手持定位器的設計與實現

葛 欣,藺雪葳,牟進達,王依岳（哈爾濱理工大學榮成學院,山東 榮成 264300）

?

手持定位器的設計與實現

葛 欣,藺雪葳,牟進達,王依岳
（哈爾濱理工大學榮成學院,山東 榮成 264300）

摘 要：為適應定位導航市場的需求，本文設計了一種便捷、精確、價格低廉的手持定位器，主要實現了接收定位數據，經緯度、海拔、時間顯示，數據傳送至移動終端等基本功能，完成了從定位到數據傳輸的追蹤功能。

關鍵詞：手持定位器；GPS定位；GSM通信；串口通信

0 引言

近年來，隨著科技的發展，便攜式定位裝置越來越受到人們的關注。該裝置有較高的實用價值，可以用于登山旅游、野外勘探等等。人們對于更加輕便、準確、可靠的手持定位器的需求越來越強烈。手持定位器的產生和推廣必然是今后定位產品發展的趨勢［1］。

但是普通手持定位追蹤器只實現了定位功能，隨著GSM網絡技術和GPS技術之間的聯系越來越緊密，GSM系統短消息業務快速地成為了GPS定位系統應用中一種全新的通信鏈路建立、數據信息傳輸的途徑，本裝置對GSM以及GPS進行了完美的結合.

1 GPS定位器整體設計方案

設備整體設計。該裝置硬件部分由STC12C5A60S2單片機、GPS模塊、GSM模塊、12864液晶顯示屏、電量檢測模塊組成。GPS模塊通過衛星定位，把準確的經緯度通過串口通信傳輸到單片機，數據進行處理后顯示在12864液晶屏上。同時定位數據不斷通過GSM模塊發送至移動終端，移動終端可以是手機、電腦等。電源采用5v鋰離子電池，具有重量輕、體積小、循環壽命長等優點。

2 GPS定位器硬件設計

2.1 主控系統

STC12C5A60S2具有SPI同步通信口，是一種全雙工可設置主模式/從模式，高速同步的通訊總線，可以用來進行多單機的主從通信，可以及時接收GPS發送的定位數據，及時把定位數據發送至GSM模塊。而且在原來8052共256字節RAM的基礎上，擴展了256字節的RAM，共512字節，可以寫入足夠大的程序［2］。

2.2 GPS定位模塊

模塊采用U-BLOX NEO-6M模組U-BLOX NEO-6M模塊采用50個通道的U-blox6引擎 GPS L1 C/A碼，接收衛星數據高效迅速，相比于基站定位、RFID/二維碼等［3］。標簽識別定位、場景識別定位等，具有方便，可靠性好，性價比高等一系列優點，現已廣泛應用于民用領域。U-BLOX NEO-6M模組，完全支持OMA SUPL規范。具有AssistNow自主定位快速功能，可以更快的捕獲衛星信息，接收更新速率達到5Hz，跟蹤靈敏-162dBm。使之更加準確的定位后，經RS232標準I/O輸出串行數據或者輸出TTL數據，向MCU進行發送。

2.3 GSM通信模塊

基于GSM系統的短消息收發系統的實現方案，采用在電腦或單片機通過GSM模塊向手機等移動終端發送短信，比較適合本產品的開發。其短信收發分為兩種模式：Text、PDU模式，PDU模式比較復雜，需要用專門的函數將文本格式轉換為PDU格式，應用Text模式開發比較簡單，本設計采用的是Text模式。在這種方法中，可以通過PC 與GSM模塊通信獲得定位數據，但是電腦等硬件體積大，不便于攜帶，可通過手機與GSM模塊通信，此種方法便于實現。

3 GPS定位器軟件設計

該定位器主要完成GPS信號接收、實時顯示經緯度、無線數據傳輸、電源電量顯示等功能，采用模塊化設計。硬件設計完成后，對軟件進行相關設計，編寫關于GPS定位程序、LCD12864顯示定位數據程序以及通信模塊無線數據傳輸程序。

3.1 系統軟件整體設計流程

系統軟件由初始化模塊和數據接收處理模塊組成。系統的初始化主要包括RAM初始化、特殊功能寄存器初始化和外圍設備的初始化。程序工作流程圖如圖1所示。

3.2 軟件模塊設計

3.2.1 GPS定位數據接收與發送程序設計

接收程序負責定位信息的接收、所需協議語句數據的提取以及其他情況（接收溢出、錯誤報警等）的處理。在檢測到有效信息后，接收程序將接收緩沖器中的內容讀入MCU的數據存儲區。

如今市場上的GPS模塊種類各異，但大都遵守NMEA-0183協議。該協議是美國國家海洋電子協會為海用電子設備制定的標準格式，目前已成了GPS導航設備統一的RTCM標準協議。NMEA-0183協議采用ASCII碼來傳遞GPS定位信息，稱之為幀［4］。

定位器使用異步串行通信對數據進行發送，首先把數據讀入SBUF中，根據預先設置好的通信數據格式，對停止位以及起始位進行自動植入。當發送抵達停止位時，標識發送為禁止，當禁止接觸時，數據接收方單片機就會做出反應。當數據接收時，采樣時鐘以輸入數據波特率的16倍頻率采樣輸入數據線，如果連續8次采樣到低電平，認為是一幀數據的起始位，當接收到起始位后，連續接收預先定位的數據以及停止位，這樣就接收到了一幀的數據。

GPS系統中有兩種時間區分，一為UTC，另一為LT（地方時）兩者的區別為時區不同，因此在計算定位時的標準時間要統一用UTC時間進行換算。整個地球分為二十四時區，每個時區都有自己的本地時間，在國際無線電通信中，為統一而普遍使用一個標準時間，稱為通用協調時（UTC，Universal Time Coordinated）。如果要把UTC時間轉化為本地時間，可以使用以下公式：

UTC + 時區差＝本地時間

時區差東為正，西為負。為此，把東八區時區差記為 +0800，那么UTC + （＋0800） = 本地（北京）時間。

3.2.2 通信模塊接收與發送數據程序設計

通信部分是由單片機、SIM900A和移動終端組成。U-BLOX NEO-6M收到的數據傳送到單片機中處理，再由單片機和SIM900A之間的串行口以AT的形式發送。發送的數據要進行PDU解碼以十六進制形式發送。單片機發送數據方式采用異步串行通信，與定位數據的接收方式相同。

用戶（追蹤器）可以通過接收定位器發送的短信來提取定位數據，也可以發送短信來對定位器進行控制和功能設置。這需要定位器在收到短信后能夠自動識別命令類型并自動執行，包括跟蹤開始，跟蹤停止等基本命令。

3.2.3 GPS定位信息顯示程序設計

中斷接收程序已對“$GPGGA”協議語句進行了解析，然后將經度、緯度、時間信息等實時刷新顯示在LCD12864液晶屏上。GPS模塊不斷收到新的數據，單片機不斷刷新RAM，在液晶屏上顯示相應數據。

4 結語

本文設計了一種基于STC12C5A60S2單片機的簡易手持定位器，實現了GPS經度、緯度、時間等信息數據的讀取。本設計方法靈活，采用了單片機實現數據處理，易于調試，價格便宜，成本低，性能較穩定，方便從GPS定位模塊中提取各種所需定位數據，可廣泛用于民用領域，方便攜帶，在所需衛星導航定位信息的廣大領域內具有廣闊的應用前景。

參考文獻：

［1］陶宗儀.GPS的發展、應用及前景［M］.航空電子技術,2010（03）：1-7.

［2］李全利.單片機原理及接口技術（第二版）［M］.北京：高等教育出版社,2009：10-16.

［3］陳嘉清.手持定位裝置的設計與實現［D］.大連海事大學,2009：25-29.

［4］錢德俊,張哲,胡晨.NMEA0183協議解析［J］.電子器件,2007（02）：1-3.

資助項目：哈爾濱理工大學大學生創新創業訓練計劃項目（簡易手持定位追蹤器系統的設計）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.216

作者簡介：葛欣（1995-），女，山東齊河人，本科在讀，研究方向：電子信息工程。