随着我国经济的高速发展、城市规模的日益扩大以及社会信息化发展的趋势，人员流动日益频繁使得每个人对空间信息和社会信息的需求更加强烈，例如个人当前的位置信息、状态信息、与他人通信的社会信息等等。同时由于GPS、 GIS、网络等技术的发展和应用的日益广泛，以及ARM处理器强大的运算能力和控制能力，因此我们采用ARM71TMD微处理器开发了一套基于嵌入式微处理器的GPS手持终端系统，实现了对移动目标位置、状态的显示、存储与管理，以及GPS手持终端之间的互动和与控制中心的互动，从而将人、真实世界与经由网络传输的数字世界三者紧密地结合起来，更好地实现了三者的交互方式，为社会创造了一种全新的服务机制。
一、系统的工作原理及需求分析
GPS手持终端系统就是要实现个人的实时定位信息、地理信息以及与社会实时通信信息的系统。该系统的工作原理如下：通过系统中的GPS模块测出自身的地理坐标，然后经过处理器进行转换和处理，再显示在GIS的电子地图上，以便移动目标准确地了解自己的当前位置状态信息;同时该系统还具有通信功能，它可以通过GSM/GPRS或电台网络通信方式与控制中心和其它手持终端的移动目标随时随地进行联系，及时准确地得到信息地交互;系统更新能力强，能灵活的更新地图数据;具有软件升级能力。
该系统的需求可以从以下几个方面来描述：
(1)地图的浏览、查询、标绘;
(2) 把GPS获取的移动目标的位置、状态用图形方式显示到电子地图上;
(3) 能存储一定时间的GPS数据，以备移动目标的轨迹重现以及上传到控制中心存档;
(4)通信功能，把移动目标的GPS信息按照设置定时或者以按请求方式发送到控制中心，实现控制中心对移动目标的动态管理。本系统设计了2种备选通信方式，GSM/GPRS网络通信方式和无线电台网络通信方式;
(5)电子地图上实现点对点测距;
(6)多终端管理，控制中心可以同时监控多个移动终端;
(7)移动终端之间可以通信，显示相互的GPS信息(文本和图像方式均可);
(8)良好的扩展功能，系统在不同的地方使用只需更换地图数据即可;完善的电路，为满足特殊要求只需要升级软件就可以了。
二、系统硬件结构
1.ARM(S3C44B0)微处理器的结构
ARM处理器使用三星公司的S3C44B0，它是三星公司16/32位RISC处理器为手持设备提供的高性能、低成本微控制器。它具有丰富的硬件接口资源，其总体结构如图1所示。
2.系统硬件组成
如图2所示，系统硬件由GPS接收机(本系统选用GN80，功耗低、尺寸小、重量轻)、ARM处理器系统、系统内存、程序存储器、电子地图/GPS数据存储器、LCD显示器(本系统选用台湾南亚的LTD79H298L5GK型320×240单色显示器，它具有标准的接口，可以直接和处理器LCD控制口连接，功耗低、尺寸小、重量轻)、键盘，如果需要通信监控则需要数据接口的手机或电台。
电源模块:本系统使用单3.3 V电源(本文采用1 800 mA时充电电池)供电，GPS天线需要5 V电源采用TI公司的TPS06110从3.3 V升压到5 V提供。另外用一路A/D作电池电量监控。
GPS OEM板模块、手机数据口模块和音频调制解调器模块、PC机模块组成了整个系统的通信模块。
GPS OEM板模块：S3C44B0有2个全双工的异步串口，串口1(UART1)用于和GPS OEM板通信，完成对GPS OEM作初始化设置和从GPS OEM获取GPS数据的功能。
手机数据口模块和音频调制解调器模块：SBC44B0的串口0(UART0)用于GPS手持终端之间以及GPS手持终端与控制中心之间的无线通信数据收发，无线通信设备选择手机(和手机通信用MAX3232作电平转换，因为手机数据口采用的是RS232电平，而UART0采用TTL电平)或电台(因为电台通信采用的是音频模拟信号，因此也把信息用MSM7512作信号调制解调)。
PC机模块：我们用PDIUSBD12(USB1.1标准)扩展出了USB接口和电脑通信，用于接收电脑发送的命令/数据和向电脑发送数据。
系统内存模块：系统中使用两片HY57V641620扩展出8M×16byte的系统内存空间。
电子地图/GPS数据存储模块：因为数据在系统掉电后不能丢失并且要能够在系统更新，因此我们采用FLASH存储器来存储手持终端采集的GPS数据和电子地图数据。系统采用三星公司的K9F5608U0C，它的供电电源是3.3 V，容量32M×8，足够满足系统应用。对于它不能保证每一个BLOCK都能用的问题，我们采用在前2个BLOCK建立FAT表(因为这两个BLOCK一定是好的)，用逻辑上的BLOCK号对应物理上的BLOCK，每次读写都对逻辑上的BLOCK进行操作，就能保证逻辑上的BLOCK都是好的，保证了系统存储数据的正确性。
程序存储模块：它存储的是系统启动代码和主程序，启动代码是芯片复位后进入主程序前运行的一段代码，为主程序运行提供基本的运行环境，它包括堆栈初始化、中断系统初始化、系统变量初始化、I/O初始化、外围设备初始化、地址重映射和主程序接口。系统中应用的是MBM29LV160，容量1M×16 bit。
IDE接口：它用来扩展更多的存储空间，以备后续开发使用。
LCD显示模块：它用来显示电子地图。LCD接口比较简单，直接把微处理器的帧同步信号、行同步信号和位同步信号和显示数据信号连接到液晶屏上。
键盘模块：使用GPIO信号扩展，一共9根线构成矩阵式行扫描键盘。
SPEAKER模块：TOUT0用来控制SPEAKER在系统处于需要报警或提醒时产生提示音。
三、系统软件结构
软件分为上位机软件和下位机软件。上位机软件由操作系统(Win98、Win2000或Win XP等)、电子地图支撑软件(MapInfo)和终端管理软件(采用C++ Builder设计)组成。下位机软件即ARM处理器程序，它分为GPS数据接收及处理、通信数据接收及处理、地图管理等模块.本文主要介绍下位机软件。
1.程序流程图
ARM处理器程序流程图如图3所示。
(1)通信程序
如图4所示，通信接收部分都是首先通过UART或USB接收命令数据，然后解析命令，根据命令完成相关的操作(图3的UART0、UART1和PC命令处理属于这一类)。发送数据则是通过系统定时信息或接收的命令向相关通信口传送相应的数据。其流程如图5所示。
(2)GPS坐标和地图坐标的转换
坐标换算是本系统的核心，我们的很多功能(测距、定位等)都是在此基础上建立的。
从GPS接收机接收到的定位数据属于WGS-84坐标，而国内使用的地图一般都是54坐标系的高斯-克吕格投影，所以我们需要一个坐标转换算法才能准确的在电子地图准确的显示定位点。
高斯投影是一种横轴、椭圆柱面、等角投影。椭圆柱面与地球椭球在某一子午圈LO上相切，这个子午线叫做投影的轴子午线，也就是平面直角坐标系的纵轴(X轴)，赤道面与椭圆柱面相交成一直线，这条直线与轴子午线正交，就是平面直角坐标系的横轴(Y轴)。把椭圆柱面展开，就得出以(X，Y)为坐标的平面直角坐标系。在高斯投影中，只有轴子午线上没有长度变形，其它都将有长度变形;这种变形与Y的平方成正比，因此有必要把投影的区域限制在轴子午线两侧的一定范围内，这就产生投影分带。分带一般有6°带和3°带，6°带为带度的经度差为6°(LO经度东西各3°)，3°带经度差为3°。每个带的投影在平面有如一梭子形，为了测量方便，每个带设一平面直角系。为了避免出现负值，把Y轴向西平移500 km。
投影算法的推导过程非常复杂，这里直接给出结果：
式中 X、Y是平面直角坐标;
λ、φ是经度和纬度;
S是由赤道到纬度子午线弧长;
N是纬度处的卯酉圈曲率半径(可根据纬度由制图表查取);
率，a、b分别是地球椭球体的长短轴。
以上公式只是由大地到坐标到地面坐标的转换形式，在本系统中，我们还需要把地面坐标转换成大地坐标;另外我们计算出了武汉地区地图参数，对以上公式作了适当的简化，给出了相互转换公式(以程序格式给出)：
四、总结
本系统加载武汉市电子地图作了实际测试，定位精度为15 m以下;点对点测距精度小于30 m;液晶屏刷新频率设置为25 Hz，地图漫游、更新视觉效果良好;采用GSM/GPRS网络传输GPS信息，信息传输平均延时小于8 s，无误码，采用车载电台传输GPS信息延时(主要受数据传输速率影响)小于2 s，误码率小于5%，基本满足多终端互动需求;系统可以保存110 h(每2 s采样一次)GPS数据。
经过实践，本文所设计的基于嵌入式微处理器的GPS手持终端系统运行良好，切实地实现了对移动目标位置、状态的显示、存储和管理，以及GPS手持终端间的互动和与监控中心的互动。同时本系统还建立了完善的电路，如果需要附加别的功能以满足特殊用途，我们只需要升级软件就可以了。因此此系统更好地适应了现代化和信息化的需求，为个人、现实世界和数字世界的互动创造了一种全新的模式。
