基于Windows CE的物流車載終端設計方案

一、引言

隨著物流行業(yè)的快速發(fā)展，信息化和智能化成為提升物流效率和服務質量的重要手段。物流車載終端作為物流車輛的重要設備，集成了多種功能，如電子地圖、GPS定位、無線通信等，為物流車輛提供全面的信息支持。本文提出了一種基于Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的物流車載終端設計方案，詳細描述了主控芯片的型號及其在設計中的作用。

二、系統(tǒng)總體設計

1. 系統(tǒng)架構

本物流車載終端以嵌入式操作系統(tǒng)Windows CE為軟件平臺，結合高性能的主控芯片和多種功能模塊，實現(xiàn)了電子地圖、GPS定位、GPRS無線通信、語音提示等功能。

2. 主控芯片選擇

在主控芯片的選擇上，我們考慮了多種因素，包括性能、功耗、接口豐富程度等。最終，我們選擇了Intel的PXA270處理器作為主控芯片。PXA270是Intel于2004年發(fā)布的XScale處理器家族的升級產品，最高主頻達624MHz。它采用了先進的多媒體擴展技術（MMX），能夠在掌上設備上播放高質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，在保證CPU性能的情況下，最大限度地降低移動設備功耗。因此，PXA270處理器成為高端移動設備中最受歡迎的處理器之一。

在本設計方案中，我們采用了基于PXA270處理器的阿爾泰ART270開發(fā)板和Liod評估板（簡稱Liod板）作為硬件平臺。ART270開發(fā)板是北京阿爾泰科技推出的一款高端ARM開發(fā)平臺，性能高、功耗低、接口豐富、功能強大，適合作為語音系統(tǒng)、指紋識別、PDA終端、車載GPS導航、無線上網(wǎng)、數(shù)碼媒體播放、工業(yè)控制等設備的開發(fā)參考。Liod板則是一款針對嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的評估板，其核心也是PXA270處理器。

三、功能模塊設計

1. 電子地圖模塊

電子地圖模塊是物流車載終端的重要組成部分，它實現(xiàn)了地圖的4級縮放、平移、歸中功能。電子地圖模塊采用柵格圖像實現(xiàn)，柵格圖像由像素點組成，與矢量圖像不同，柵格圖像在用作電子地圖時需要在地圖元素和數(shù)據(jù)之間建立對應關系。

為了實現(xiàn)地圖的多級縮放，我們采用了歸一化坐標系。歸一化坐標系可以簡化柵格地圖的多級縮放過程。在地圖放大或縮小時，車輛對應的像素坐標會發(fā)生改變，但在GPS連續(xù)的兩次更新間隔之間，車輛在地圖上的歸一化坐標是不會變化的。因此，我們只需要用新地圖的像素寬度乘以歸一化x坐標，即可得到車輛在新地圖上的x軸像素坐標；同理，可得車輛在新地圖上的y軸像素坐標。

本設計中的電子地圖模塊統(tǒng)一采用歸一化坐標系，并實現(xiàn)了4級縮放功能。設計中采用了一幅大小為2251×1557、格式為BMP的成都地圖作為原始地圖，即所能支持的最大分辨率的地圖。把縮小8倍以后的地圖作為所能支持的最小分辨率地圖。

2. GPS定位模塊

GPS定位模塊用于定位車載終端當前的位置。在本設計方案中，我們采用了阿爾泰GPS擴展模塊和GARMIN15L 12通道定位模塊。阿爾泰GPS擴展模塊是一種低功耗GPS接收機模塊，它集成了天寶新型lassen IQ 12路低功耗快速定位GPS接收模塊，性能良好。該模塊采用RS232串口與設備聯(lián)接，與GPS通信的各種協(xié)議相兼容，方便用于研發(fā)。GARMIN15L 12通道定位模塊則具有高精度、高靈敏度、低功耗等優(yōu)點，能夠滿足物流車載終端對GPS定位的需求。

3. GPRS無線通信模塊

GPRS無線通信模塊實現(xiàn)了終端與控制中心的無線通信。在本設計方案中，我們采用了阿爾泰GPRS模塊和GPRS Modem。阿爾泰GPRS模塊支持三頻GSM/GPRS 900/1800/1900 MHz，采用SIM300GSM/GPRS模塊，提供標準的RS-232接口，工業(yè)標準設計，使其能以小尺寸和低功耗實現(xiàn)語音、SMS、數(shù)據(jù)和傳真信息的高速傳輸。GPRS Modem則通過Liod板的串行口COM1發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

由于與控制中心交互的數(shù)據(jù)種類較多，我們定義了相應的應用層數(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“0”為前導字符進行填充；字符型字段不足部分以空格（SPACE,0x20）為前導字符填充。字符串型字段的長度不包括字符串結尾的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)包中之前必須進行轉換。

4. 語音提示模塊

語音提示模塊提供了更好的人機交互功能。在本設計方案中，我們直接使用了Liod板提供的音頻接口來實現(xiàn)語音提示功能。通過語音提示模塊，可以向駕駛員提供導航信息、車輛狀態(tài)信息等。

5. 稱重與打印模塊

稱重與打印模塊用于讀取電子秤數(shù)據(jù)并實現(xiàn)票據(jù)的打印。在本設計方案中，我們采用了自行開發(fā)的電子秤和TD58熱敏打印機。電子秤使用應變片壓力傳感器、AD8221運算放大器和C8051F020芯片進行設計。物品重量通過應變片壓力傳感器轉換成比較微弱的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過AD8221運算放大器放大后送到C8051F020的ADC1轉換器進行轉換。轉換后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去，并在擴展板的液晶顯示屏上顯示重量。TD58熱敏打印機則用于實現(xiàn)票據(jù)的打印功能。

四、硬件設計

1. 硬件連接

在硬件連接方面，我們根據(jù)Liod板提供的硬件資源和系統(tǒng)需要使用的硬件情況進行了設計。硬件設計主要包括以太網(wǎng)口轉串口電路設計和電子秤硬件電路設計兩部分。

以太網(wǎng)口轉串口電路設計采用了ZNE100T以太網(wǎng)轉串口模塊，將Liod板的以太網(wǎng)口擴充成3個串行口。這樣，GPS接收模塊、熱敏打印機、電子秤等都可以通過串行口與Liod板進行通信。

電子秤硬件電路設計則采用了應變片壓力傳感器、AD8221運算放大器和C8051F020芯片進行設計。物品重量通過應變片壓力傳感器轉換成電壓信號后送到AD8221運算放大器進行放大，再送到C8051F020的ADC1轉換器進行轉換。轉換后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送出去，并在擴展板的液晶顯示屏上顯示重量。

2. 主控芯片作用

主控芯片PXA270在整個設計方案中起到了核心作用。它負責處理各種數(shù)據(jù)和信息，并控制各個功能模塊的工作。通過PXA270的高性能處理器和豐富的接口資源，我們實現(xiàn)了電子地圖的縮放、平移、歸中功能；通過GPS定位模塊和GPRS無線通信模塊實現(xiàn)了車輛的實時定位和無線通信；通過語音提示模塊提供了更好的人機交互功能；通過稱重與打印模塊實現(xiàn)了電子秤數(shù)據(jù)的讀取和票據(jù)的打印。

五、軟件設計

1. 操作系統(tǒng)選擇

本設計方案采用了Windows CE作為軟件平臺。Windows CE是一種針對小容量、移動式、智能化設備的多任務、搶占式、模塊化實時嵌入式操作系統(tǒng)。它具有與桌面Windows幾乎完全兼容的API接口，方便開發(fā)者進行應用程序的開發(fā)。為了配合Windows CE上的應用程序開發(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 4.0版本。

2. 軟件開發(fā)流程

在軟件開發(fā)方面，我們按照以下流程進行了開發(fā)：

（1）需求分析：根據(jù)物流車載終端的功能需求進行需求分析，確定需要實現(xiàn)的功能模塊和性能指標。
（2）系統(tǒng)設計：根據(jù)需求分析結果進行系統(tǒng)設計，包括硬件設計和軟件設計兩部分。硬件設計主要確定硬件平臺和各個功能模塊的實現(xiàn)方式；軟件設計則主要確定操作系統(tǒng)的選擇和應用程序的開發(fā)流程。
（3）編碼實現(xiàn)：根據(jù)系統(tǒng)設計結果進行編碼實現(xiàn)。在編碼過程中，我們采用了模塊化設計思想，將各個功能模塊分別進行編碼實現(xiàn)，并進行單元測試和集成測試。
（4）系統(tǒng)測試：在完成編碼實現(xiàn)后，我們進行了系統(tǒng)測試。系統(tǒng)測試包括功能測試和性能測試兩部分。功能測試主要驗證各個功能模塊是否滿足設計要求；性能測試則主要測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度等指標。
（5）系統(tǒng)優(yōu)化：根據(jù)系統(tǒng)測試結果進行系統(tǒng)優(yōu)化。在系統(tǒng)優(yōu)化過程中，我們主要對代碼進行了優(yōu)化和調試，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度。

六、結論

本文提出了一種基于Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)的物流車載終端設計方案。該方案集成了電子地圖、GPS定位、GPRS無線通信、語音提示、稱重與打印等多種功能，為物流車輛提供了全面的信息支持。通過采用高性能的PXA270處理器作為主控芯片，并結合多種功能模塊和豐富的接口資源，我們實現(xiàn)了物流車載終端的各項功能需求。同時，通過采用Windows CE作為軟件平臺和eVC集成開發(fā)環(huán)境進行應用程序的開發(fā)，我們提高了開發(fā)效率和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該設計方案具有較高的實用價值和推廣前景。

在未來的工作中，我們將繼續(xù)完善該設計方案的功能和性能，提高物流車載終端的智能化水平和服務質量。同時，我們也將積極探索新的技術和方法，為物流行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻。