基于PXA270嵌入式開發板GPS定位系統的設計

郭 堃

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基于PXA270嵌入式開發板GPS定位系統的設計

郭 堃

仰恩大學計算機與信息學院

隨著GPS推廣應用，嵌入式GPS系統是目前的一個發展趨勢。GPS模塊結合PXA270嵌入式開發系統對GPS信號進行處理，對電子地圖進行定位、重構并最終顯示在LCD上。

GPS PXA270 嵌入式 定位

作為一種成熟的衛星導航系統，GPS具有性能好、精度高、應用廣的特點，是迄今為止應用最多的導航定位系統。把GPS與嵌入式技術融合在一起，形成一個嵌入式的地理平臺，是當前GPS領域的一個重要趨勢。本文是在PXA270嵌入式開發板和GPS模塊上開發實現。在Linux下的嵌入式開發環境中利用C++設計完成定位。嵌入式系統利用軟件設計主要完成GPS定位信號的處理、電子地圖的移植、地球坐標的轉換、定位的顯示等功能。

1 系統概述

嵌入式系統是控制、監視或者輔助裝置、機器和設備運行的裝置。嵌入式系統是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機械等附屬裝置。嵌入式系統有著無法比擬的友好人機界面，對于LCD及GPS模塊有很好的支持。嵌入式系統主要完成提取GPS定位信號的數據、坐標轉換、電子地圖的顯示等功能。軟件設計流程如圖1所示。

圖1 設計流程圖

2 嵌入式系統軟件設計

2.1 GPS模塊輸出的信息的提取

GPS模塊上電后，會自動搜索衛星信號，并且把計算好的數據從串口輸出。所有GPS接收機最通用的數據輸出格式是NMEA[1]。NMEA-0183協議定義的語句非常多，但是常用的或者說兼容性最廣的語句只有：$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。如圖2。

圖2 數據塊

用串口連接宿主機與開發板的串口0。宿主機進入LINUX，打開Minicom終端。設置波特率115200，8位數據，1位停止，無校驗，無流控。串口的設備文件為/dev/ttyS*，其中，ttyS0為串口一，ttyS1為串口二，以此類推。在對串口通信之前，首先要對串口參數進行初始化、設置它的屬性以保證通信雙方的通信參數保持一致。初始化完串口，就可以進行讀取操作了。由于GPS發送的數據類型都是以&GPGGA符號開頭，所以檢測&GPGGA符號，進而進行下一步的處理。關鍵代碼如下：

…

if (c==’c’)

{GPS->latitude=get_double_number(&buf[GetComma(3,buf)]);

GPS->NS =buf[GetComma(4,buf)];

GPS->longitude=get_double_number(&buf[GetComma(5,buf)]);

GPS->EW =buf[GetComma(6,buf)];

…}

2.2 坐標轉換

GPS模塊輸出的地理坐標是WGS-84坐標系。而國內地圖一般是以54北京坐標系作高斯-克呂格平面投影。所以必須作一個坐標轉換，即將GPS坐標（WGS-84坐標系）轉換到電子地圖坐標（54北京坐標系）。坐標轉換的具體步驟：

(1)空間直角坐標轉換成國家大地坐標，國家大地坐標轉換成地圖平面坐標。

(2)x，y的具體推算過程很復雜，在這里就不全部列舉出來，只給出結果：

(3)地圖平面坐標轉換成屏幕坐標。例如，地圖比例尺為1：k，窗口要顯示的區域長、寬各為M、Nkm，窗口像素點位A*B點，則定位數據xs，ys（平面高斯坐標）在窗口上坐標分別為：

下面給出部分代碼：

#include "stdlib.h"

const double a=6378137.0;

const double flattening=1/298.257223563;

const double delta=0.0000001;

typedef struct tagCRDCARTESIAN{

double x;

double y;

double z;

}CRDCARTESIAN;

typedef CRDCARTESIAN *PCRDCARTESIAN;…

2.3 電子地圖重構

一般來說，電子地圖包含的數據格式都不能直接用在嵌入式平臺，所以需要對電子地圖的數據進行提取、存儲、重構[3]。目前主要使用的是桌面電子地圖系統MapInfo。MapInfo是美國MapInfo公司的桌面地理信息系統軟件，是一種數據可視化、信息地圖化的桌面解決方案。MapInfo數據格式主要分為TAB和MIF兩種格式。 MIF格式是MapInfo公司提供的一種與外界交換數據的機制。它主要用來保存空間對象的幾何數據。將電子地圖的數據讀出后，再在嵌入式平臺下，用繪圖工具重新組成電子地圖即可。下面給出一部分實現代碼：

…

int n;

int x,y; …

fopen("D:\\data\\XXXX.mif","r");

while(!feof(fp2))

{ fscanf(fp2,"%s",str);

if(strcmp(str,"pline")==0)

{fscanf(fp2,"%d",&n); …

void CMapText::Draw(CDC *pDC)

{ long x1, y1;

long x2, y2;

long fontheight;

m_pDoc->ConvToXY(m_fMaxX, m_fMaxY,x2, y1);

m_pDoc->ConvToXY(m_fMinX, m_fMinY, x1, y2);

m_pDoc->LPtoDP(x1, y1);

m_pDoc->LPtoDP(x2, y2);

CRect rect(x1, y1, x2, y2);//

fontheight=rect.Width() * 2 / m_strText.GetLength();

…}

3 仿真測試

點測試，線測試，面測試如圖3所示。

圖3 仿真測試

4 結論

整個測距定位系統在PXA270嵌入式開發系統下完成，工程系統比較龐大，整個系統基本功能已實現，由于本系統軟硬件平臺有很強的升級能力，許多指標與功能可以進一步完善與提高。GPS定位數據到電子地圖數據的轉換，需要一系列復雜的算法。該算法有待進一步改進和簡化，以提高系統運行效率和數據準確性。

[1] 田家林，陳利學，寇向輝.LINUX嵌入式操作系統在ARM上的移植[J].微計算機信息，2007，23(4):60-61.

[2] 陳未峰，李兵.ARM-Linux平臺下GPS信號的采集與處理研究[J].信息化縱橫，2009，(13): 41-44.

[3] 胡菲菲.SQLite在嵌入式電子地圖中的應用[J].工程地質計算機應用，2008，(2): 31-36.