《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)室改造研究與實(shí)現(xiàn)

梁潔瑩

摘 要：廣州市交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)校《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)原有的設(shè)備是為《GPS衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)》課程提供實(shí)訓(xùn)服務(wù)的，隨著后續(xù)3+2中高職對(duì)接課程《導(dǎo)航設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的開(kāi)設(shè)，及其相應(yīng)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)調(diào)研的深入開(kāi)展，作者發(fā)現(xiàn)可以在現(xiàn)有《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的改造，即可實(shí)現(xiàn)《導(dǎo)航設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程實(shí)訓(xùn)服務(wù)功能，作者為實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室功能最大化，節(jié)省實(shí)訓(xùn)室建設(shè)資金做了一些研究與實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星定位技術(shù)；實(shí)訓(xùn)室改造

中圖分類號(hào)： G482 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2014）16-0079-02

廣州市交通運(yùn)輸職業(yè)學(xué)校是一所以大交通為行業(yè)背景的中職學(xué)校，開(kāi)設(shè)有汽車(chē)電子技術(shù)應(yīng)用專業(yè)智能交通管理專門(mén)化方向，該專業(yè)課程體系中開(kāi)設(shè)了一門(mén)《GPS衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)》專業(yè)核心課程，主要培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用GPS衛(wèi)星定位與導(dǎo)航技術(shù)掌握 GPS 采集地理信息數(shù)據(jù)，了解GPS導(dǎo)航等能力，熟悉 GPS 應(yīng)用范圍。本課程早期通過(guò)與企業(yè)合作，已開(kāi)發(fā)出教材并搭建起《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，能夠承擔(dān)GPS原理與應(yīng)用、定位服務(wù)（LBS）等實(shí)驗(yàn)，包括各類GPS接收機(jī)的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、實(shí)時(shí)衛(wèi)星位置解算及結(jié)果分析、可視衛(wèi)星位置預(yù)測(cè)等實(shí)驗(yàn)。

本專業(yè)今年初通過(guò)省教育廳的批準(zhǔn)，同意與廣東省交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院的智能交通管理專業(yè)聯(lián)合辦學(xué)，構(gòu)建起3+2中高職對(duì)接辦學(xué)立交橋，以滿足相當(dāng)一部分中職學(xué)生繼續(xù)升學(xué)的需求。為此，我們?cè)诒緦I(yè)智能交通管理專門(mén)化方向課程體系中為對(duì)接開(kāi)設(shè)了專業(yè)基礎(chǔ)課程《衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》，主要培養(yǎng)學(xué)生了解嵌入式技術(shù)在開(kāi)發(fā)衛(wèi)星定位與導(dǎo)航應(yīng)用的入門(mén)基礎(chǔ)，為學(xué)生將來(lái)升上高職，就讀智能交通管理對(duì)口專業(yè)，學(xué)習(xí)智能交通管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。本課程要配套相應(yīng)的嵌入式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)訓(xùn)室改造想法的提出

由于新設(shè)課程不具備實(shí)訓(xùn)場(chǎng)所，為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，我們首先考慮能否在現(xiàn)在一些實(shí)訓(xùn)室的基礎(chǔ)上，通過(guò)改造，加上相應(yīng)功能，使其達(dá)到《衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程的實(shí)訓(xùn)標(biāo)準(zhǔn)。我們對(duì)最為接近的《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)作了可行性分析，并提出改造方案，最終實(shí)現(xiàn)了兩門(mén)課程合一的實(shí)訓(xùn)室升級(jí)改造，為實(shí)訓(xùn)室功能最大化，節(jié)省實(shí)訓(xùn)室建設(shè)資金做了有益的研究。

二、實(shí)訓(xùn)室改造三步曲

1.實(shí)驗(yàn)室改造的可行性分析

我們通過(guò)羅列《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)設(shè)備清單，與《衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備作對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改造《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)有極大的可行性。

（1）原《衛(wèi)星定位技術(shù)應(yīng)用》教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)硬件組成：由12V電源、LCD顯示屏、主板、信號(hào)模擬板、防盜板、GPS板、GPRS板以及底板組成。

主要的模塊功能及完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目如表1所示。

（2）根據(jù)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)功能的需求，要構(gòu)建一個(gè)嵌入式衛(wèi)星導(dǎo)航開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，需要用到的模塊包括一個(gè)開(kāi)發(fā)板及相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，如表2所示。

通過(guò)比對(duì)，我們發(fā)現(xiàn)，除了在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)所需的必備主板模塊與現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的主板模塊不同外，擬建的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的擴(kuò)展模塊可沿用現(xiàn)有衛(wèi)星定位技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的擴(kuò)展模塊，也就是說(shuō)，通過(guò)對(duì)原有實(shí)訓(xùn)室的改造，擴(kuò)充后的功能是可以滿足后續(xù)課程對(duì)實(shí)訓(xùn)的需求的。當(dāng)然，后期還可根據(jù)課程的需要，配置其他模塊，如學(xué)習(xí)車(chē)輛視頻監(jiān)控應(yīng)用開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)時(shí)要用到的攝像頭，這個(gè)模塊也是目前沒(méi)有的，也需要另外配置。

2.確立改造關(guān)鍵內(nèi)容，合理配置開(kāi)發(fā)板

從上述可行性分析可知，原有實(shí)訓(xùn)室改造的關(guān)鍵就是如何選用一塊合適的開(kāi)發(fā)板，使之具備嵌入式衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的功能，包括將來(lái)可通過(guò)擴(kuò)充更多的擴(kuò)展模塊，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)更多嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的功能，如擴(kuò)展攝像頭，可以學(xué)習(xí)智能車(chē)輛視頻監(jiān)控開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。

（1）嵌入式衛(wèi)星定位開(kāi)發(fā)板處理器的定位

目前的導(dǎo)航產(chǎn)品分別有基于MCS51和ARM處理器的，市面也不乏相應(yīng)案例的教材。MCS51是指由美國(guó)INTEL公司生產(chǎn)的一系列單片機(jī)的總稱，ARM處理器是一個(gè)32位元精簡(jiǎn)指令集（RISC）處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。

相比之下，ARM的ROM和RAM遠(yuǎn)大于MCS51，而且IO口功能和處理速度也是兩個(gè)級(jí)別的，ARM支持多種操作系統(tǒng)，MCS51只能勉強(qiáng)上極其簡(jiǎn)單的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，所以ARM常用來(lái)開(kāi)發(fā)手機(jī)等多媒體產(chǎn)品，MSC51只能完成有限的實(shí)時(shí)控制功能，因此說(shuō)MSC51和ARM是不同等級(jí)差別的處理器。

近年來(lái)，隨著ARM處理器、嵌入式操作系統(tǒng)、路徑優(yōu)化控制算法和GPS網(wǎng)絡(luò)的成熟，衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)有了新的發(fā)展，使用ARM技術(shù)，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)定位和最優(yōu)路徑導(dǎo)航。為使教學(xué)保持技術(shù)的先進(jìn)性，故選擇ARM技術(shù)的開(kāi)發(fā)板是毫無(wú)疑問(wèn)的。

（2）ARM內(nèi)核系列的選擇

目前在業(yè)內(nèi)廣為人知的ARM處理器主要有ARM7系列和ARM9系列。通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)ARM9具有更高的時(shí)鐘頻率，以及指令周期的改進(jìn)，具有ARM7沒(méi)有的MMU（內(nèi)存管理單元）。

ARM9具有MMU單元的重要性在于MMU單元是大型操作系統(tǒng)必需的硬件支持，如LINUX、WINCE等。ARM7一般只能運(yùn)行小型的實(shí)時(shí)系統(tǒng)如UCOS-II、eCOS等，而ARM9無(wú)此限制，一般的操作系統(tǒng)都可以移植。這是近來(lái)使用ARM9開(kāi)發(fā)速度更快的衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)的原因。

（3）選擇ARM9技術(shù)的開(kāi)發(fā)板

根據(jù)ARM9的功能與作用，對(duì)ARM嵌入式開(kāi)發(fā)板進(jìn)行綜合考慮，包括①開(kāi)發(fā)板的硬件設(shè)計(jì)是否符合課程教學(xué)的需求定位。②開(kāi)發(fā)板的軟件是否支持完善。即開(kāi)發(fā)板能否讓用戶節(jié)省在系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)等方面的投入，真正做到讓教學(xué)專注于上層應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)。因此，在選購(gòu)開(kāi)發(fā)板時(shí)，一定要確認(rèn)清楚，是不是所有的硬件接口都有相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，開(kāi)發(fā)板是不是拿到手就能夠馬上用來(lái)做開(kāi)發(fā)。③供應(yīng)商的技術(shù)支持力度如何。包括服務(wù)熱線、技術(shù)討論QQ群、技術(shù)論壇等，是否能及時(shí)提供問(wèn)答服務(wù)、解決方案支持等。

通過(guò)查找開(kāi)發(fā)板的企業(yè)及產(chǎn)品評(píng)價(jià)，我們發(fā)現(xiàn)廣州天嵌科技的TQ2440開(kāi)發(fā)板在眾多開(kāi)發(fā)板中表現(xiàn)突出，技術(shù)成熟，服務(wù)支持好，銷量大。

TQ2440采用ARM9技術(shù)，作為一款嵌入式入門(mén)級(jí)開(kāi)發(fā)板，是目前學(xué)校實(shí)驗(yàn)室和學(xué)生個(gè)人使用最多的嵌入式開(kāi)發(fā)板，源碼齊全，學(xué)習(xí)方便，使用手冊(cè)可直接用作教材。提供wince5、wince6、Linux系統(tǒng)，并提供開(kāi)發(fā)手冊(cè)、移植手冊(cè)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭制作使用手冊(cè)，在大專院校、社會(huì)培訓(xùn)中心，很多地方都用它來(lái)構(gòu)建入門(mén)培訓(xùn)開(kāi)發(fā)板。

3.采購(gòu)安裝，完成對(duì)接

開(kāi)發(fā)板采購(gòu)回來(lái)后，由于原有實(shí)訓(xùn)箱沒(méi)有空余位置安裝，故接下來(lái)要做的就另外設(shè)計(jì)一個(gè)盒子，安裝固定開(kāi)發(fā)板。簡(jiǎn)單一點(diǎn)的做法，可以用亞克力板來(lái)固定，做成盒子也行。這些都是純手腳工夫，限于篇幅，就不一一描述。至此，基本完成實(shí)訓(xùn)室的改造，達(dá)到了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，擴(kuò)大功能，滿足更多課程實(shí)驗(yàn)的需要。

三、心得體會(huì)

隨著當(dāng)今環(huán)保理念的不斷提出及應(yīng)用普級(jí)，學(xué)校更應(yīng)主動(dòng)學(xué)習(xí)環(huán)保節(jié)能理念，并帶頭應(yīng)用。其中實(shí)訓(xùn)室改造是一種堅(jiān)持的探索，更是一種有益的環(huán)保行為應(yīng)用體現(xiàn)，尤其是大家普遍認(rèn)為辦學(xué)經(jīng)費(fèi)充裕的環(huán)境下，保持環(huán)保辦學(xué)理念并在各種場(chǎng)合積極應(yīng)用，是非常有意義的！

（編輯：魯利瑞）