《衛星定位技術應用》教學實訓室改造研究與實現

梁潔瑩

摘 要：廣州市交通運輸職業學校《衛星定位技術應用》教學實訓平臺原有的設備是為《GPS衛星定位與導航技術》課程提供實訓服務的，隨著后續3+2中高職對接課程《導航設計基礎》的開設，及其相應實訓室建設調研的深入開展，作者發現可以在現有《衛星定位技術應用》教學實訓平臺的基礎上進行合理的改造，即可實現《導航設計基礎》課程實訓服務功能，作者為實現實訓室功能最大化，節省實訓室建設資金做了一些研究與實現。

關鍵詞：衛星定位技術；實訓室改造

中圖分類號： G482 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2014）16-0079-02

廣州市交通運輸職業學校是一所以大交通為行業背景的中職學校，開設有汽車電子技術應用專業智能交通管理專門化方向，該專業課程體系中開設了一門《GPS衛星定位與導航技術》專業核心課程，主要培養學生應用GPS衛星定位與導航技術掌握 GPS 采集地理信息數據，了解GPS導航等能力，熟悉 GPS 應用范圍。本課程早期通過與企業合作，已開發出教材并搭建起《衛星定位技術應用》教學實訓平臺，能夠承擔GPS原理與應用、定位服務（LBS）等實驗，包括各類GPS接收機的認識實驗、實時衛星位置解算及結果分析、可視衛星位置預測等實驗。

本專業今年初通過省教育廳的批準，同意與廣東省交通職業技術學院的智能交通管理專業聯合辦學，構建起3+2中高職對接辦學立交橋，以滿足相當一部分中職學生繼續升學的需求。為此，我們在本專業智能交通管理專門化方向課程體系中為對接開設了專業基礎課程《衛星導航設計基礎》，主要培養學生了解嵌入式技術在開發衛星定位與導航應用的入門基礎，為學生將來升上高職，就讀智能交通管理對口專業，學習智能交通管理系統設計做準備。本課程要配套相應的嵌入式衛星導航系統開發實訓平臺，完成相應的實驗。

一、實訓室改造想法的提出

由于新設課程不具備實訓場所，為了節省經費，我們首先考慮能否在現在一些實訓室的基礎上，通過改造，加上相應功能，使其達到《衛星導航設計基礎》課程的實訓標準。我們對最為接近的《衛星定位技術應用》教學實訓平臺作了可行性分析，并提出改造方案，最終實現了兩門課程合一的實訓室升級改造，為實訓室功能最大化，節省實訓室建設資金做了有益的研究。

二、實訓室改造三步曲

1.實驗室改造的可行性分析

我們通過羅列《衛星定位技術應用》教學實訓平臺設備清單，與《衛星導航設計基礎》課程所需的實驗設備作對比，發現改造《衛星定位技術應用》教學實訓平臺有極大的可行性。

（1）原《衛星定位技術應用》教學實訓平臺硬件組成：由12V電源、LCD顯示屏、主板、信號模擬板、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驗項目如表1所示。

（2）根據衛星導航系統開發功能的需求，要構建一個嵌入式衛星導航開發系統，需要用到的模塊包括一個開發板及相應的擴展模塊，如表2所示。

通過比對，我們發現，除了在衛星導航系統開發所需的必備主板模塊與現有實訓平臺的主板模塊不同外，擬建的衛星導航系統開發實訓平臺的擴展模塊可沿用現有衛星定位技術實訓平臺的擴展模塊，也就是說，通過對原有實訓室的改造，擴充后的功能是可以滿足后續課程對實訓的需求的。當然，后期還可根據課程的需要，配置其他模塊，如學習車輛視頻監控應用開發基礎時要用到的攝像頭，這個模塊也是目前沒有的，也需要另外配置。

2.確立改造關鍵內容，合理配置開發板

從上述可行性分析可知，原有實訓室改造的關鍵就是如何選用一塊合適的開發板，使之具備嵌入式衛星導航系統開發的功能，包括將來可通過擴充更多的擴展模塊，實現學習更多嵌入式系統開發的功能，如擴展攝像頭，可以學習智能車輛視頻監控開發基礎。

（1）嵌入式衛星定位開發板處理器的定位

目前的導航產品分別有基于MCS51和ARM處理器的，市面也不乏相應案例的教材。MCS51是指由美國INTEL公司生產的一系列單片機的總稱，ARM處理器是一個32位元精簡指令集（RISC）處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計中。

相比之下，ARM的ROM和RAM遠大于MCS51，而且IO口功能和處理速度也是兩個級別的，ARM支持多種操作系統，MCS51只能勉強上極其簡單的實時操作系統，所以ARM常用來開發手機等多媒體產品，MSC51只能完成有限的實時控制功能，因此說MSC51和ARM是不同等級差別的處理器。

近年來，隨著ARM處理器、嵌入式操作系統、路徑優化控制算法和GPS網絡的成熟，衛星定位導航系統有了新的發展，使用ARM技術，可以在短時間內實現定位和最優路徑導航。為使教學保持技術的先進性，故選擇ARM技術的開發板是毫無疑問的。

（2）ARM內核系列的選擇

目前在業內廣為人知的ARM處理器主要有ARM7系列和ARM9系列。通過研究，我們發現ARM9具有更高的時鐘頻率，以及指令周期的改進，具有ARM7沒有的MMU（內存管理單元）。

ARM9具有MMU單元的重要性在于MMU單元是大型操作系統必需的硬件支持，如LINUX、WINCE等。ARM7一般只能運行小型的實時系統如UCOS-II、eCOS等，而ARM9無此限制，一般的操作系統都可以移植。這是近來使用ARM9開發速度更快的衛星定位導航系統的原因。

（3）選擇ARM9技術的開發板

根據ARM9的功能與作用，對ARM嵌入式開發板進行綜合考慮，包括①開發板的硬件設計是否符合課程教學的需求定位。②開發板的軟件是否支持完善。即開發板能否讓用戶節省在系統、驅動等方面的投入，真正做到讓教學專注于上層應用軟件的開發。因此，在選購開發板時，一定要確認清楚，是不是所有的硬件接口都有相應的驅動，開發板是不是拿到手就能夠馬上用來做開發。③供應商的技術支持力度如何。包括服務熱線、技術討論QQ群、技術論壇等，是否能及時提供問答服務、解決方案支持等。

通過查找開發板的企業及產品評價，我們發現廣州天嵌科技的TQ2440開發板在眾多開發板中表現突出，技術成熟，服務支持好，銷量大。

TQ2440采用ARM9技術，作為一款嵌入式入門級開發板，是目前學校實驗室和學生個人使用最多的嵌入式開發板，源碼齊全，學習方便，使用手冊可直接用作教材。提供wince5、wince6、Linux系統，并提供開發手冊、移植手冊、網絡攝像頭制作使用手冊，在大專院校、社會培訓中心，很多地方都用它來構建入門培訓開發板。

3.采購安裝，完成對接

開發板采購回來后，由于原有實訓箱沒有空余位置安裝，故接下來要做的就另外設計一個盒子，安裝固定開發板。簡單一點的做法，可以用亞克力板來固定，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，基本完成實訓室的改造，達到了節省經費，擴大功能，滿足更多課程實驗的需要。

三、心得體會

隨著當今環保理念的不斷提出及應用普級，學校更應主動學習環保節能理念，并帶頭應用。其中實訓室改造是一種堅持的探索，更是一種有益的環保行為應用體現，尤其是大家普遍認為辦學經費充裕的環境下，保持環保辦學理念并在各種場合積極應用，是非常有意義的！

（編輯：魯利瑞）