基于TC45的车载语音导航终端的硬件设计

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基于TC45的车载语音导航终端的硬件设计 [复制链接]

一 引言
    我国的智能交通系统的建设仍处于初级阶段。作为其组成部分的导航系统，由三大部分组成：导航终端、数字地图、导航平台。【1】导航终端是我国卫星导航大批量应用市场的两大主项之一，它是目前中国导航市场的主体。【2】导航终端作为智能交通系统的神经末梢，很多公司在进行研制生产，推出的GPS导航终端有高端和低端两大类，各具特色，高端产品除导航功能外，其它如无线通讯、DVD、上网等功能都一应俱全，实现了一机在手，万事俱备，它们的市场销售价格大多在1.5万元左右。这类产品适合于一些高端客户。相比之下，低端产品只提供作为导航终端的必要的功能，系统复杂度底，成本低，面向的是普通客户以及行业客户，市场前景更为明朗。
    本文利用GPRS模块（TC45）、GPS模块（JP7）、语音合成模块（XF1M02），以及相应外围辅助电路，设计出一款精简的低成本的车载导航终端。
二 系统简介
1．系统功能描述：
   本系统采用车用电源供电，由于采用宽范围电源芯片，可以允许输入电压范围是8－40V。接通电源后，系统各模块自动启动，GPS模块开始定位，GPRS可以按照设定的时间主动往中心发送位置信息，也可以由控制中心命令其报告位置信息。需要导航时，按下12580 键，自动拨打查询电话，同时把现在位置信息发送给控制中心，再由司机告知目的地，中心将导航信息用GPRS通讯或短消息的方式发回终端，经过语音合成将导航信息播报出来，实现语音导航。并且设有重复键，可以重复播放导航信息。对于特种行业用车，如货运出租车，除自动定位外，控制中心可以按照就近原则，将需求信息发送到空车上，由司机确认收到，做到了智能调度，减少出租公司运营成本。

2．系统主要模块简介：
    GPS模块采用FALCOM公司的JP7模块，它的供电电压3.3 V DC ±5％，连续工作模式时电流约为65mA。定位精度在没有选择可用性限制（SA）时可以达到10米，时间与GPS时间同步在1毫秒之内。有两个全双工CMOS电平串口。30个引脚。
    GPRS模块采用SIEMENS公司的TC45模块，TC45是为M2M（machine-to-machine）市场设计的新一代无线模块，供电电压3.2V－4.5V，通过编程控制，可以有多达9个可自由编程的GPIO口，支持Internet 的 TCP/IP 协议。300 kB 快闪存储器，得益于应用了J2ME（Java 2 Micro Edition）技术，该模块的功能不再限于设备间的通讯，更实现了对应用设备的功能控制。
    语音合成模块使用安徽中科大讯飞信息科技有限公司的XF1M02语音合成芯片，异步串口通信，波特率9600bps，1起始位，8数据位，1停止位，无奇偶校验。数据以数据包为单位，每包长度不超过50字节，数据包的包头标识为0X01，包尾标识为0X04。

三 硬件设计
1．电源部分：
本系统需要4.0V和3.3V两种电压，汽车供电电压一般是12或者14V，从直流12V稳压到直流4.0V，电压落差8V，原先我采用线性稳压模块LD29300，试验证明损耗是很大的，发热很严重，芯片表面很快就会烫手，因此改进设计采用开关型稳压芯片MAX724得到4.0V电压，然后再用一个二极管，利用其导通压降0.7V，得到3.3V电压，实际试验效果表明是可行的。MAX724稳压电路原理图如图一，用R1和R2来调节输出电压到4.0V。
调节公式如下，其中2.21V为参考电压。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2．GPS部分：
GPS模块分为数字部分和模拟部分，需要独立接地。串口为CMOS电平，可以直接与TTL电平串口连接。在这里，TC45是做为DCE设备使用，JP7模块是做为DTE设备使用。外围电路只要几个外接电容、天线安装上，串口和TC45的相应串口连接起来，上电后，它就会通过串口送出GPS信息，格式如下：
$GPRMC,145201.320,A,3113.7828,N,12126.7542,E,0.62,205.44,301104,,*02
$GPGGA,145202.320,3113.7838,N,12126.7521,E,1,04,14.2,85.6,M,8.1,M,0.0,0000*41
$GPGSA,A,3,10,17,02,24,,,,,,,,,21.0,14.2,15.4*05
$GPGSV,3,1,10,02,70,052,44,17,62,350,44,10,61,333,40,29,59,192,00*70
其中RMC为导航卫星特定精简资料（Recommended Minimum Specific GNSS Data），GGA为位置测定系统定位资料（Global Positioning System Fix Data），GSV为导航卫星资料（GNSS Satellites in View）。其中我们想要的数据只有位置信息、速度信息、时间信息等，可以只挑选其中一部分来利用。
3．音频电路：
TC45有两路模拟音频接口，一路数字音频接口。模拟接口一 ：没有MIC供电电路，阻抗50K，每根线要加100nf的电容。模拟接口二 ：有MIC供电电路，可以接有源MIC，阻抗2K，MIC的放置至少要离开天线5CM之上。我们的电路中只使用了这两路模拟接口，接口一连接免提喇叭和MIC，接口二连接耳麦。当耳麦插入时，语音输出可以自动切换到接口二。
4．GPIO口：
TC45有最多9个可以自由编程控制的GPIO口，其中四个是和串口1复用，五个是和数字音频接口复用。在本系统中，因为串口一有专门的用途，所以GPIO就只有5个了，我们设计用来分别作：12580键、重复键、耳机插入检测、应答键、报警键。
5．SIM卡电路：
模块的连接器和SIM卡座的引脚之间的距离不要超过20CM，为了达到最佳的效果，在SIM支架下敷设一层铜隔离网，该层敷铜与SIM卡的CCGND引脚相连。CCVCC和CCGND之间的电容C1035和C1036要离引脚尽量近，并且走线尽量阻抗低，以满足规范要求。SIM卡接口电路原理图见图二，其中SRV05为保护器件。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6．启动关闭模块电路：
启动模块方法有多种，这里采用 /IGT 信号启动，时序图要求如图三所示：
启动电路如图四所示：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

这个电路可以实现在上电后延时自动启动模块。关掉模块方法也有多种，正常是用软件关机，即发送AT命令 关机，只有在出现严重错误（软件关机超过5秒没有响应）时，才建议使用/EMERGOFF 信号硬件强制关机。另外，在出现低压或者高温等异常情况的时候，模块也会自我保护，断掉电源！
7．串口电路：
TC45有两个不平衡异步串行接口可以使用，是设计为DCE来用的，串口0是8线的。只有串口0才是可以自动波特率的（1200, 2400,4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400 bps）。串口1是4线的，可以被复用为GPIO口。两个串口都被设置成8数据位，1停止位，无奇偶校验，波特率可以被设置为300bps到230400 bps。本系统中，串口0用作与语音合成芯片通信用，串口1与GPS模块通信。
四 结语
本文叙述终端的硬件部分设计，加上串口电平转换电路后，就可以直接与微机通信，调试系统的软硬件，TC45的微机调试主要是通过AT命令来进行，相关文档参见【3】。使用J2ME编程，可以方便快捷的实现开发者的想法，缩短产品开发周期，相关文档参见【4】。