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1、基于GPsa据采集系统的设计时间：2012-08-02 09:58:50 来源：现代电子技术 作者：史晓影 关键字：GPS数据采集系统摘要：为了设计高精度、全天候、全天时的数据采集系统，采用了GPS技术实现通信，信息采用NMEA-0183格式，单片机接收GPS输出 的时间和定位信息后，将信息调整为我国的标准，并将调整后的经度、 纬度、海拔高度和时间等信息通过液晶终端显示。最终实现了GPS数据采集及转换等工作，为事故定位、搜查救援等工作提供了技术依据。关键词：GPS数据采集；定位；数据处理；单片机随着科技的发展，移动技术的不断成熟，定位导航开辟了一个重要的 新兴市场。GPS(Global Pos
2、itioning System)以其高精度、全天候、全天时 的特点，在定位、导航、测距等领域被广泛应用，具有测量精度高、速 度快、用户数量不限、抗干扰能力强等优点。不仅用于军事领域，还广 泛用于工农业生产、交通运输、野外探险等领域。本系统实现的数据采 集精确度较高；采集到的位置可以控制在2m范围之内，接收数据并处 理的时间小于2 s,存精确度和实时性上要优于其他数据采集系统。1 GPS数据采集系统的设计硬件系统中主要由主控制器、液晶显示模块和CPS射频前端，数据传输单元组成，如图1所示。正四T i曷嬷卜巨与以 图1系统枢图例GPS信号通过天线接收值射频前端模块，在射频芯片中实现 A/D 转换，
3、将模拟中频信号转化为数字信号通过串口传入单片机， 单片机接 收的数据信息经过时差，坐标处理等操作，在通过 LCD显示出来。2 GPS数据采集系统的设计及实现3 . 1 GPS语句的输出格式GPS-OEM板采用NMEA-0183通信格式，可以输出多种句型，均以“$” 开头。其语句格式如表1所示。Al语句格式Tab- 1 NMEA-0183 stutemrnt formal符号asc n定义HEX说期$起始位24H谪而起始及Aaccc墟址域的两位为识别符.后三付为分楣符域分隔存2Cf!域分割符【Jddllrld数据块发送数根内容粉is和符号行面的曲位教小帕斡和h校教斯(CR7(i.n终也符ODH.
4、OAH国里.独行输出的语句按串口通信协议：1位开始位，8位数据位，1位停止位， 无奇偶校验。输出数据采用的是ASCn码字符，内容包含了纬度、经度、 速度、日期、航向及卫星状况等信息。语句达十余种，其中定位语句 $GPRMC其结构为：$GPRMC, . , . , . , , , , , *hh其中：“GF交谈识别符；“RMC-语句识另府“量校验和识别符；“hK为校验和，其代表了 “骈口”*之间所有字符白按位异或值（不包 括这两个字符）。$GPRMC语句数据区的内容为：1）定位点的协调世界时间（UTC）, hhmmss。寸分秒）格式；2）定位状态，A=有效定位，V=无效定位；3）定位点21度，d
5、dmm. mmmmm（度分）格式；4）纬度半球，N（北半球）或S（南半球）；5）定位点经度，dddmm. mmmmm（度分）格式；6）经度半球，E（东经）或W（西经）；7）地面速度，000. 0节999. 9节；8）地面航向，000. 0度359. 9度；9）UTC日期，ddmmyy（日月年）格式；10）磁偏角,000. 0度180度;11）磁偏角方向，E（东）或W（西）。2. 2 GPS数据接收利用单片机的串行接口接收 GPS传送过来的数据，其硬件原理如图2 所示，GPS的接口及单片机串口均采用 TTL电平传输数据，所以GPS 接口引脚4和3可直接与单片机的TXD和RXD引脚相连，无需电平转
6、 换，硬件电路图如图2所示。GPS模块输出的是数据流，每秒钟更新一次数据。必须要用单片机对其输出的数据流中的数据进行提取，以方便用户直接读取。首先打开串口中断服务子程序，开始接收数据，判断其是否有“蟒号，然后根据逗号的个数进行判断数据的类型，然后分别存储时间、经度、纬度、日期等信号，若接收到 n”则接收结束。用C语言编程，其程序如下：void chkzhd( )interrupt 4串 口接收中断(char eh . num ；p37=! P37；if(TI=l )T=0；ir(fu-i ch=SBUF；if(ch=S3(gps_flag=；l ；num=O；)即、n呼二=l)gpA_revf
7、nurn+=ch；if (ch=O H num79)(gps_revnum|=V),；gps_dat()建psjl咋IRI=O；hip电务同在PC机上接收的GPRMC语句信息如下:$GPRMC, 103320, A, 4350. 95221, N, 12524. 06042, E, 000. 0, 000. 0, 130507, 009. 1, W*50这是一条GPS定位数据信息语句，涵义是 UTC时间为10时33分 20秒，位置在北纬 43度50. 9522分，东经125度24. 0604分，移动 速度为0,移动范围为0,日期为2007年5月13日，地磁变化为9.10, 地磁变化方向为西，校
8、验和为 50H。根据接收的信息用单片机进行相应 的处理，就可以得到所需的信息了，信息处理过程见3节。3对接收信息的处理数据的处理主要包括两个方面：1)时间的处理直接从卫星接收到的时间信息是 UTC时间(格林尼治时间)，需要处 理成北京时间。要变成北京时间需要加上 8个小时，如果超过24小时，则减去24 小时后，才是北京时间。时间转换处理程序如下：if(gps_receive|4jfM )ffor(i=0ns_shijiiin ( 1 ) + i； Itrlsc lime +=8 ；) 2)定位的处理GPS接受的经度、纬度等信息采用的是美国的84坐标系统，需要转换成我国的54坐标系统。为便于描述
9、设如下几个参量：大地坐标-(B, L, H)平面坐标-(x, y, z)椭球偏心率-C椭球参数m, n-大地坐标转换到指教坐标需要使用的参数，则有：8 * * mS Y面门5广x=(p+/).ros(),riKS(L)；y=(p+ft )eos(/O,sin( A)； l-t，；+石；4结束语本系统讨论了用单片机对GPS数据的读取及处理的方法，分析了 GPS模块的信息格式并编制了通信软件，不仅成功地实现了GPS定位信息的接收与提取，而且具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、性能稳定的特点，具有一定的使用价值。GPS模块的数据格式对GPS真块的数据处理本质上还是串口通信程序设计，只是GPS真块的
10、输出遵循固定的格式，通过字符串检索查找即可从模块发送的数据中找出需要的数据，常用的 GPSS块大多采用 NMEA-0183协议。NMEA-0183是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子 仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。以下是一组正常的GPS数据$GPGGA,082006.000,3852.9276N11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,0000*35$GPRMC,082006.000A3852.9276N11527.4283,E,0.0
11、0,0Q261009,*38$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50下面分别对每组数据的含义进行分析。GPS固定数据输出语句($GPGGA)这是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的 数据。为了便于理解，下面举例说明$GPGGA句各部分的含义。例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,0000*35其标准格式为：$GPGGA(1) , (2) , (3) , (4) , (5) , (6),(8) , (9) , M (10) , M (11) , (12) * hh(CR)(LF)各部分所对
12、应的含义为：(1)定位UTC时间：08时20分06秒(2) 纬度(格式 ddmm.mmmm:dd 度，mm.mmmm )；(3) N/S(北纬或南纬):北纬38度52.9276分；(4) 经度(格式 dddmm.mmmmp ddd 度，mm.mmmm );E/W(东经或西经)：东经115度27.4283分；(6)质量因子(0二没有定位，1二实时GPS 2二差分GPS): 1=实时GPS(7)可使用的卫星数(0-8):可使用的卫星数=08;(8)水平精度因子(1.099.9);水平精度因子=1.0;(9)天线高程(海平面，9999.999999.9,单位：m);天线高程=20.6m);(10)大
13、地椭球面相对海平面的高度 (999.99999.9 ,单位：m):无；(11)差分GPS数据年龄，实时GPS时无：无；(12)差分基准站号(00001023),实时GPS时无：无；*总和校验域；hh总和校验数：35(CR)(LF)回车，换行。GPRM C建议使用最小 GPS数据格式)$GPRMC,082006.000A3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0Q261009,*38$GPRMC,(1)标准定位时间(UTC time)格式：时时分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。(2)定位状态，A =数据可用，V =数据不可用。(3)纬度，格式：度度分分.分分分分(dd
14、mm.mmmm(4)纬度区分，北半球(N)或南半球(S) o(5)经度，格式：度度分分.分分分分。(6)经度区分，东(E)半球或西(W半球。(7)相对位移速度， 0.0 至1851.8 knots(8)相对位移方向，000.0至359.9度。实际值。(9)日期，格式：日日月月年年(ddmmyy。(10)磁极变量，000.0 至 180.0。(11)度数。(12) Checksum.(检查位)$GPVTG面速度信息例：$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50字段 0: $GPVTG 语句 ID,表明该语句为 Track MadeGoodand Ground Speed (VTG 地面速度信息字段1:运动角度，000 - 359,(前导位数不足则补0)字段2: T二真北参照系字段3:运动角度，000 - 359,(前导位数不足则补0)字段4: M=!北参照系字段5:水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段6: N斗，Knots字段7:水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段8: K/里/时,km/h字段9:校验值表1 GPS模块主要参数GPSg块主要参数GPS芯片组SiRF Star III工作频
