(fā)生模塊[17]的波特率輸出端bd_out與接收模塊[18]的波特率輸入端bd_in相連。波特率發(fā)生模塊[17]的clkin端與分頻模塊[26]的uart_clk1端相連，接收模塊[18]的rxd端與GPS模塊[10]的txd端相連，接收模塊[18]的數(shù)據(jù)輸出端dout0～dout7分別與控制模塊[27]的gps0～gps7端相連。
串口通信模塊[7]如圖4所示，由波特率發(fā)生模塊[19]、發(fā)送模塊[20]和接收模塊[21]組成。波特率發(fā)生模塊[19]的波特率輸出端bd_out分別與接收模塊[21]的波特率輸入端bd_rxd和發(fā)送模塊[20]的波特率輸入端bd_txd相連。波特率發(fā)生模塊[19]的clkin端與分頻模塊[26]的uart_clk2端相連，接收模塊[21]的rxd端、數(shù)據(jù)輸出端dout0～dout7分別與GPRS模塊[8]的txd端、控制模塊[27]的gprs0～gprs7端相連，發(fā)送模塊[20]的txd端、數(shù)據(jù)輸入端din0～din7分別與GPRS模塊[8]的rxd端、控制模塊[27]的gprs_out0～gprs_out7端相連。
定時器模塊[3]如圖5所示，由讀寫控制模塊[22]和定時/計數(shù)模塊[23]組成。讀寫控制模塊[22]的dout0～dout7與定時/計數(shù)模塊[23]的din0～din7端相連。讀寫控制模塊[22]的數(shù)據(jù)輸入端d0～d7、工作方式選擇端a0、a1、讀允許端rd、寫允許端wr、時鐘輸入端clk_in分別與控制模塊[27]的clk_d0～clk_d7端、ta0、ta1端、trd、twr端、time_clk端連接，定時/計數(shù)模塊[23]的輸出端ckout0～ckout3與控制模塊[27]的ck0～ck3連接。
狀態(tài)顯示模塊[5]如圖6所示，由顯示模塊[24]和顯示控制模塊[25]組成。顯示模塊[24]的x0～x3端與顯示控制模塊[25]x10～x13端相連。顯示控制模塊[25]的xc0～xc7端與控制模塊[27]的xt0～xt7端相連，顯示控制模塊[25]的寫選通信號rw端與控制模塊[27]的xrw端相連，顯示模塊[24]的輸出端與LED[6]連接。
本發(fā)明工作原理主要如下數(shù)字指南針[14]信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]，從in0-in7端輸入到總控制模塊[4]，經(jīng)過總控制模塊[4]的運算處理得到方向角φ，φ為順時針方向，0≤φ＜360?？偪刂颇K[4]從gps0～gps7端采集GPS接收機的定位信號(經(jīng)緯度、速度)。
獲取終端器的平均速度取間隔時間ΔT，認(rèn)為在該段時間內(nèi)，終端器速度近似不變，每隔ΔT對從gps0～gps7端輸入的GPS信號的速度進(jìn)行n次采樣，標(biāo)記為v1，v2……vn，則可求得平均速度為v‾=(Σi=1nvi)/n,]]>將該平均速度存入緩存，并不斷更新以獲取最佳值。
終端在GPS盲區(qū)時接收不到GPS信號。當(dāng)終端剛進(jìn)入盲區(qū)前一時刻T0時，系統(tǒng)記錄該時刻的經(jīng)度為E0、緯度W0、數(shù)字指南針的偏向角φ0；在GPS信號失鎖期間，用數(shù)字指南針[14]進(jìn)行輔助定位。用Δt對該時間段進(jìn)行劃分，得到一個個小的時間段(T0，T0+Δt)，(T0+Δt，T0+2Δt)……(T0+(n-1)Δt，T0+nΔt)，認(rèn)為在Δt時間內(nèi)數(shù)字指南針[14]方向沒有變化。同時對數(shù)字指南針[14]以Δt時間間隔進(jìn)行采樣，得到一組偏向角φ1，φ2，……φn，設(shè)在時刻TR終端器需要知道自己所在的位置，首先求出TR屬于上面哪個時間段，假設(shè)在(T0+iΔt，(T0+i+1)Δt)內(nèi)，此時的偏向角為φi，按照迭代算法Ej＝Ej-1+F(L*sina(φj-1))Wj＝Wj-1+F(L*cos(φj-1))1≤j≤i；算出T0+iΔt時刻的初始經(jīng)緯度(Ei，Wi)，則TR時刻的經(jīng)緯度(ETR，WTR)ETR＝Ei+F(L*sina(φi))WTR＝Wi+F(L*cos(φi))式中L＝Δt*vv為GPS信號有效時求得的最佳平均速度，并存入總控制模塊[4]緩存中，GPS信號失鎖后，系統(tǒng)停止求解平均速度。
F()位移轉(zhuǎn)化為經(jīng)緯度函數(shù)。
AT命令表存放在一塊20×10的ROM中，ROM編程配置在FPGA[13]的內(nèi)部，存儲AT命令，通過串口模塊[7]發(fā)送AT命令到GPRS模塊[8]，與監(jiān)控中心進(jìn)行信息交換。本實施例將個人貼片式組合定位終端器集成在一片F(xiàn)PGA[13]中，數(shù)字指南針[14]信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送入FPGA[13]，GPS模塊[10]將定位信號通過串口通信模塊[9]送入FPGA[13]，經(jīng)過總控制模塊[4]的運算處理后生成最終定位信號。由于個人貼片式組合定位終端器集成在一塊FPGA[13]中，體積可以做的很小，便于老人、兒童、智障人群佩戴，且升級方便，產(chǎn)品生命周期長。
權(quán)利要求
1.一種基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于將數(shù)字指南針[14]的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]通過A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]與總控制模塊[4]相連，GPS模塊[10]通過串口通信模塊[9]與總控制模塊[4]相連，GPRS模塊[8]的一端與監(jiān)控中心無線連接，另一端通過串口通信模塊[7]與總控制模塊[4]相連，狀態(tài)顯示模塊[5]的一端與總控制模塊[4]相連、另一端與LED[6]連接，定時器模塊[3]、復(fù)位開關(guān)[12]、時鐘[11]分別與總控制模塊[4]連接；其中，A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]、定時器模塊[3]、總控制模塊[4]、狀態(tài)顯示模塊[5]、串口通信模塊[7]和串口通信模塊[9]用硬件描述語言VHDL編程并被集成到一片F(xiàn)PGA[13]中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于所述的總控制模塊[4]由分頻模塊[26]、控制模塊[27]組成；控制模塊[27]的復(fù)位信號輸入端resertin與復(fù)位開關(guān)[12]相連，控制模塊[27]的復(fù)位信號輸出端resertout分別與A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]、定時器模塊[3]、狀態(tài)顯示模塊[5]和串口通信模塊[7]、[9]的復(fù)位信號輸入端resert相連；分頻模塊[26]的clk端、ad_clk端分別與時鐘[11]、A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]的clkin端相連，分頻模塊[26]的time_clk端與定時器模塊[3]的clk_in端相連，分頻模塊[26]的uart_clk1端與串口通信模塊[9]的clkin端相連，分頻模塊[26]的uart_clk2端與串口通信模塊[7]的clkin端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于所述的A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]由fifo緩存模塊[15]和A/D控制模塊[16]組成；A/D控制模塊[16]的寫允許信號端wr、讀允許信號端rd、full端和empty端分別與fifo緩存模塊[15]的wrreq端、rdreq端、full端和empty端相連；A/D控制模塊[16]的clkout端、ad_oe端分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的clk端、oe端相連，A/D控制模塊[16]的clkin端與分頻模塊[26]的ad_clk端相連；fifo緩存模塊[15]的fifoclk端、數(shù)據(jù)輸入端i0-i7分別與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的clk端、數(shù)據(jù)輸出端d0-d7相連，fifo緩存模塊[15]的數(shù)據(jù)輸出端q0-q7與控制模塊[27]的數(shù)據(jù)輸入端in0-in7相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于所述的串口通信模塊[9]由波特率發(fā)生模塊[17]、接收模塊[18]組成；波特率發(fā)生模塊[17]的波特率輸出端bd_out與接收模塊[18]的波特率輸入端bd_in相連；波特率發(fā)生模塊[17]的clkin端與分頻模塊[26]的uart_clk1端相連，接收模塊[18]的rxd端與GPS模塊[10]的txd端相連，接收模塊[18]的數(shù)據(jù)輸出端dout0～dout7分別與控制模塊[27]的gps0～gps7端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于所述的串口通信模塊[7]由波特率發(fā)生模塊[19]、發(fā)送模塊[20]和接收模塊[21]組成；波特率發(fā)生模塊[19]的波特率輸出端bd_out分別與接收模塊[21]的波特率輸入端bd_rxd和發(fā)送模塊[20]的波特率輸入端bd_txd相連；波特率發(fā)生模塊[19]的clkin端與分頻模塊[26]的uart_clk2端相連，接收模塊[21]的rxd端、數(shù)據(jù)輸出端dout0～dout7分別與GPRS模塊[8]的txd端、控制模塊[27]的gprs0～gprs7端相連，發(fā)送模塊[20]的txd端、數(shù)據(jù)輸入端din0～din7分別與GPRS模塊[8]的rxd端、控制模塊[27]的gprs_out0～gprs_out7端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于所述的定時器模塊[3]由讀寫控制模塊[22]和定時/計數(shù)模塊[23]組成；讀寫控制模塊[22]的dout0～dout7與定時/計數(shù)模塊[23]的din0～din7端相連；讀寫控制模塊[22]的數(shù)據(jù)輸入端d0～d7、工作方式選擇端a0、a1、讀允許端rd、寫允許端wr、時鐘輸入端clk_in分別與控制模塊[27]的clk_d0～clk_d7端、ta0、ta1端、trd、twr端、time_clk端連接，定時/計數(shù)模塊[23]的輸出端ckout0～ckout3與控制模塊[27]的ck0～ck3連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FPGA技術(shù)的個人定位終端器，其特征在于所述的狀態(tài)顯示模塊[5]由顯示模塊[24]和顯示控制模塊[25]組成；顯示模塊[24]的x0～x3端與顯示控制模塊[25]xl0～xl3端相連；顯示控制模塊[25]的xc0～xc7端與控制模塊[27]的xt0～xt7端相連，顯示控制模塊[25]的寫選通信號rw端與控制模塊[27]的xrw端相連，顯示模塊[24]的輸出端與LED[6]連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于FPGA的個人貼片式組合定位終端器。其技術(shù)方案是，將數(shù)字指南針[14]的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]的輸入端連接，A/D轉(zhuǎn)換模塊[1]通過A/D轉(zhuǎn)換控制模塊[2]與總控制模塊[4]相連，GPS模塊[10]通過串口通信模塊[9]與總控制模塊[4]相連，GPRS模塊[8]的一端與監(jiān)控中心無線連接，另一端通過串口通信模塊[7]與總控制模塊[4]相連，狀態(tài)顯示模塊[5]的一端與總控制模塊[4]相連、另一端與LED[6]連接，定時器模塊[3]、復(fù)位開關(guān)[12]、時鐘[11]分別與總控制模塊[4]相連。本產(chǎn)品具有體積小、重量輕、功耗低、成本低、開發(fā)周期短、生命周期長，升級方便、定位穩(wěn)定性好、精度高、使用范圍廣的特點。不僅適合個人貼片攜帶，還可用于車載。
文檔編號G01C21/26GK1737604SQ20051001906
公開日2006年2月22日 申請日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者方康玲, 馮琪, 黃衛(wèi)華, 聶澤東, 陳國年 申請人:武漢科技大學(xué), 武漢融智信息技術(shù)有限公司