基于Windows CE的物流車載終端設計方案

一、引言

隨著物流行業的快速發展，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、系統總體設計

1. 系統架構

本物流車載終端以嵌入式操作系統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開發板和Liod評估板（簡稱Liod板）作為硬件平臺。ART270開發板是北京阿爾泰科技推出的一款高端ARM開發平臺，性能高、功耗低、接口豐富、功能強大，適合作為語音系統、指紋識別、PDA終端、車載GPS導航、無線上網、數碼媒體播放、工業控制等設備的開發參考。Liod板則是一款針對嵌入式系統開發的評估板，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，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據之間建立對應關系。

為了實現地圖的多級縮放，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生改變，但在GPS連續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一采用歸一化坐標系，并實現了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串口與設備聯接，與GPS通信的各種協議相兼容，方便用于研發。GARMIN15L 12通道定位模塊則具有高精度、高靈敏度、低功耗等優點，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，工業標準設計，使其能以小尺寸和低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的高速傳輸。GPRS Modem則通過Liod板的串行口COM1發送和接收數據。

由于與控制中心交互的數據種類較多，我們定義了相應的應用層數據包格式。數據包的所有字段均采用單字節ASCII編碼且為固定長度。在發送端，數值型字段需要在發送前格式化為定長字符串再封裝到數據包中；在接收端，需要將數據包中的格式化字符串還原為數值型常量。數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編碼的字符數據在封裝到數據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據并實現票據的打印。在本設計方案中，我們采用了自行開發的電子秤和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。轉換后的數據通過串口發送出去，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票據的打印功能。

四、硬件設計

1. 硬件連接

在硬件連接方面，我們根據Liod板提供的硬件資源和系統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口轉串口電路設計和電子秤硬件電路設計兩部分。

以太網口轉串口電路設計采用了ZNE100T以太網轉串口模塊，將Liod板的以太網口擴充成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。轉換后的數據通過串口發送出去，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。它負責處理各種數據和信息，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了電子秤數據的讀取和票據的打印。

五、軟件設計

1. 操作系統選擇

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。它具有與桌面Windows幾乎完全兼容的API接口，方便開發者進行應用程序的開發。為了配合Windows CE上的應用程序開發，微軟公司推出了eMbedded Visual C++（簡稱eVC）集成開發環境。本系統采用的是eVC 4.0版本。

2. 軟件開發流程

在軟件開發方面，我們按照以下流程進行了開發：

（1）需求分析：根據物流車載終端的功能需求進行需求分析，確定需要實現的功能模塊和性能指標。
（2）系統設計：根據需求分析結果進行系統設計，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方式；軟件設計則主要確定操作系統的選擇和應用程序的開發流程。
（3）編碼實現：根據系統設計結果進行編碼實現。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，并進行單元測試和集成測試。
（4）系統測試：在完成編碼實現后，我們進行了系統測試。系統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的穩定性和響應速度等指標。
（5）系統優化：根據系統測試結果進行系統優化。在系統優化過程中，我們主要對代碼進行了優化和調試，提高了系統的穩定性和響應速度。

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集成開發環境進行應用程序的開發，我們提高了開發效率和系統的穩定性。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，為物流行業的發展做出更大的貢獻。