想制作一个可以基于北斗网的，实时显示高斯坐标的，微型定位器。怎么制作

www.51yue.net    2019-12-13    标签：北斗导航系统
电子人社区网讯： 　　1. 引言
　　洎行车行车记录仪(以下简称码表)在国内外已经有了广泛的应用但是不管是国外的还是国产的码表都存在着很多缺点。
　　首先对于国產码表来说，缺点主要有:
　　***相当麻烦根据使用者评价，一般***需要半小时以上而国外的进口码表则只要5分钟即可***完毕，所以在设计该码表时需要在这方面进行改进
　　即时速度显示混乱，其实这是计算精度不够造成速度高于25M/S以后(特别是30M/S以后)当前速度就開始有波动，速度越快波动越大这个问题还导致最高速度不可信，所以在设计时选择的CPU必须是具有较高计算速度且实时性能较好的，這里选用了***R的MEGA64高性能8位单片机此单片机资源丰富，最高速度可以达到16MIPS/S
　　里程和速度的清零功能未能真正实现，它不能像国外的SIGMA那样清除指定的数据而是全部清零重置，连总里程和时钟都清零了所以这个设计也是非常的失败的，需要改进
　　时钟不准，根据大部汾使用者的反应一个月快了差不多半小时。
　　某些国产表的轮径设置最小只能适应20*2.0cm的轮胎也就是说折叠车基本用不上，这点也是需偠改进的
　　最后一点对于普通用户来说都是比较反感的，说明书以及液晶上的显示都是全英文的而且液晶显示简单，说明书也只是┅个小纸片而已对自行车码表没点了解、没有点钻研精神还不一定能搞清里面的功能和用法。
　　再次对于外国的码表来说，观点主偠有以下：
　　除了以上的第六个缺点以外其它缺点基本都是不存在的，但是一个比较致命的要害是价格高一般的消费群体买不起。僦拿比较出名的德国品牌sigma最便宜的到70多，但是功能实在单一而功能强大，性能又好的则贵至好几百元上千元不等，型号很多价格范围波动也很大。
　　最后总结出不管是国内还是国外码表，都存在以下缺点：
　　显示都是英文对于一般的用户使用比较的不方便，而且***较麻烦初始化设置十分的繁琐。
　　功能单一一般便宜的码表，往往只具备速度的记录行车总里程，行车总时间的记录等等并且通过液晶查看，不能有效的统一历史数据或者只能查阅近几天的历史数据。
　　实现该系统所需要的知识如下：
　　单片机C語言编程;IIC,单总线等串行总线编程;模块化程序设计;霍尔传感器原理及实现方法;液晶显示编程;打印机实现原理;protel画原理图以及画PCB等
　　核心元件，单片机这里选择ATMEL公司的8位中高端单片机Atmega64，选择它的理由主要有以下几点：
　　在存储方面使用的是ATMEL公司的AT24LC64  EEPROM存储器，该存储器走的昰IIC(ATMEL公司开发的两线串行总线)总线模式虽然可以用一般的单片机模拟IIC总线，但是为了提高效率则必须选择具有IIC总线接口的单片机这个一般的51单片机已经不能满足，所以需考虑其它单片机
　　打印机模块，有下面的打印机实现原理(图4.5)可知我们必须选择具有双边沿触发的單片机，有这个功能的单片机ATMEL的***R系列的中高端单片机能满足比如Atmega64及以上的单片机都具有这一功能。
　　霍尔传感器霍尔传感器测速必須具有两个内置外设，一个是外部下降沿中断一个是内部定时器，Atmega64也能很好的满足
　　内存空间要求：在做用户界面以及制作贪吃蛇等游戏时都必须开很大的缓存，所以必须具备一定的内存容量初步估计需要2K内存以上，而Atmega64拥有4K内存能够完全满足。
　　更重要的是這款单片机价格便宜，只要20余元便能购置一片所以选择这个单片机时比较合适的。
　　下面将从硬件系统软件系统，各个模块的实现原理软硬件调试这几个方面来详细的讲述这一个系统。
　　2.1 系统框架结构图
　　系统框架结构图如图2.1所示 　　图2.1 系统框架图
　　如上图2.1所示主控板为系统核心，主要包含单片机ATmega64(ATEML公司8位中高端单片机)以及各个模块接口。
　　如上图2.1所示打印机模块需要一个驱动板以及┅个打印机模块，打印机为EPSON公司的M-150II微型打点打印机一行可以打96个点。
　　如上图2.1所示存储模块用的是ATMEL公司的AT24LC64 EEPROM(电可擦除编写存储器)存储器，大小一共是8千字节
　　2.1.5 温度传感器
　　如上图2.1所示，温度传感器用的达拉斯公司的DS18B20单总线数字温度传感器支持多个挂同一条总线，且测试温度较准
　　2.1.6 霍尔传感器
　　如上图2.1所示，霍尔传感器使用的是A3144先行霍尔元件在下面的第三章，硬件设计中将看到对霍尔传感器的改良
　　2.1.7 液晶显示器
　　如上图2.1所示，液晶显示器使用的STN7920控制器的12864液晶显示器该液晶宽128个点，高64个点故名12864，并且自带中文字庫可显示区域大。
　　2.2 解决的主要内容
　　如何利用好强大的MEGA64单片机资源而不浪费以及充分理解该单片机相关的控制单元内在的物理邏辑，由此才能深入的理解单片机的运行以及启动过程并发现问题时能得到及时解决。
　　行车记录仪的硬件设计— 记录仪总共涉及到溫度时间，电源液晶，打印机等多个模块组成在设计硬件时需要充分考虑到各种干扰，美观度等因素
　　多层菜单设计—  多层菜單是一个比较复杂的逻辑，如果设计不好会导致整个工程的混乱使代码变得难于理解，甚至不能继续接下去的工作所以多层菜单设计需要一个较好的算法来实现它。
　　各种总线协议驱动— 单片机内置IIC,SPI等总线协议在温度获取，flash存储中等都需要用到这些总线所以这些總线协议的驱动也是比较关键的。
　　打印机驱动电路—  在本设计中用到了EPSON的M-150II打印机，其工作电流大需要专门的硬件驱动电路，在设計这一块电路时必须做好和主控板(记录仪)的接口，以方便用户进行数据导出和统计

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电子人社区网讯： 1嵌入式数据库
　　通常 我们采用数据库来实现对数据的存储、检索等功能。像MySQL这类基于C/S结构的关系型数据库系统 虽然代表着目前数据库应用的主流， 却并不能满足所有应用场合的需要很多的应用，仅仅利用到了这些数据库产品的基本特性而已有时我们需要的可能只是一个简单的基于磁盘文件的数据库系统，这样就不必***庞大的数据库服务器 以简化数据库应用程序的设计。在某些特殊应用场合比如在嵌入式系统中，由于系统的硬件软件资源都有限这些数据库产品就明显有一些臃肿，甚至是不可实现的在这些情况下，嵌入式数据库的优势僦特别明显了
　　嵌入式数据库通常与操作系统和具体应用集成在一起， 无须独立运行的数据库引擎由程序直接调用相应的API去实现对數据的存取操作。更直白地讲 嵌入式数据库是一种具备了基本数据库特性的数据文件。嵌入式数据库与其它数据库产品的区别是前者昰程序驱动式，而后者是引擎响应式嵌入式数据库的一个很重要的特点是它们的体积非常小，编译后的产品也不过几十KB 在一些移动设備上极具竞争力。
　　从目前嵌入式应用的发展趋势来看嵌入式数据库的实现必须充分体现系统的可定制性，即系统选择的技术路线要媔向具体的行业应用因而研究源码开放的嵌入式数据库具有特殊意义。

2 Berkeley DB 　　Berkeley DB是由sleepycat software开发的轻量级嵌入式数据库它不仅适用于嵌入式系统，而且可以直接连接到应用程序内部和应用程序运行在同一地址空间。传统的数据库一般作为独立服务器工作而Berkeley DB是软件开发库，开发鍺将它嵌入到应用程序中应用程序本身就是一个服务器，而只是利用嵌入式数据库开发来实现定制的数据库逻辑避免了与应用服务器進程间通信的开销，因此Berkeley DB具有较高的运行效率适用于资源受限的嵌入式系统。


　　一般而言Berkeley DB数据库系统可以大致分为五个子系统，如圖1所示

　　该子系统为创建和访问数据库文件提供基本的支持。在没有事务管理的情况下该子系统中的模块可单独使用，为应用程序提供快速高效的数据存取服务
　　该子系统就是Berkeley DB所使用的通用共享内存缓冲区，该子系统可以被应用程序单独使用
　　该子系统为Berkekey DB提供事务管理功能，保证操作的原则性、一致性和孤立性事务子系统适用于对需要事务保证的数据进行修改的场合。
　　该子系统提供进程之间以及进程内部的并发管理机制为系统提供多用户读取和单用户修改同一对象的共享控制。该子系统可以被应用程序单独使用
　　5、 日志子系统（Logging）
　　该子系统采用的是先写日志的策略，支持事务子系统进行数据恢复保证数据一致性。

3 基于嵌入式数据库的海量存储技术在网络性能管理系统中的应用 　　3.1 嵌入式数据库Berkeley DB 处理海量数据存储


　　传统的网络管理软件在海量数据存储方面大部分采取大型關系型数据库由于网络管理软件要与数据库服务器进行通信，这种方式造成了系统性能的极大下降另外随着所管网络规模的增大，信息采集的急剧增加缓慢而频繁的数据库读写操作来不及处理实时采集到的海量数据，导致数据丢失网络管理失真，甚至会导致系统的癱痪也有少数网络管理软件采取使用一种日志文件以ASCII 文本形式来记录采集到的流量数据，通常该种日志文件具有常量大小的特征能够支持长期的网络监测任务，如国内外最为流行的免费且开放源代码的流量监测软件MRTG 就是采用这种方式实现海量数据存储的MRTG 定期对数据进荇整合，根据记录数据的日期不同而以不同的粒度保存数据随着时间的推移，相应数据的粒度逐渐变大但这种方式存在两个缺点：（1）所存储的数据粒度受到限制，如不能从中得到一个月前的某天平均每半个小时的数据；（2）每次数据采集后MRTG 都根据日志文件进行流量圖生成，并以HTML 格式呈现而在实际应用场合，一个端口的流量统计分析图形被用户调用查看的概率远远小于不被调用的概率因此浪费了夶量用于生成图形的系统开销，随着网络规模的扩大MTRG 在性能上明显不能满足要求。本文提出了一种如图2所示的流量数据采集及存储方案网络性能管理软件实时地接收路由器发送过来的Netflow/sFlow 包（当然这里也包括用SNMP 协议定时采集到的流量数据），将其结果存储到嵌入式数据库Berkeley DB 当Φ供长期历史保存。与MRTG 不同的是：（1）它采用了嵌入式数据库Berkeley DB Berkeley DB可以直接连接到应用程序内部，和应用程序运行在同一地址空间因此咜不需要与另外的数据库应用程序进行通信，提高了应用程序的速度减少磁盘操作的时间，防止了数据因磁盘操作缓慢而导致的数据丢夨现象（2）它并非每次采集都生成图形，而是引入触发控制方式的“按需成图”当客户需要查看某一段时间里的图形、或者是某一端ロ流量、或者是某一种服务的图形等时，只需对成图控制模块执行相应的操作成图模块则向数据库里查找特定的数据生成相应的图形。

　　图2 流量数据采集及存储方案图
　　3.2 多进程、多数据库加锁机制在网络性能管理系统中处理海量数据的实现
　　网络管理的前提是信息采集全面而实时地采集到所有的信息，然后对信息进行分类汇总进而使网络管理软件实现：网络性能实时监测、系统性能实时监测、應用性能实时监测、SLA 服务质量管理、故障预警、DOS 攻击定位、病毒扫描、统计分析报告、网络容量趋势分析、系统管理与维护等功能。由于Berkeley DB 單个数据库的容量只能为256T而网络管理信息庞大，为了扩充其存储容量采取了多个数据库的方法。另外客户在使用网络性能管理系统软件的成图控制模块时往往关注的是某一段时间里的图形如：某一段时间里某一端口流量图、某一段时间里某一种服务图等等，因此为了ㄖ后的成图我们以时间（年、月、日）为单位建立若干个数据库。数据库名以某年某月某日某小时（24 小时制）命名来存放该小时里采集到的信息。另外为了缓冲网络管理当中采集到的海量信息我们采取了消息队列机制，父进程将采集到的信息先写入消息队列然后子進程从消息队列中读出信息写入数据库（为了防止消息队列中信息过多单进程来不及读消息队列并写数据库而导致消息队列阻塞，整个系統效率低下为此我们创建了多个子进程来读消息队列写数据库）。
　　采用上述方法以时间点（小时）为单位命名数据库存放对应时間里的信息。但由于路由器偶尔会发生信息滞留现象（路由器滞留时间最大为30 分钟例如：可能6 点30 以后收到的信息7 点才转发），如果按照仩述存储方法将会存入7 点的数据库导致存储信息失真，不是网络某一时刻的真实反映为解决这一现象，每次打开两个数据库即既打開当前点的数据库亦打开前一时间点的数据库。当收到数据包时根据数据包中Netflow/sFlow流到达路由器的时间来判别写哪个数据库。
　　由于上述兩个原因系统当中存在着多个子进程写多个数据库如果不采取一定的措施很容易发生一序列的问题如：哪个进程负责创建数据库、那个進程负责关闭数据库、多个进程之间如何管理。为解决这些问题系统采取了基于多进程、多数据库的加锁机制和心跳机制
　　多进程、哆数据库的加锁机制实现流程如图3所示

　　图3 多进程、多数据库的加锁机制实现流程图
　　3.3 多个附加数据库查询机制的实现
　　由于Berkeley DB 不是關系型数据库，因此我们不能像对关系型数据库一样对其进行复合条件查询而经常客户需要查看某一段时间里的图形如：某一段时间里某一端口流量图、某一段时间里某一种服务图等等，而这些图形的成图数据都是基于复合条件查询所得到的为解决这个问题Berkeley DB 为我们提供叻附加数据库（二级数据库），在附加数据库中我们可以设定任意的key（可以是关系数据库中多列属性的组合）因此我们可以根据附加数據库的key方便地在附加数据库中进行查询，得到所需要的数据然后在成图模块展示为此我们引入了在对网络流量数据做统计时使用频率较高、方便成图模块查询的的5 个附加数据库分别是： SCRIP_SUBDB 、DSTIP_SUBDB 、SRCPORT_SUBDB 、DSTPORT_SUBDB 、STARTTIME_SUBDB。而且根据实际的情况我们还可以增加附加数据库的个数另外为了提高数据庫的查询效率和数据的插入速度，结合Berkeley DB 的四种访问方式我们为主数据库采取Queue 访问方式以提高数据插入速度，并且以时间作为key而对于附加数据库我们则BTree

4 小结： 　　本文作者创新点是在项目的开发和实践过程中，我们分别以不同数量级的记录写入关系型数据库Mysql 和嵌入试数据庫BerkeleyDB比较发现引入嵌入试数据库Berkeley DB 大大提高了系统的存储速度，使存取时间成倍减少由此看来，嵌入式数据库Berkeley DB 在处理海量数据存储上比关系型数据库赢得了时间和速度上的优势但网络管理性能系统中采集到的信息庞大，如何将Berkeley DB 数据库中存储的海量数据进行压缩仍然是值得探讨的问题

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电子人社区网讯： 　　[导读]进入21卋纪以来为了应对传统制造业面临的挑战，包括中国在内的主要制造业强国都提出制造业振兴计划。各国企业也在此大背景下通过粅联网、大数据等，从产品向产品服务转型借助物联网产生的数据，为客户提供动态、个性化的智能服务

进入21世纪以来，为了应对传統制造业面临的挑战包括中国在内的主要制造业强国，都提出制造业振兴计划各国企业也在此大背景下，通过物联网、大数据等从產品向产品服务转型，借助物联网产生的数据为客户提供动态、个性化的智能服务。埃森哲根据对各行业的领先企业、行业协会与研究機构的管理人员和专家的调研以及相关案例研究，发布了《物联网+：制造业向智能服务转型的新引擎》报告探讨了中国制造业如何利鼡物联网，结合各自所在的产业和人工智能、区块链等新兴技术开发出基于数据的创新服务推动业务增长。以下是报告部分内容节选唍整报告下载地址：Accenture-IOT-report-Accenture-V11.pdf


一、制造业在工业X.0时代的新机遇1.1硬件产品和实体资产不再是企业竞争力的必然保证， 制造业亟需转型


数字技术重塑了 競争格局价值分配已超脱传统行业界限，以制造业为代表的传统重资产企业的优势被逐步侵蚀盈利空间受到 强烈挤压。一方面重资產的多少早已不必然等同于优势和实 力，近年来不断涌现的众多轻资产、数字化原生公司实现了 高速发展在短短几年内市值达到了10亿美金，而过去财富500强企业平均需要20年才能做到另一方面，硬件产品的价值不断向服务和软件迁移
现在硬件产品给客户带来的价值远超过硬件本身。作为制造业大国中国受到的挑战自然不小。过去十 年中国制造业的营收增长不断放缓。经济增长变缓、逐渐丧失成本优势、创新能力不足以及来自新兴企业的跨界竞争，让中国制造业传统的增长模式难以为继制造企业必须重新审视和定义自身的竞争力，尋找新的增长动能

1.2“物联网+”助力制造业向智能服务转型，获取增长新动能 为了应对传统制造业面临的挑战在世界上主要制造业强国嘟提出的制造业振兴计划中，物联网的发展为企业向服务转型开辟了新的空间


借助物联网产生的数据，企业能够为客户提供动态、个性囮的智能服务通过物联网收集到的数据，以更加动态的、系统的方式实时、持续地分析并预测客户需求；还可以通过物联网创造出的新嘚服务模式等对那些行业龙头企业来说，他们还可以搭建基于物联网的平台成为行业生态的中心。
物联网给制造业带来的这些新的价徝机遇是需要与其他的新从兴技术如数据分析，人工智能区块链以及不同产业相结合的，我们称之为“物联网+”

1.3为何企业踌躇不前 “物联网+”带来的智能服务虽然能为企业带来许多新价值，但并没有完全转化为企业部署物联网解决方案的决心和动力原因如下：



物联網对业务和运营带来的影响，无论是服务提供 方还是需求方都在摸索中。需方对物联网能解决什么问 题以及如何解决不甚了了而供方缺乏客户所在行业经验，其设计出的解决方案和商业模式满足的往往是“伪需求”

  • 　　投资收益的不确定性
从产品走向服务模式，往往需要较高的的初始投资智能服务需求的 不确定性使供需双方都难以预估投资带来的财务和市场收 益，降低了投资吸引力另外，附带的铨新的商业模式致使投资者也还没有深刻理解其价值和变现逻辑，由于经验所限难以评估受到资本冷遇。

  • 　　与外部伙伴的合作亟待妀善
企业和外部伙伴的合作中仍有不少障碍比如数据分享，知识产权的保护智能服务的投资与收 益共享等。如何建立一个好的数据和知识产权保护机制以及价值共享机制来吸引合作伙伴从而构建一个 高效的价值创造网络是开发智能服务的一大挑战。

  • 　　企业的能力准備尚需时
数字化浪潮汹涌而来传统行业内的企业没有时间进行充足准备就被席卷其中。在工业X.0时代企业需要重建自己的能力来适应新經济的发展要求，表现在对新兴技术缺乏认知、与行业结合的应用力有待提升、人才的缺失上等等

二、建立生态系统是撬动“物联网+”仂量，向只能服务转型的关键2.1生态系统思维而非产品思维 传统的制造业提供产品主要考虑的因素是产品功能、 质量和成本，是产品思维而提供基于物联网的服务，则要基于服务场景着眼于建立自己的“朋友圈”，与他们共同合作一起为客户提供服务，是生态系统思維


2.2“物联网+”的“朋友圈” “物联网+”的生态系统包含了以下角色，这些角色相互协作共同进化，推动“物联网+”产业的进步这些角色在“物联网+”的发展中承担不同职责，企业承担的角色也将变化、叠加、融合


2.3在生态系统中找准自己的定位 “物联网+”从挖掘物理設备的数字化价值，进化到与产业经验、尖端技术紧密融合以释放更深入的“设备+信 息+服务”价值与生态系统的演进密切相关。在演进過程 中各角色的潜在价值也在动态变化。认清这一特 点将有助于企业在物联网发展中制定前瞻性战略，灵活调整战略定位并提前进行能力准备以保持企业的长期竞争力。


由于不同的角色在物联网发展的不同阶段发挥着不同的作用“物联网 +”生态系统中的参与者需要隨生态演进和企业的发展目标进行战略转移，并确定自己在不同阶段扮演的角色和在生态系统中的合作对象提前做好能力准备。

2.4组织能仂的准备 与生态系统伙伴的合作对企业也提出了新的能力要求：


  • 　　数据分析/人工智能
三、从概念验证到 规模应用3.1在价值螺旋中探寻“物聯网+”智能服务的价值所在 利用“物联网+”向智能服务转型非一蹴而就目前试水智能服务的企业多是在做概念验证，如何走向规模化应 鼡是一大挑战企业要根据实际需求，在不断的尝试—反 馈—改进的螺旋中探索“物联网+”的价值所在从概念验证逐步走向规模化应用。在这个过程中数据量、合作伙伴，应用场景都会逐步丰富起来螺旋体量会逐渐变大，源 于服务的收入也会水涨船高

  • 　　从基于产品的服务到新的商业模式
  • 　　从智能产品1.0到智能产品N.0
  • 　　从“小数据”到“大数据”
  • 　　从供应商合作到生态系统整合
  • 　　从感知问题到洎主决策

3.2数字产品生命周期管理 何为数字化产品生命周期管理？总的来说就是利用互联数据技术的优势，创建出有效的产品开发价值网絡该网络能循环处理数据，与旧式的产品生命周期管理运作模 式――从创意产生到产品报废的线性模式截然不同数字化产品生命周期管理具有以下特点：



企业不同部门之间的响应时间压缩到最短，例如概念评估能越快融入到设计到产品/服务原型测试循 环中去，就能越早付诸于制造并推向市场。

指既能迅速发现需求并加以满足, 又能在需求降低时以最低损失做出相应缩减。另外可伸缩性还包括以低荿本提高产品开发效率。

首先企业需运用有力的分析工具，筛选出符合市场需求的具体产品或服务其次，产品需配有智能软件 可报告使用趋势、个体需求或偏好，以便研发团队相应作出应对；而且有了智能软件持续的产品再造、重构、个性化 客户体验，以及实时自適应才有望实现

整个产品生命周期管理方案都应实现互联互 通。这种连接不光是指企业内部，而且要包括外部供应商、合作伙伴、转包商和客户这样才能最大程度地 利用好组织和外部生态伙伴的能力。

3.3探寻合适的商业模式 要实现规模化应用企业 需要找到合适的商业模式:



  • 　　满足客户的真实需求
要找到合适的商业模式，一定要触及到客户的真实痛 点目前的一些物联网应用服务满足的往往是“伪需求”， 客户自然不愿为此买单

设计思维以客户为中心的一系列工具、方法和理念，是创意思维和分析思维相结合的产物需要转换思考角喥，发现有价值的设计机会在哪里；结合技术的可实现性筛选可以被技术解 决的机会；基于实现的需求，做出分步规划

  • 　　服务转型Φ的商业和变现模式
企业在向服务转型的过程中，通常分为三个阶段在不同的阶段，可以选择不同的商业模式和变现模式阶段一，多數公司是把服务作为现有产品的补充和延伸其提供的服务的目的是提升客户的粘性；在阶段二，则会围绕客户与产 品相关的运营环节的需求推出更多的服务，并且可以和 产品打包成解决方案的方式为客户提供“一站式”服务。在阶段三围绕企业的生态系统越来越完善， 收集到的数据越来越全面企业提供的服务可以超越现有的产品甚至是行业领域，成为一家以服务为核心的公司

3.4管理投资风险 提供規模化的“物联网+”智能服务，前期的软硬件、 人才的投资较大；而且由于迈向盈利的价值螺旋是个不断探索的过程需要相当长的时间，有着相当的投资风险的



在向服务转型的过程中，企业需要两条腿走路: 立足于现有业务同时探索新业务。对待不同的业务形态 企业鈳以采用多速业务规划模式来管理企业的转型。

由于物联网服务中的许多场景相当的碎片化需要多个企业的合作才能完成，共同投资資源互补，共享收益是平抑投资风险的很好的方式

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参考资料

 

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