第四章 簡易式聲控車
5.4 TI TMS320C6711 DSK
（13）提供四個外部中斷(INT4、INT5、INT6、INT7)，供使用者與外部介 面作訊號通訊及重置設定。
圖 5.9 為 C6711DSK 的實件模組示意圖。其中包括了並列埠與 PC 作溝通外，
亦可經由 XDS5l0 EMULATOR JTAG 介面，與 PC 作通訊傳輸。並可利用 EMIF (External Memory Interface)，與 SDRAM、Flash ROM，及外部擴充裝置，進行 資料存取。除此之外還提供 TLC320AD535 晶片，作為外界類比訊號與 DSP 溝通之 類比數位轉換器(ADC)。更提供兩個音源接頭，用來連接麥克風及喇叭，以供類 比的輸入與輸出。在周邊擴充介面，提供了 McBSP(多通道緩衝串列埠)介面，可 與多種串列規格(如 T1/E1)作溝通。扼要言之，可將 C6711DSK 分為 A~N 等 l4 個 部分，個別說明如下：
A. 周邊介面(Peripheral interface)。
B. 16 位元的類比/數位轉換器。
C. 麥克風與喇叭的輸出入。
D. 重置按鈕。
E. JTAG 埠接腳。
F. 提供 1.8V 之電壓部分。
G. 電源插槽。
H. PC 與 DSK 溝通之印表機並列埠。
I. 提供 3.3V 之電壓部分。
J. SDRAM。
K. C6711DSP 處理器。
L. 128KB 之 Flash ROM。
M. I/O、記憶體介面(memory interface)埠。
N. 三顆供使用者測試用之 LED。
N A B C D E F G
M L K J I H 圖 5.9 C6711DSK 實件模組示意圖
TMS320C6711DSK 提供初學者，能快速使用 DSP 與其既有的周邊。由於其功 能齊全，可使用 C 語言、組合語言及線性組合語言的執行運作。使用者可靈活撰 寫應用程式軟體，並可外接一些所需求的應用 I/O 周邊，進行系統擴充。同時搭 配 CCS(Code Composer Studio)程式開發平台，以進行系統模擬與偵錯。
整體而言，可簡化 DSP 程式的發展時間，與提昇除錯的能力。而圖 5.10、
圖 5.11 分別為 DSK 應用板上之周邊介面(Peripheral Interface)，與記憶體介 面(Memory Interface)之連接圖。其他元件的詳細電路圖如附錄四至附錄二十 四。
圖 5.10 周邊介面擴充連接埠示意圖
圖 5.11 記憶體介面連接埠示意圖
5.4 UART Serial Daughter Card
本研究之 GPS 與 DR 系統都以 RS 232 為傳輸介面，由於 TI 6711 DSK 本身並 沒有 RS 232 傳輸介面，所以為了能接收 GPS 與 DR 系統的資料，本研究選擇 UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 串列埠，適用於 TI 的 DSK 和 EVM DSP 開發平台，並同時提供四個相容於 DTE (Data Terminal Equipment) 和 DCE (Data Communication Equipment)的 RS-232-C 和 RS-422 串列傳輸介面，
其架構如圖 5.12 所示。這些擴充卡適合用在 TI DSP 和 EVM 開發系統的 TI MS320 交會平台擴充卡上。運用串列傳輸擴充子卡，可即時的使用 TI DSP 來作 各式的串列傳輸處理，實體圖如圖 5.13 所示。
UART 串列埠支援 TI 的 6711DSK、 6713DSK、6416DSK、5416DSK、5510DSK..
等。其傳輸速率如下：
1.在 RS-232-C 上最快全雙工傳輸速率可達到 230.4Kbps 2.在 RS-422 上最快全雙工傳輸速率可達 921.6Kbps
圖 5.12 UART Serial Daughter Card 系統架構圖
圖 5.13 UART Serial Daughter Card 實體圖
第六章 系統架構與實驗結果
6.1 導航系統硬體架構
如果導航系統完全只採用 GPS 訊號，則會因 GPS 接收機精度的不同，而有不 同定位的誤差值。例如一般商用的 GPS 接收機位置誤差較大(約為 30 公尺)，且 易受地形地物影響，而造成誤差加大，或信號被遮蔽，而發生脫鎖的現象，使得 導航精度及功能有所影響。所以本研究是將 GPS 與 DR 的導航訊號作整合，使之 成為一完整的導航系統，其硬體架構如圖 6.1 所示，而實體情況如圖 6.2 所示。
本系統首先將數位羅盤及雙軸加速儀所組成的 DR，與 GPS 接收機置於汽車載具 上，擷取 GPS 與 DR 的導航資訊，傳送給 TMS320C6711 DSK。然後再以分散式卡 門濾波器(Loosely Coupled-Closed Loop)的方式，整合 DR 與 GPS，最後將導航 資訊以串列方式，傳送至 GIS 界面作顯示。
圖 6.1 GPS/DR/GIS/DSP 整合導航系統方塊示意圖 GPS RECEIVER
ENGINE
POWER SOURCE
(DR)Inertial Sensor (TDCM3 Compass Module)
(Accelerometer)
TMS320C6711 DSK UART Serial Daughter Card
GIS System
圖 6.2 GPS/DR/GIS/DSP 整合之導航系統硬體示意圖
圖 6.3 GPS/DR/DSP 導航系統置於車上測試示意圖
DR 導航系統
DSP C6711 GIS 系統
DSP C6711
DR 導航系統
6.2 導航系統軟體架構
導航系統軟體是在 Windows 系統下開發，利用 Code Composer Studio(CCS)，
作程式開發工具，開發導航系統的軟體程式，植入 TMS320C6711 DSK。其 Code Composer Studio(CCS)程式介面，如圖 6.4 所示。程式整體運作方式，是先由 GPS 接收機得到導航資料，解出接收機的座標值。而後加上 DR 系統所得到的值，
加上卡門濾波器以 Loosely Coupled Loop 的方式整合，以達成即時(Real-Time) 導航的需要，如圖 6.5 所示。
圖 6.4 Code Composer Studio(CCS)程式介面示意圖
圖 6-5 DSP 程式計算流程圖
6.3 實驗數據與分析 6.3.1 GPS 靜態性能測試分析
本研究在 9540 GPS 接收機測試的的部份有分為靜態測試及動態測試，其目 的是測試其性能是否可達到原廠規格，以符合系統使用 GPS 的資訊作為 DR 的修 正參考，如用 6.6 及 6.7 所示。
(1)GPS 靜態測試 測試 GPS 接收機在靜態時的偏差飄移量
9540 GPS 接收機靜態經度值
120.95872 120.95873 120.95874 120.95875 120.95876 120.95877 120.95878 120.95879
1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201
筆數
圖 6.6 9540 GPS 經度靜態飄移量圖
9540 GPS 接收機靜態緯度值
24.80143 24.80144 24.80145 24.80146 24.80147 24.80148 24.80149 24.8015 24.80151 24.80152
1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201
筆數
圖 6.7 9540 GPS 緯度靜態飄移量圖
由於在台灣緯度相差1 約等於位置相差 110946.2573 公尺，經度相差° 1 約° 等於位置相差 111319.4907 公尺。在經過分析之後，取最大值與最小值的差值，
經過計算後，可得到經緯度上的偏移量約三公尺左右，符合原廠規格，適合本研 究之 GPS 及 DR 整合用。
6.3.2 DR 靜態性能測試分析
DR 的性能測試部份有:(1)數位羅盤靜態測試 (2)加速儀靜態測試 (1)數位羅盤靜態測試：數位羅盤靜態時的偏差，如圖 6.8 所示。
234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245
1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100 109 118
(sec) 角度
圖 6.8 數位羅盤靜態測試圖
(2)加速儀靜態測試：加速儀靜態時的偏差，如圖 6.9 所示。
-0.2 -0.15 -0.1 -0.05 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35
1 15 29 43 57 71 85 99 113 127 141 155 169 183 197 211 225 239 253 267 281 295
(sec)
(m/sec2)
圖 6.9 加速儀靜態測試圖
從測試結果圖 6.8 可知數位羅盤靜態誤差大致上會有3~5°誤差，與系統本 身± 3°的本身誤差，是完全服符合的，另一方面由圖 6.9 可知加速儀靜態誤差不 到 1m/s 的誤差，所以在整個系統精度上是非常適合本研究之 GPS 及 DR 整合用。
6.3.3 GPS/DR/GIS/DSP 動態整合性能測試分析
本研究在做動態測試時，系統必須擺放固定的已知位置以利比對，測試路徑 選擇以封閉型的區塊道路為優先，因為此種封閉路徑非常適合測試及分析整合效 果，所以選擇中華大學的校區來測試，主要測試內容說明如下：
實驗日期:2005/6/8 PM 4:00 實驗時間:約 2 分鐘
1. GPS/DSP 實際路測測試，如圖 6.10 所示
24.757 24.7575 24.758 24.7585 24.759 24.7595 24.76
120.952 120.9525 120.953 120.9535 120.954 緯度
經度 數列1
圖 6.10 中華大學校區 GPS/DSP 實際路測圖
本實驗所做的測試是以汽車在校園中，路線由起始點 1 開始，實驗載具的速 度平均為 20~30km/hr，在實驗的過程中，車速不快，但可以看見使用 GPS/DR/DSP
1
系統導航情況，此次測試是以 GPS 全程鎖定為主，從圖 6.10 了解中華大學的校 區路徑可以完整呈現，而且並無造成 GPS 訊號有跳動飄移的現象。
2.GPS/DR/DSP 與脫鎖實際路測測試，如圖 6.11 所示
24.757 24.7575 24.758 24.7585 24.759 24.7595 24.76
120.952 120.9525 120.953 120.9535 120.954 經度
緯度 數列1
數列2
圖 6.11 中華大學校區 GPS/DR/DSP 與脫鎖實際路測圖
本實驗所做的測試是以汽車在校園中，以平均為20~30km/hr的速度行駛情 況。路線由起始點1開始，做GPS/DR/DSP系統脫鎖時實際路測情況。中華大學的 校區路徑屬於封閉型的區塊道路但是因為路徑不是很長，所以選擇脫鎖兩次就為 實驗的模擬。在圖6.11上所標示的4個英文字母的位置，A與B點處是GPS脫鎖的開 始，DR系統在此時執行繼續導航的任務，A至A’的路段與B至B’的路段，可以看的 出來DR系統隨著時間的變長其誤差也越來越大。所以在短時間導航上是有效果 的，另一方面當GPS正常接收導航資料後，也有及時對DR系統做修正，在相同的 路徑下，就可發現GPS/DR/DSP導航系統整合的效果，可使整個測試的軌跡成為連 續穩定的狀態。
A
A’
B B’
1
3.系統估測誤差共變異數P11 ~ P88(參考式 3.66)數據如下圖 6.12~6.19 所示。
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0 50 100 150 200
(sec)
P11
數列1
圖 6.12 P11(X 座標)誤差共變異數圖
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
0 50 100 150 200
(sec)
P22
數列1
圖 6.13 P22(Y 座標)誤差共變異數圖 A
A’
B
B’
A
A’
B B’
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
0 50 100 150 200
(sec)
P33
數列1
圖 6.14 P33(X 速度)誤差共變異數圖
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
0 50 100 150 200
(sec)
P44
數列1
圖 6.15 P44(Y 速度)誤差共變異數圖 A
A
A’
A’
B
B’
B
B’
0 0.5 1 1.5 2 2.5
0 50 100 150 200
(sec)
P55
數列1
圖 6.16 P55(羅盤方向角)誤差共變異數圖
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06
0 50 100 150 200
(sec)
P66
數列1
圖 6.17 P66(羅盤方向角 bias)誤差共變異數圖
A A’ B B’
A A’ B B’
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0 50 100 150 200
(sec)
P77
數列1
圖 6.18 P77(加速度)誤差共變異數圖
0 0.0001 0.0002 0.0003 0.0004 0.0005 0.0006 0.0007 0.0008
0 50 100 150 200
(sec)
P88
數列1
圖 6.19 P88(加速度 bias)誤差共變異數圖
A A’ B B’
A A’ B B’
4. 系統 Kalman Gain K11 ~ K88 數據如下圖 6.20~6.27 所示。
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008
0 50 100 150 200
(sec)
K11
數列1
圖 6.20 Kalman Gain K11 圖
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01
0 50 100 150 200
(sec)
K22
數列1
圖 6.21 Kalman Gain K22 圖 A
A’
B
B’
A’
A B B’
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 50 100 150 200
(sec)
K33
數列1
圖 6.22 Kalman Gain K33 圖
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 50 100 150 200
(sec)
K44
數列1
圖 6.23 Kalman Gain K44 圖 A A’
B B’
A A’
B B’
0.384 0.385 0.386 0.387 0.388 0.389 0.39 0.391
0 50 100 150 200
(sec)
K55
數列1
圖 6.24 Kalman Gain K55 圖
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 50 100 150 200
(sec)
K66
數列1
圖 6.25 Kalman Gain K66 圖
A A’ B B’
A A’ B B’
0.56 0.565 0.57 0.575 0.58 0.585 0.59 0.595 0.6 0.605 0.61
0 50 100 150 200
(sec)
K77
數列1
圖 6.26 Kalman Gain K77 圖
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0 50 100 150 200
(sec)
K88
數列1
圖 6.27 Kalman Gain K88 圖
A A’ B B’
A A’ B B’