基于GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2012-02-15 03:29:48史曉影

電子設(shè)計(jì)工程 2012年10期

史曉影

（渭南師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院，陜西渭南 714000）

隨著科技的發(fā)展，移動技術(shù)的不斷成熟，定位導(dǎo)航開辟了一個(gè)重要的新興市場。GPS（Global Positioning System）以其高精度、全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)[1]，在定位、導(dǎo)航、測距等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，具有測量精度高、速度快、用戶數(shù)量不限、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。不僅用于軍事領(lǐng)域，還廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、野外探險(xiǎn)等領(lǐng)域。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集精確度較高：采集到的位置可以控制在2 m范圍之內(nèi)，接收數(shù)據(jù)并處理的時(shí)間小于2 s，在精確度和實(shí)時(shí)性上要優(yōu)于其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[3－10]。

1 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)中主要由主控制器、液晶顯示模塊和GPS射頻前端，數(shù)據(jù)傳輸單元組成，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖Fig.1 System block diagram

GPS信號通過天線接收值射頻前端模塊，在射頻芯片中實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號通過串口傳入單片機(jī)，單片機(jī)接收的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過時(shí)差，坐標(biāo)處理等操作，在通過LCD顯示出來。

2 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 GPS語句的輸出格式

GPS－OEM板采用NMEA－0183通信格式，可以輸出多種句型，均以“＄”開頭。其語句格式如表1所示。

表1 NMEA-0183語句格式Tab.1 NMEA-0183 statement format

輸出的語句按串口通信協(xié)議：1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCⅡ碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。語句達(dá)十余種，其中定位語句＄GPRMC其結(jié)構(gòu)為：

＄GPRMC，＜1＞，＜2＞，＜3＞，＜4＞，＜5＞，＜6＞，＜7＞，＜8＞，＜9＞，＜10＞，＜11＞*hh＜CR＞＜LF＞

其中：

“GP”—交談識別符；

“RMC”—語句識別符；

“*”—校驗(yàn)和識別符；

“hh”—為校驗(yàn)和，其代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）。

$GPRMC語句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為：

1）定位點(diǎn)的協(xié)調(diào)世界時(shí)間（UTC），hhmmss（時(shí)分秒）格式；

2）定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位；

3）定位點(diǎn)緯度，ddmm.mmmmm（度分）格式；

4）緯度半球，N（北半球）或 S（南半球）；

5）定位點(diǎn)經(jīng)度，dddmm.mmmmm（度分）格式；

6）經(jīng)度半球，E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)）；

7）地面速度，000.0節(jié)～999.9節(jié)；

8）地面航向，000.0度～359.9度；

9）UTC 日期，ddmmyy（日月年）格式；

10）磁偏角，000.0度～180度；

11）磁偏角方向，E（東）或 W（西）。

2.2 GPS數(shù)據(jù)接收

利用單片機(jī)的串行接口接收GPS傳送過來的數(shù)據(jù)，其硬件原理如圖2所示，GPS的接口及單片機(jī)串口均采用TTL電平傳輸數(shù)據(jù)，所以GPS接口引腳4和3可直接與單片機(jī)的TXD和RXD引腳相連，無需電平轉(zhuǎn)換，硬件電路圖如圖2所示。

圖2 GPS數(shù)據(jù)接收Fig.2 GPSdata reception

GPS模塊輸出的是數(shù)據(jù)流，每秒鐘更新一次數(shù)據(jù)。必須要用單片機(jī)對其輸出的數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，以方便用戶直接讀取。首先打開串口中斷服務(wù)子程序，開始接收數(shù)據(jù)，判斷其是否有“$”符號，然后根據(jù)逗號的個(gè)數(shù)進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)的類型，然后分別存儲時(shí)間、經(jīng)度、緯度、日期等信號，若接收到“﹨n”則接收結(jié)束。

用C語言編程，其程序如下：

void chkzhd（）interrupt 4//串口接收中斷

{

uchar ch，num；

p37=!p37；

if（TI==1）TI=0；

if（RI==1）

{

ch=SBUF；

if（ch=='$'）{gps_flag=1；num=0；}

if（gps_flag==1）

{

gps_rev[num++]=ch；

if（（ch==' '）||（num＞79））

{gps_rev[num]='