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基于A算法的电子地图系统的设计


发布日期:2021-07-10 00:22   来源:未知   阅读:

  暑期出游季来了:机票小有涨幅 西北热门城市酒店建议抓紧预定,的电子地图系统,运用于公共信息服务。系统以STM32F103ZE T6为核心,配合少量的外围电路,在其上运行以高效、紧凑的程序以及算法。利用STM32芯片的FSMC总线 SRAM存储芯片,以扩展主控处理地图数据所需要的内存空间。同时使用FSMC总线寸LCD模块,大大提高了LCD的刷屏速度。使用SD卡存放可更换的地图数据,系统初始化时先将SD卡中的地图数据读取到外扩的SRAM中待处理,以加快主控时数据的处理速度。软件上,在STM32上移植了UCOSII操作系统以及UCGUI图形库,实现对各个任务的处理以及整个系统界面的设计。通过移植A*算法,实现了两点间最短路径查找的功能。试验表明,系统运行界面流畅美观,路径查找准确,可作为一般小范围场所的导航电子地图系统,取代传统的路标或静态地图。

  STM32微控制器FSMC总线嵌入式操作系统;UCGUI;A*算法当前电子地图的使用已经越来越得到推广,从专用的GPS电子导航设备,到智能手机等移动设备都能够浏览到的网络电子地图,都体现着这一应用的广泛性,具有更新速度慢、使用寿命短等诸多缺点的纸质地图已经渐渐地被电子地图取代。

  电子地图设备通常都含有嵌入式微处理器,附带着许多复杂的外围电路,制作与生产成本高,开发周期长,常常被用于精度要求较高的车载导航系统。嵌入式电子地图通常需要有软件平台的支持,当前主流的电子地图都是在桌面地理信息系统工具MapInfo中制作完成,在不同系统平台下有专用的软件与插件支持,但这类软件或插件的购买费用较昂贵www.hlj0p.cn,而另一种方法是在嵌入式Linux环境下使用开源的MITAB工具,实现对MapInfo格式的电子地图的操作。这两种方法实现的系统成本均较高,实现难度较大。文中介绍了一种基于STM32微控制器以及A*路径算法的嵌入式电子地图系统的设计,设计并实现了相应功能。

  系统以CortexM3系列ARMv7架构芯片STM32F103微控制器为核心,包括SRAM存储器、SD卡存储器、LCD驱动等电路,系统总体方案如图1所示。

  主控通过配置内部FSMC功能寄存器,开启FSMC总线并产生LCD的读写时序,驱动7寸LCD模块。电路如图2所示。其中,RS引脚接到了主控的FSMC_A16引脚,作为数据命令选择端,FSMC_NE1接到了LCD模块的使能端CS。

  使用FSMC总线访问外部SRAM存储器,其中FSMC_A0-FSMC_A15为主控FSMC总线地址引脚,对应接到SRAM地址线所示。

  系统初始化主控先读取MicroSD卡里的地图数据,并将其写入外部SRAM存储器中,并把地图显示在LCD上,当使用系统查询最短路径时,调用A*算法,赋予特定的地点参数以及相应的权值,在两点之间可行的路线中寻找到最近的路径,再调用UCGUI API函数实现在地图上的路径的显示以及导航,程序是在UCOSII嵌入式实时操作系统的框架下以任务的形式编写的,以下是A*算法的实现思想。

  A*算法在人工智能中是基于A算法的一种典型的启发式搜索,主要是对估价函数加以特别的定义和描述,从而得到一种具有较强的启发能力的有序搜索法。事先对所要安装的地图数据进行处理,为地图图片规划一个坐标平面,并标出足够多的路径节点坐标值,在程序中以一个结构体变量记录,结构体类型名为MapPoint,结构体元素包含节点本身的坐标值,以及周围上、下、左、右可经过的节点号,根据A*算法,A*搜索的评价函数为f(n)=g(h)+h(n),其中g(n)是从初始节点到该节点n的路径耗散,即从初始节点沿最短路径到达该节点走过的路程,h(n)是从节点n到目标节点的最低耗散路径的估计耗散值,h(n)值可以用不同的方法估算,这里使用的方法被称为曼哈顿方法,它计算从当前格到目的格之间水平和垂直的方格的数量总和,被称为启发式或启发函数,而f(n)是g(n)与h(n)的和。定义另外一个结构体类型AstarPoint,用于记录路径中每个节点的x、y坐标值、g(n)值、h(n)值、f(n)值,以及其他节点的AstarPoint结构体指针类型元素。示意性的算法流程如图4所示。

  以STM32微控制器为核心,基于A-Star路径算法的电子地图系统运行稳定,界面美观流畅,路径查找准确,成本低廉,可以运用于旅游场所、小区或者学校等。

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