車載GPS導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

安徽華菱汽車有限公司技術(shù)中心 萬騫騫

1.引言

近年來，車載導(dǎo)航系統(tǒng)在我國得到了迅速的發(fā)展，基于全球定位系統(tǒng)（GPS）的導(dǎo)航系統(tǒng)幾乎成了豪華汽車的基本裝備，有效的改善了交通，為人們出行提供了極大的方便。車載導(dǎo)航系統(tǒng)巨大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景，使大量汽車廠商和GIS企業(yè)紛紛投入大量人力物力，對(duì)導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行研究開發(fā)。但是，我國的GPS導(dǎo)航技術(shù)還處于起步階段，與日本、美國等發(fā)達(dá)國家相比還有極大的距離，核心技術(shù)方面還存在眾多缺陷，對(duì)新興技術(shù)的整合性應(yīng)用也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。尤其是在數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)上，我國技術(shù)還較落后。本文以可靠性、穩(wěn)定性和低成本為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)車載GPS導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.車載GPS導(dǎo)航儀數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)分析

GPS系統(tǒng)最初是為軍事目的而建立的，但隨著其應(yīng)用的深入，在民用方面也得到了極大發(fā)展。從結(jié)構(gòu)上來看，車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)單向的GPS信號(hào)接收機(jī)，可以接收來自天空導(dǎo)航衛(wèi)星發(fā)出的定位信號(hào)。導(dǎo)航衛(wèi)星共有24顆，使用L波段（22cm）進(jìn)行信號(hào)傳送，可傳送L1和L2兩種信號(hào)，其中L1的信號(hào)頻率：

FL1=154*1O.23MHz=1575.42MHz，其波長λ=19.O3cm

L2的信號(hào)頻率：

FL2=12O*1O.23MHz=1227.6OMHz，其波長λ=24.42cm

車載GPS導(dǎo)航系統(tǒng)只需接收L1信號(hào)，可以有效的消除掉由于電離層效應(yīng)而引起的延遲誤差。衛(wèi)星傳送的信號(hào)，先由GPS導(dǎo)航儀的天線接收，再由RF射頻前端將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)為中、低頻信號(hào)，再傳送到GPS基頻模塊，基頻模塊通過相關(guān)器比對(duì)找出正確的衛(wèi)星編號(hào)，取照多顆衛(wèi)星的萬年歷和廣播衛(wèi)星歷等資料。其結(jié)構(gòu)圖如圖1：

由于車載GPS導(dǎo)航儀由于工作環(huán)境十分惡劣，再加上采集器受電磁脈沖影響嚴(yán)重，所以首先必須考慮整個(gè)GPS導(dǎo)航儀的抗干擾能力，此外，車載GPS導(dǎo)航儀需要長時(shí)間不間斷的工作，除了考慮抗干擾能力外，還必須考慮整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)，采集器模塊還必須能夠?qū)Π鞣N不同意義的信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)所采集的信號(hào)作相應(yīng)的處理以進(jìn)行傳輸和識(shí)別。在成本上，也必須在保證導(dǎo)航儀穩(wěn)定性和可靠性的基礎(chǔ)上，盡可能的降低成本。

3.數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計(jì)方案

為了在保證導(dǎo)航儀可靠性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，盡可能的降低成本，我們?cè)谶@兒采用單片機(jī)為中心的通訊構(gòu)造。由于AT89C51具有低功耗、高性能、體積小、價(jià)格低、集成度高易于擴(kuò)展等特點(diǎn)，是8位CMOS微控制芯片，非常適合于作為移動(dòng)車量定位系統(tǒng)，因此在這兒，我們采用AT89C51做為整個(gè)系統(tǒng)的中心，以協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作。

AT89C51沒有內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器，要將陀螺儀輸出的直流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為AT89C51能讀取的8位數(shù)字信號(hào)，必須借助其它組件，這兒我們采用ADCO8O4作為A/D轉(zhuǎn)換器，將陀螺儀輸出的直流電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，同時(shí)增加外部電路，將輸入電壓擴(kuò)展為-5V—+5V，以滿足陀螺儀的需要。

轉(zhuǎn)速儀是測(cè)量車速的組件，通過轉(zhuǎn)速儀，可直接連接到單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器上，對(duì)1秒鐘內(nèi)的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)算測(cè)得車速。

總之，本研究在神經(jīng)細(xì)胞中證實(shí)，VPA可通過激活miR-34c-5p/ATG4B信號(hào)通路而抑制自噬，這可能是其影響神經(jīng)細(xì)胞功能的一條重要通路，而靶向這一通路可能有助于改善其不良反應(yīng)。

GPS信號(hào)接收裝置，為了滿足體積小、性能優(yōu)良、價(jià)格便宜以及易于擴(kuò)展等要求，我們采用GPS_25接收板，用以接收GPS天線的衛(wèi)星信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行變頻、放大、濾波等處理，采集位置信息、時(shí)間信息、星歷信息、速度信息等，從而通過單片機(jī)運(yùn)算，為車輛導(dǎo)航，提供實(shí)時(shí)的三維位置信

息等。其整體結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4.數(shù)據(jù)采集器軟件模塊設(shè)計(jì)方案

接收模塊是采集器軟件的最低層，主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，要在接收模塊中實(shí)現(xiàn)GPS信號(hào)的接收、車速脈沖的計(jì)算以及陀螺信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換后信息的采集工作，以及A/D轉(zhuǎn)換器的開啟與信息采集的協(xié)調(diào)控制。

當(dāng)接收模塊采集信息，將之傳遞給信號(hào)處理模塊后，信號(hào)處理模塊根據(jù)不同意義的信號(hào)進(jìn)行分解和提取，從中得到目標(biāo)的當(dāng)前位置信息和格林威治時(shí)間信息，然后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。對(duì)于采集信號(hào)中的噪音和干擾，在這里采用均值濾波和極值濾波的方法來消除。

數(shù)據(jù)采集器軟件模塊設(shè)計(jì)方案如圖3。

5.信號(hào)分析

GPS信號(hào)是異步串行數(shù)據(jù)的周期信號(hào)，由幀頭、幀尾、幀內(nèi)數(shù)據(jù)組成。不同數(shù)據(jù)幀的幀頭并不相頭，有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”、“$GPRMC”等，幀頭對(duì)幀內(nèi)數(shù)據(jù)的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了標(biāo)示，GPS信號(hào)中的數(shù)據(jù)如經(jīng)緯度、速度、時(shí)間等，都可以通過“$GPGGA”幀中獲取。各字段意義如下：

（1）時(shí)間，格式：hh mm ss

（2）經(jīng)度，格式：dd mm mmmm

（3）經(jīng)度方向，N或S

（4）續(xù)度，格式：ddd mm mmmm

（5）糾度方向，E或W

（6）GPS狀態(tài)：O代表未定位，1代表無差分定位，2代表帶差分定位

（7）使用衛(wèi)星編號(hào)（OO～O8）

（8）精度百分比

（9）海平面高度

（1O）大地隨球面相對(duì)海平面高度

（11）差分GPS信息

圖1 GPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 數(shù)據(jù)采集模塊硬件組成

圖3 軟件設(shè)計(jì)模塊

（12）差分站ID號(hào)OOOO-123

6.數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)機(jī)制

6.1 總線技術(shù)

現(xiàn)在常用的異步通信接口有RS-232C、RS-232E、RS-449、USB通用接口和2OMA電流環(huán)，在這兒，我們采用美國電氣工業(yè)協(xié)會(huì)推薦的RS-232C，利用25芯接口插件來實(shí)現(xiàn)RS－232標(biāo)準(zhǔn)接口的連接。通信方式有近程通信方式和遠(yuǎn)程通信方式之分，近程通信方式傳輸距離小于15M，采用RS－232C電纜直連的方式。15M以上的遠(yuǎn)程通信采用調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行連接。由于S-232C電平對(duì)地是對(duì)稱的，同TTL、MOS完全不同，因此，必須將RS-232C驅(qū)動(dòng)器和TTL電平連接進(jìn)行轉(zhuǎn)換，常用的電平轉(zhuǎn)換芯片有MAX232、MAX232A、MAX2O2和ICL232幾種。異步通信接口串口子程序如下：

（1）串口初始化代碼：

設(shè)計(jì)思路，將串口始化為48OObit/s，利用方式a接收，用定時(shí)器a產(chǎn)生波特率

6.2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，是為了實(shí)現(xiàn)采集器采集到的GPS信號(hào)、車速信號(hào)以及陀螺儀信號(hào)的存儲(chǔ)功能，并在發(fā)送時(shí)刻以某種特定的方法將這些信號(hào)發(fā)送出去。通過存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，可以將這些信號(hào)形成為一個(gè)完整的信息幀。在采集器上電之后，首先檢查GPS信號(hào)輸入端，一旦檢測(cè)到“SGPGGA”的幀頭，便開始對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)并開啟A/D轉(zhuǎn)換骵集陀螺儀信號(hào)，直到檢測(cè)到幀“*hh”時(shí)，才進(jìn)行處理并保存。在數(shù)據(jù)讀取完之后，啟動(dòng)發(fā)送程序，將幀頭標(biāo)記為“c#g”，以順序發(fā)送保存好的GPS信號(hào)、陀螺儀信號(hào)和車速值，最后幀尾以“END”標(biāo)記。

7.結(jié)束語

本設(shè)計(jì)方案，主要采用了PC機(jī)和RS-232串口通信功能，利用單片機(jī)通信及計(jì)算功能，對(duì)傳感器所接收到的信號(hào)進(jìn)行采集，并通過一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理和發(fā)送。在這兒，單片機(jī)采用AT89C51，以此作為整個(gè)系統(tǒng)的核心。AT89C51低功耗、高性能、小體積、低價(jià)格、高集成度、高擴(kuò)展性的特點(diǎn)，完全滿足了導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，在保證穩(wěn)定性和可靠性的同時(shí)降低了成本，運(yùn)用于導(dǎo)航系統(tǒng)之中，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。

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