基于APM7101的汉、英双语MP3导游机的设计与实现

西部大开发战略的实施，使西藏的旅游业得到空前的发展。但西藏的旅游业起步较晚，使得当前的旅游业发展规模和水平不能满足旅游快速发展的需求。目前，西藏地区导游人员缺乏，没有特级导游人员，这就导致非本土导游人员没有真正掌握西藏的地理和文化知识，讲解内容偏离原有的文化内涵，造成游客的误解，无法完整宣传和推广藏民族的文化；而现有的小语种导游人员无法满足西藏广阔的客源市场，制约了西藏旅游业的发展，造成大量国外游客流失。
    针对上述问题，为了促进西藏旅游业的发展，加快旅游信息化步伐，这里提出了一种英、汉双语的MP3导游系统的解决方案。该导游系统能够定位游客位置，并用英、汉双语为游客讲解当前景点知识；在没有导游的情况下，能及时直观地反映当前景点的状态，使游客的旅行更自由方便，增强游客的旅行乐趣。

1 APM7101的特点及其协议格式
    APM7101是一款高性能的GPS(Global Positioning System)信号接收机，其体积小，很容易嵌入便携式装置。APM7101内部(其结构如图1所示)集成有SiRFstarⅢGPS处理器，LNA电路，SAW滤波器，振荡和校准电路，支持UART通信，内置4Mb闪存。该器件具有以下特性：1)20个通道接收；2)弱信号下快速TTFFs(Time to First Fix)；3)2个UART收发通道；4)接收灵敏度可达-159 dBm；5)支持NMEA-0183和SiRF协议；6)支持SBAS(WAAS、EGONS)。

    GPS启动后会间隔一定时间返回一次接收信息，其返回信息包括：GGA(1 s)／GSA(1 s)／RMC(1 s)／GSV(5 s)，通常仅使用其中的RMC信息，采用APM7101的GPS模组以NMEA协议格式发送消息。基本NMEA指令是一个ASCⅡ字符串，它以‘$’字符开始，以<CR><LF>序列结束。NMEA标准消息(如表1所示)以‘GP’开始，然后是3个字符的消息标识码。消息头和后面的内容通过逗号进行分隔，消息以校检码结束，校检码由1个‘*’和2个16位的校验字组成，校验码字段并不用逗号分隔。目前，校验码得到的方式是从‘$’到‘*’之间的字符进行逐位计算。作为ASCⅡ表示法。每个字段的长度是随着精度的不同而变化的，因此记录的长度也是变化的。

    下面以实例分析NMEA消息格式：
    $GPRMC，161229．487，A，3723．2475，N，12158．3416,W，0．13，309．62，120598，，*10
    从上述消息可以得到：对于消息$GPRMC，161229．487表示时间为16点12分29．487秒；A表示这条消息是有效的；3723．2475和N表示北纬，3723．2475；12158．3416和E表示东经，12158．3416。

2 系统硬件总体设计
    根据各功能的需求，其硬件组成框图如图2所示，它主要由SPCE061A单片机、GPS模组(APM7101)、LCD模块和语音资源存储模块组成。其中，采用APM 7101作为GPS模组，采用SPCE061A作为主控制器，通过串口接收GPS模组发来的卫星消息，根椐NMEA协议格式，对其进行解析，使用UART与SPCE061A主控板之间进行通信，从而实现定位功能；LCD采用SPLC501型液晶显示模组，通过SPCE061A直接控制显示相关信息；语音资源存储模块采用SPR4096模组，用于存储景点的信息资源，使用SPCE061A的D／A转换通道，经过由SPY0030构成的音频放大电路直接输出。

    图2中单片机的正常工作电压为5 V，其I／O接口的电压为5 V或3．3 V，需要注意的是：各模块所用电压不同，GPS模组的电压一般为3．3 V，SPR4096与液晶显示模组的电压要求为5 V。因此，SPR4096模组、液晶模组与单片机采用同一电源供电，GPS采用端口供3．3 V。

3 GPS全球定位系统
    图3所示为GPS全球定位系统的系统框图，采用SPCE061A单片机作为主控制器，使用UART与SPCE061A进行通信，通过串口接收GPS模组发来的卫星消息，为了保证GPS模组发来的消息及时接收，UART采用中断接收方式。根据消息特定的格式，对其进行解析，最后将解析后的信息用于各种显示及播报。GPS以NMEA协议格式发送消息，接收GPS卫星发射信号，以获得必要的定位信息，经数据处理，完成定位工作。

    这里需要注意的是：GPS模组的电源电压不要超过给定值(3-6．5 V)，一般采用3．3 V供电，而且电源的极性不要接反。其全功率模式下，其电流为68 mA，待机模式下为1 mA。
    GPS模组采用APM7101，定位精度在1Om以内。GPS模组电路如图4所示。启动后GPS的信号灯即图4中的LED会周期闪烁。通过选择电阻来选通UART通道A，B，默认为通道A。同样，复位引脚也是通过选择电阻来实现选通的，其默认为接口的第2个引脚。

4 系统软件设计
    主程序是一个封闭的循环。I／O端口初始化部分主要按照硬件资源分配对I／O 端口的状态进行初始设置，包括I／O口状态，设置上拉电阻等，都在I／O端口初始化子函数中完成；GPS初始化是初始化各硬件模块；液晶初始化主要是对液晶显示部分的相关数据线，控制线的状态进行设置；SPR4096初始化主要是设置串行传输速率以及CPU时钟频率和相对应的I／O口的状态。然后程序进入主循环，不断进行按键扫描，根据按键值进入相应的功能模块。主程序流程图如图5所示。

5 结论
    当系统工作在正常放电模式时，测试主控板消耗电流(主控板工作电压为DC 5 V)、语音播报时内部语音放大电路消耗的电流和GPS(APM7 101)模组(正常工作电压为DC 3．3 V)消耗的电流。最终测试结果：主控板消耗电流94 mA；语音播放时系统消耗电流80 mA；GPS(APM7101)模组消耗电流47 mA。该电路能够稳定工作在直流5～7 V的电源下，系统响应速度快，语音采用SPY0030为一级放大，噪声滤除效果好，最终输出音色和音质都能够满足实际的需要。系统可以准确播报当地的经纬度、标准时间及景点的详细信息。本系统将为解决西藏导游人员短缺，加快西藏旅游业的信息化步伐、推动旅游业的发展提供一个比较好的方案，具有一定的市场前景。