1、基于GPsa據采集系統的設計時間：2012-08-02 09:58:50 來源：現代電子技術 作者：史曉影 關鍵字：GPS數據采集系統摘要：為了設計高精度、全天候、全天時的數據采集系統，采用了GPS技術實現通信，信息采用NMEA-0183格式，單片機接收GPS輸出 的時間和定位信息后，將信息調整為我國的標準，并將調整后的經度、 緯度、海拔高度和時間等信息通過液晶終端顯示。最終實現了GPS數據采集及轉換等工作，為事故定位、搜查救援等工作提供了技術依據。關鍵詞：GPS數據采集；定位；數據處理；單片機隨著科技的發展，移動技術的不斷成熟，定位導航開辟了一個重要的 新興市場。GPS(Global Pos

2、itioning System)以其高精度、全天候、全天時 的特點，在定位、導航、測距等領域被廣泛應用，具有測量精度高、速 度快、用戶數量不限、抗干擾能力強等優點。不僅用于軍事領域，還廣 泛用于工農業生產、交通運輸、野外探險等領域。本系統實現的數據采 集精確度較高；采集到的位置可以控制在2m范圍之內，接收數據并處 理的時間小于2 s,存精確度和實時性上要優于其他數據采集系統。1 GPS數據采集系統的設計硬件系統中主要由主控制器、液晶顯示模塊和CPS射頻前端，數據傳輸單元組成，如圖1所示。正四T i曷嬤卜巨與以 圖1系統樞圖例GPS信號通過天線接收值射頻前端模塊，在射頻芯片中實現 A/D 轉換，

3、將模擬中頻信號轉化為數字信號通過串口傳入單片機， 單片機接 收的數據信息經過時差，坐標處理等操作，在通過 LCD顯示出來。2 GPS數據采集系統的設計及實現3 . 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“$” 開頭。其語句格式如表1所示。Al語句格式Tab- 1 NMEA-0183 stutemrnt formal符號asc n定義HEX說期$起始位24H謫而起始及Aaccc墟址域的兩位為識別符.后三付為分楣符域分隔存2Cf!域分割符【Jddllrld數據塊發送數根內容粉is和符號行面的曲位教小帕斡和h校教斯(CR7(i.n終也符ODH.

4、OAH國里.獨行輸出的語句按串口通信協議：1位開始位，8位數據位，1位停止位， 無奇偶校驗。輸出數據采用的是ASCn碼字符，內容包含了緯度、經度、 速度、日期、航向及衛星狀況等信息。語句達十余種，其中定位語句 $GPRMC其結構為：$GPRMC, <1>. <2>, <3>. <4>, <5>. <6>, <7>, <8>, <9>, <10>, <11>*hh<CR><LF>其中：“GF-交談識別符；“RMC-語句識另I符；“量校驗和識別

5、符；“hK為校驗和，其代表了 “野口”*之間所有字符白按位異或值（不包 括這兩個字符）。$GPRMC語句數據區的內容為：1）定位點的協調世界時間（UTC）, hhmmsslM分秒）格式；2）定位狀態，A=有效定位，V=無效定位；3）定位點21度，ddmm. mmmmm（度分）格式；4）緯度半球，N（北半球）或S（南半球）；5）定位點經度，dddmm. mmmmm（度分）格式；6）經度半球，E（東經）或W（西經）；7）地面速度，000. 0節999. 9節；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

6、向，E（東）或W（西）。2. 2 GPS數據接收利用單片機的串行接口接收 GPS傳送過來的數據，其硬件原理如圖2 所示，GPS的接口及單片機串口均采用 TTL電平傳輸數據，所以GPS 接口引腳4和3可直接與單片機的TXD和RXD引腳相連，無需電平轉 換，硬件電路圖如圖2所示。GPS模塊輸出的是數據流，每秒鐘更新一次數據。必須要用單片機對其輸出的數據流中的數據進行提取，以方便用戶直接讀取。首先打開串口中斷服務子程序，開始接收數據，判斷其是否有“蟒號，然后根據逗號的個數進行判斷數據的類型，然后分別存儲時間、經度、緯度、日期等信號，若接收到 'n”則接收結束。用C語言編程，其程序如下：voi

7、d chkzhd( )interrupt 4"串 口接收中斷(char eh . num ；p37=! P37；if(TI=l )T=0；ir(fu-i >ch=SBUF；if(ch="S3(gps_flag=；l ；num=O；)即、n呼二=l)gpA_revfnurn+=ch；if (ch=O H num>79)(gps_revnum|=V),；gps_dat()建psjl咋IRI=O；hip電務同在PC機上接收的GPRMC語句信息如下:$GPRMC, 103320, A, 4350. 95221 , N , 12524. 06042, E, 000. 0,

8、 000. 0, 130507, 009. 1, W*50這是一條GPS定位數據信息語句，涵義是 UTC時間為10時33分 20秒，位置在北緯 43度50. 9522分，東經125度24. 0604分，移動 速度為0,移動范圍為0,日期為2007年5月13日，地磁變化為9.10, 地磁變化方向為西，校驗和為 50H。根據接收的信息用單片機進行相應 的處理，就可以得到所需的信息了，信息處理過程見3節。3對接收信息的處理數據的處理主要包括兩個方面：1)時間的處理直接從衛星接收到的時間信息是 UTC時間(格林尼治時間)，需要處 理成北京時間。要變成北京時間需要加上 8個小時，如果超過24小時，則減去

9、24 小時后，才是北京時間。時間轉換處理程序如下：if(gps_receive|4jfM )ffor(i=0n<6；i+)Inmefi =gps_re veiveg>s_shijiiin ( 1 ) + i； Itrlsc lime +=8 ；) 2)定位的處理GPS接受的經度、緯度等信息采用的是美國的84坐標系統，需要轉換成我國的54坐標系統。為便于描述設如下幾個參量：大地坐標-(B , L , H)平面坐標-(x, y, z)橢球偏心率-C橢球參數m, n-大地坐標轉換到指教坐標需要使用的參數，則有：8 * * mS Y面門5廣x=(p+/).ros(),riKS(L)；y=(

10、p+ft )eos(/O,sin( A)； l-t，；+石；4結束語本系統討論了用單片機對GPS數據的讀取及處理的方法，分析了 GPS模塊的信息格式并編制了通信軟件，不僅成功地實現了GPS定位信息的接收與提取，而且具有硬件電路簡單、成本低廉、編程方便、性能穩定的特點，具有一定的使用價值。GPS模塊的數據格式對GPS®塊的數據處理本質上還是串口通信程序設計，只是GPS真塊的輸出遵循固定的格式，通過字符串檢索查找即可從模塊發送的數據中找出需要的數據，常用的 GPSg塊大多采用 NMEA-0183協議。NMEA-0183是美國國家海洋電子協會(National Marine Electro

11、nics Association)所指定的標準規格，這一標準制訂所有航海電子 儀器間的通訊標準，其中包含傳輸資料的格式以及傳輸資料的通訊協議。以下是一組正常的GPS數據$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,0000*35$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0Q261009,*38$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50下面分別對每組數據的含義進行分析。GPS固定數據輸出語句($GPGGA)這是一幀GPS定位的主要數據，也是使用最廣的

12、 數據。為了便于理解，下面舉例說明 $GPGGA句各部分的含義。例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,0000*35其標準格式為：$GPGGA(1) , (2) , (3) , (4) , (5) , (6) , (7) , (8) , (9) , M (10) , M (11) , (12) * hh(CR)(LF)各部分所對應的含義為：(1)定位UTC時間：08時20分06秒(2) 緯度(格式 ddmm.mmmm:dd 度，mm.mmmm )；(3) N/S(北緯或南緯):北緯38度52.9276分；(4)

13、 經度(格式 dddmm.mmmmp ddd 度，mm.mmmm );E/W(東經或西經)：東經115度27.4283分；(6)質量因子(0二沒有定位，1二實時GPS 2二差分GPS): 1=實時GPS(7)可使用的衛星數(08):可使用的衛星數=08;(8)水平精度因子(1.099.9);水平精度因子=1.0;(9)天線高程(海平面，9999.999999.9,單位：m);天線高程=20.6m);(10)大地橢球面相對海平面的高度 (999.99999.9 ,單位：m):無；(11)差分GPS數據年齡，實時GPS時無：無；(12)差分基準站號(00001023),實時GPS時無：無；*總和校

14、驗域；hh總和校驗數：35(CR)(LF)回車，換行。GPRM C建議使用最小 GPS數據格式)$GPRMC,082006,000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0,00,0.0,261009,*38$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11><CR><LF>(1)標準定位時間(UTC time)格式：時時分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。(2)定位

15、狀態，A =數據可用，V =數據不可用。(3)緯度，格式：度度分分.分分分分(ddmm.mmmm(4)緯度區分，北半球(N)或南半球(S) o(5)經度，格式：度度分分.分分分分。(6)經度區分，東(E)半球或西(W半球。(7)相對位移速度， 0.0 至1851.8 knots(8)相對位移方向，000.0至359.9度。實際值。(9)日期，格式：日日月月年年(ddmmyy。(10)磁極變量，000.0 至 180.0。(11)度數。(12) Checksum.(檢查位)$GPVTG®面速度信息例：$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50字段 0: $GPVTG

16、語句 ID,表明該語句為 Track MadeGoodand Ground Speed (VTG 地面速度信息字段1:運動角度，000 - 359,(前導位數不足則補0)字段2: T二真北參照系字段3:運動角度，000 - 359,(前導位數不足則補0)字段4: M=!北參照系字段5:水平運動速度（0.00）（前導位數不足則補0）字段6: N斗,Knots字段7:水平運動速度（0.00）（前導位數不足則補0）字段8: K/里/時,km/h字段9:校驗值表1 GPS模塊主要參數GPSg塊主要參數GPS芯片組SiRF Star III工作頻率L1, 1575.42 MHz粗捕獲他（C/A）率1.0

17、23 MHz chip rate同時跟 蹤通道 數20靈敏度-159 dBm定位精 度5m （2維均方根, 允許廣域差分系 統）最小速度0.1 m/s時間精 度1 m S （與GPS寸間同步）默認坐標系1984年世界大地坐標系（WGS-84重獲時 間0.1S （平均值）熱啟動1S （平均值）溫啟動38S （平均值）冷啟動42S （平均值）最局工 作海拔18km (60000feet )最大移動速率515m/S(1000knots )最大加 速度4g最大急沖度_320m/S電源電 壓5 V士 0.5V整機電流約60mA不超過 100mA整板外 形61mme 49mm<17mmGPS芯片外形

18、27.9mmx 20mm<2.9mm波特率9600bps數據輸出格式SiRF二進制格式或NMEA 0183 GGA,GSA, GSV, RMC,VTG,GLL數據輸 出電平同時具備TTL電平和RS232電平數據輸出接口20pin插針（TTL電平）和DB9母座（RS232 電平）天線類 型外置有源GPM線 （3.3V/5V電壓可 選，默認為3.3V）后備電池CR1220a電池，3V, 不可充電工作溫 度-40oC 至+85oCGPS模塊的應用程序設計GPS真塊的應用程序設計主要分為兩部分，第一部分為串口的設置于數據讀取，第 二部分為數據的分析和需要數據的提取。與其他的關于設備編程的方法一樣

19、，在Linux下，操作、控制串口也是通過操作起設備文件進行的。在Linux下，串口的設備文件是/dev/ttyS0 或/dev/ttyS1 等。因 此要讀寫串口，我們首先要打開串口，然后根據GPS®塊的配置參數對串口的波特率、校驗、流控制等進行設置，這些參數設置均通過對termios結構中c_cflag的配置實現，串口配置部分函數如下：&int gps:set_opt（ int fd, int nSpeed, int nBits, char nEvent, int nStop）.struct termios newtio,oldtio;if ( tcgetattr( fd,&

20、amp;oldtio) !=0)(perror( "SetupSerial 1"); return - 1;bzero( &newtio, sizeof ( newtio );newtio.c_cflag |= CLOCAL | CREAD;newtio.c_cflag &=CSIZE;switch ( nBits )(case 7:newtio.c_cflag |= CS7;break;case 8:newtio.c_cflag |= CS8; break;switch ( nEvent )(case 'O' :/ 奇校驗newtio.c_

21、cflag |= PARENB;newtio.c_cflag |= PARODD;newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);break;case 'E' :/ 偶校驗newtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP);newtio.c_cflag |= PARENB;newtio.c_cflag &=PARODD;break;case 'N' :/ 無校驗newtio.c_cflag &=PARENB;break;switch ( nSpeed )(case 2400:cfsetispeed(&

22、;newtio, B2400);cfsetospeed(&newtio, B2400);break;case 4800:cfsetispeed(&newtio, B4800);cfsetospeed(&newtio, B4800);break;case 9600:cfsetispeed(&newtio, B9600);cfsetospeed(&newtio, B9600);break;case 115200:cfsetispeed(&newtio, B115200);cfsetospeed(&newtio, B115200);break;

23、default :cfsetispeed(&newtio, B9600);cfsetospeed(&newtio, B9600);break;if ( nStop = 1 )newtio.c_cflag &= CSTOPB;.else if ( nStop =2 )newtio.c_cflag |= CSTOPB;.newtio.c_ccVTIME =0;newtio.c_ccVMIN =0;tcflush(fd,TCIFLUSH);if (tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio)!= 0)qDebug()<< "com

24、set error" <<endl;return - 1;qDebug()<< "set done!" <<endl;return 0;h在gpsm據的處理上首先將窗口數據存入一個字符串，接著通過對字符串數據的判 斷來提取數據內容，判斷分為兩步，首先判斷是什么類型的數據，在本程序的設計 中需要讀取$GPRMC$GPGGA組數據，因此首先判斷字符串 GPS_BUF5是C還是A, 由于數據是通過符號”進行隔開，因此通過查找”來確定數據位置。在實 現上將得到逗號位置函數單獨封裝調用，程序如下：闔/得到指定序號的逗號位置int gps:

25、GetComma(int num, char *str)int i,j= 0;int len=strlen(str);for (i= 0;i<len;i+)(if (stri=',')(j+;)if (j=num) return i+ 1;)return 0;)圃接下來根據數據格式，通過逗號位置，提取數據信息，程序如下:囤void gps二gps_parse()(int tmp;char c;c = GPS_BUF 5; if (c='C')(/"GPRMC"GPS->D.hour =(GPS_BUF 7- GPS->D.m

26、inute =(GPS_BUF 9-GPS->D.second =(GPS_BUF 11- tmp = GetComma( 9,GPS_BUF); GPS->D.day =(GPS_BUFtmp+ GPS->D.month =(GPS_BUFtmp+'0' )* 10+(GPS_BUF8- '0');'0' )* 10+(GPS_BUF0- '0');'0' )* 10+(GPS_BUF2- '0');0- '0' )* 10+(GPS_BUFtmp1- '0'