汽车导航基汽车信息显示系统
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　　随着现代科学技术的发展，汽车行业正日渐成为电子技术应用最密集的领域之一，有关专家预测未来汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的15%以上，使汽车真正成为所谓的“电子汽车”，因此，汽车电子将是未来的一个新的经济增长热点。

　　基于以上原因，南京电子技术研究所以自筹资金为主，同时积极申请相关资助为辅，自主开发了汽车导航及汽车信息显示系统。

　　本系统的主要功能为：利用电子地图为驾驶员提供路线指示和路径规划，及行驶中的相关信息，在非行驶时间还可为乘员提供包括DVD、VCD、CD等娱乐活动。

　　系统采用了模块化设计方法，以提高可靠性和降低造价。

　　1 系统原理及功能描述

　　1.1系统组成

　　本系统的硬件包括导航计算机(PC-104)、GPS接收器、陀螺仪、液晶显示屏、收音机、DVD/VCD/CD、音频功放、显控单片机、触摸屏、键盘、驱动电机等，其组成如图1所示。

　　本系统为小型车辆提供了一个基于平板液晶显示的电子信息平台，它将已经采用的各种电子设备综合到现代汽车电子信息系统中来，是一种具有国际先进水平和相当市场竞争能力的车载电子信息系统。



　　1.2 系统的具体用途和功能

　　1.2.1 定位导航功能

　　系统能在绝大部分的行程时间里确定车辆的实时位置，并与实际位置的偏差小于20m；系统能将车辆的实时位置转化为地图坐标并与道路网相匹配，以提供车辆在路网中最可能的行驶路段，以及车辆在该路段中所处的位置；系统能向驾驶员提供以地图为背景的图形化实时车辆位置显示；系统能接受旅行目的地请求，并按合适的规划标准给出由当前位置或指定起点到达目的地的最佳行车路线；系统能根据已规划好的行车路线产生实时的驾驶引导指令，并以图形指示或语音提示的方式提供给驾驶员；系统能确定车辆当前是否已经偏离了预定行车路线并及时做出处理，或者以语音或图形提醒驾驶员注意，或者从当前位置开始重新规划行车路线。系统可向用户提供与电子地图有关的信息检索与查询服务，如按用户要求显示停车场、主要旅游景点、宾馆饭店等服务设施的位置的数据资料，并在电子地图中指示其所处的位置。在倒车时开通后视镜，可在液晶屏上直观地看到车后情况。

　　1.2.2 娱乐功能

　　娱乐功能包括DVD/VCD/CD，收音机，功率放大。

　　1.3 设计思路

　　在研发过程中，系统采用了集成的设计思路，即尽量采用成熟和现有的货架产品，重点在系统集成和软件设计，由于是车载产品，设计时必需考虑以下因素：抗振性，由于车载设备使用环境的限制，系统设计时必须考虑防震和稳定可靠性。为加强设备的亲和力、面向用户以及安全性的实际需求，要尽量采用人性化的设计，系统的操作过程应尽可能做到简单方便，硬件的接口、按键设计简洁明了；界面操作简单直观，易学易用。在保证完成设计目标的前提下，应尽可能地优化方案设计、精简系统的功能部件，以降低单位产品的制造成本。

　　为方便系统今后的改进和功能扩展，系统需要有一定的扩展空间，使其在预期的产品生命周期内能够适应市场需求和环境的变化。汽车电子系统可同时兼容导航和娱乐等功能，要尽量采用一体化设计，像CD-ROM播放器可用来存储数字地图和导航软件，也可用来播放DVD/VCD/CD等；而其它娱乐设备也尽量集成在一个模块中。

　　汽车电子各组成单元都以综合显示器作为控制和显示中心，它兼容娱乐、定位/导航，以及今后将开发的数字化仪表盘、移动网络通讯、防撞等功能，是一套真正意义上的车载电子信息平台。

　　1.4 系统工作过程

　　车辆点火起动，系统上电复位，内部初始化，显示屏显示初始画面。用户按需要进行有关功能选择或进行相关参数设置，现以导航功能为例介绍系统工作流程。

　　用户选择进入定位导航功能，完成画面切换。输入目的地在出发前，用户通过系统提供的输入方法将目的地输入到导航设备中。输入方式主要有以下几种：①在系统显示的电子地图上通过触摸屏直接点击地点，确认后选取；②按分类方式，用菜单由粗到细按地名一级一级地深入，最终选定目的地；③用单位的电话号码输入方式进行查询。路径规划在用户输入目的地以及进行一定的行车策略选择(如时间最短、路程最短、是否走高速等)后，系统进行路径规划，并将推荐的路线显示出来。系统对走过的路程有记忆功能，以保证用户在某些情况下能原路返回。一旦车辆偏离推荐路线，系统会自动删除原路线并重新规划，将修正后行驶中导航在显示屏中显示电子地图，并标明行车方向、目的地等。还可根据用户的设定实时显示诸如维修站、加油站、停车场、酒店、机场等公共服务场所，以方便用户需要。以图形方式(大的拐弯箭头)，提示用户采取相应的行车控制，屏幕适当位置随时注明行车时间，剩余路程等。在车辆行驶过程中，驾驶员必须全神贯注于驾驶，而不能经常去查看显示屏幕。因此，导航系统中还利用语音输出，在必要时向驾驶员提供语音提示，从而确保行车安全。

　　1.5 系统的工作原理

　　汽车定位采用全球定位系统(GPS)和陀螺仪导航相结合的方法进行，当可定位的卫星大于或等于3颗时，直接用卫星进行定位。据有关资料，其定位误差小于20m。在遇到遮挡或其它原因，可定位的卫星小于3颗时，则采用陀螺仪加车速外推进行定位，此时定位误差会大一些，一般在50 m左右。用陀螺仪加车速外推进行定位仅仅是一个补充方法，一旦卫星信号恢复，立即转入卫星定位。由卫星定位得到的经纬度数据经串行口送人PC-104，从而在电子地图上找到对应的地图点，为了消除各种误差，PC-104需对GPS和陀螺仪送来的数据进行卡尔曼滤波，定位数据再经地图匹配技术处理，可以获得较为满意的导航定位精度，数字地图信息采用FLASH存贮器存贮，大容量的FLASH存贮器可以保存一个城市的详细地图或一个省的交通图，更多的地图信息可通过CD-ROM读人，液晶屏可分别显示VGA信号和复合视频信号，VGA用于显示地图信息，复合视频用于显示倒车后视信号，2种信号的切换由显控单片机进行，全系统的控制由触摸屏和按键进行，2种操作方法都有效，并可相互替代，这样也等于为成功控制增加了一道保障。DVD/VCD/CD的播放由PC-104的软件进行，图像用VGA方式在液晶屏上显示。收音机为调频调幅收音机，其输出为音频信号，收音机的音频信号和DVD/VCD/CD的音频信号经显控单片机选择后送往功放，放大后送人车载扬声器。显控单片机是C8051F020。

　　该芯片运行速度高，片内带有SPI、12C、RS232等对外接口，可以很方便地对外连接。2系统的软件设计系统的软件包括PC-104的系统软件、工作软件和显控单片机的控制软件。PC-104的系统软件选择WIN-CE，工作软件由自主开发，利用该软件可以根据需要对电子地图进行放大、缩小、左移、右移、上移和下移等操作，并实现最佳路线选择、最短路径、行驶路线保存、行驶轨迹回放、输入名称地址或电话号码进行目的地查询等诸项功能，PC-104可以用语音方式向驾驶员提供前方道路的简单情况。当车辆行驶超出地图显示范围时，电子地图将实现自动切换。所有导航软件都在WIN-CE系统下用Visual C++编制。

　　界面显示风格以简单、人性化、友好为标准，不采用计算机常用的Windows显示风格，并在处理时注意以下几个方面：①在容易引起歧意的地方，尽量用文字来代替图标的功能，使用图标应该一目了然，不会引起理解上的困难和偏差；②正常显示时，尽量给予大的地图显示界面，取消占用屏幕显示空间的状态栏等纯显示元素；③简化操作步骤，尽可能在短的操作步骤下，实现功能；④增加软键盘功能，键盘按钮要考虑到便于使用的原则；⑤在设计需要选择的界面环境时，要考虑到触摸选择的方便性，尽可能采用大的按钮和选择框。

　　系统提供2个功能：最短路径计算和最佳路径计算。最短路径计算是根据选择目的地i不考虑道路状况，计算最短路径(最短时间或最短距离)。最佳路径计算是根据选择目的地，考虑道路状况(载质量、行车速度、车道方向等)，计算最佳路径(最短时间或最短距离)，系统给出道路状况的选择项或者提供选择组合。在汽车将要通过路口时，系统用语音和图示提示驾驶员，将要左拐、右拐和直行，以及注意事项，提示不得干扰正常的路径导航。在驾驶偏离规划路径后，系统给出警告提示，并在无操作输入的一段时间后重新计算最佳路径，并要给出醒目的提示。系统将提供路径的多点(多目的)路程规划功能，帮助驾驶员在行驶前或运行中规划路线。系统提供查询道路设施点，包含政府机关、紧急救护(道路救援、医院)、金融机构、学校、休闲娱乐(含户外休闲、电影院)、餐饮购物(含夜市、快餐店、百货公司)、交通设施(加油站、停车场)、地名等道路外围设施，并提供保存功能。

　　分类信息查询：系统提供城市地标点、立交桥、宾馆酒店、餐厅饭庄、党政机关、大厦写字楼、购物中心、学校、公园景点、加油站、汽车配件、交通管理队、晶牌汽车维修站、汽车修理厂、汽车救援、医院急救中心、禁行点、车站、飞机场、邮政、金融银行、娱乐、休闲，满足用户在行车中的所有信息需求，并提供保存功能。查询功能输入要简便，便于驾乘人员使用。系统可在地图上建立自定义点，作为要去的目的地，或作为查询地输入点。系统可根据用户输入的选择地名、名称、定义点等进行查询，给出在地图上的位置及其详细信息。查询方式多样化。当汽车运行在导航模式时，可以选择多种导航显示方式。如：保持车头正北，地图转动的方式。保持地图不动，GPS的光标在当前地图窗口的中间，即汽车行进时，地图随着车辆的行进方向进行平移，保持汽车在地图的中间部位。系统应提供下一个显示内容可供选择：①系统将显示目标点方向以及行进方向显示。②系统将提供到达目标点的距离显示、所需时间估计值显示。③汽车所在路段的路名显示。④指南针指示、比例尺显示地图显示和导航显示同时工作，为用户提供地图的放大、缩小、移动、中心显示和最大化显示。放大——用户能够控制地图的放大量，提供比例尺的选择。缩小——用户能够控制地图的缩小量，提供比例尺的选择。移动——当用户点击移动操作时，地图根据所指定的方向和平移量进行平移。中心显示——当用户点击操作时，地图以设定点作为地图中心进行自动、最大化显示，并进行显示要素的自动调整。由于地图制作和GPS给出的定位点与实际汽车运行的路线存在误差，以及建筑物阻挡和隧道内行驶，没有GPS信号，因此系统将提供GPS轨迹修正功能，确保汽车GPS,点在地图的道路上移动，不能偏离道路以及路口的正确性。

　　单片机的控制程序也由C语言编制，主要功能为接收处理键盘、与PC-104通讯、显示画面、音频信号的切换、收音机的调整控制等。

　　2 结束语

　　未来的汽车电子设备将越来越复杂，它将成为汽车的一个重要组成部分，各电子设备之间都应使用同一种总线连接，以方便各方的数据传送及处理，这样使得系统的扩展更方便。本系统经别克商务车和日产帕拉丁车等多种车辆长期跑车试验证明，其设计合理，性能指标达到设计要求，设备运行稳定可靠。在试验期间，向多家汽车厂商进行了展示，得到了较高评价。现正对本系统进行进一步完善，并做小批量投产的准备。据有关专家分析，在不长的时间内，国产中高档车都会陆续装备性能不同的导航及娱乐设备。据分析本系统的市场定价在1万元左右，这样的价格只占中高档车售价的5%以下。如果300万辆车中有30%安装导航及显示系统，每年的产值有近百亿，这将是一个前景相当广阔的市场。

　　对课题组各位同仁在本课题的研制过程中给予的大力支持表示感谢。


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