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1、基于GPS数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 Position
2、ing 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2 m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。 GPS信号通过天线接收值射频前端模块，在射频芯片中实现AD转换，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
3、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21 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“$”开头。其语句格式如表1所示。 输出的语句按串口通信协议：1位开始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验。输出数据采用的是ASC码字符，内容包含了纬度、经度、速度、日期、航向及卫星状况等信息。语句达十余种，其中定位语句$GPRMC其结构为： $GPRMC，*hh 其中： “GP”-交谈识别符； “RMC”-语句识别符； “*”-校验和识别符； “hh”-为校验和，其代表了“$”和“*”之间所有字符的按位异或
4、值(不包括这两个字符)。 $GPRMC语句数据区的内容为： 1)定位点的协调世界时间(UTC)，hhmmss(时分秒)格式； 2)定位状态，A=有效定位，V=无效定位； 3)定位点纬度，ddmmmmmmm(度分)格式； 4)纬度半球，N(北半球)或S(南半球)； 5)定位点经度，dddmmmmmmm(度分)格式； 6)经度半球，E(东经)或W(西经)； 7)地面速度，0000节9999节； 8)地面航向，0000度3599度； 9)UTC日期，ddmmyy(日月年)格式； 10)磁偏角，0000度180度； 11)磁偏角方向，E(东)或W(西)。22 GPS数据接收利用单片机的串行接口接收GP
5、S传送过来的数据，其硬件原理如图2所示，GPS的接口及单片机串口均采用TTL电平传输数据，所以GPS接口引脚4和3可直接与单片机的TXD和RXD引脚相连，无需电平转换，硬件电路图如图2所示。 GPS模块输出的是数据流，每秒钟更新一次数据。必须要用单片机对其输出的数据流中的数据进行提取，以方便用户直接读取。首先打开串口中断服务子程序，开始接收数据，判断其是否有“$”符号，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： 在PC机上接收的GPRMC语句信息如下： $GPRMC，103320，A，435095221
6、，N，1252406042，E，0000，0000，130507，0091，W*50 这是一条GPS定位数据信息语句，涵义是UTC时间为10时33分20秒，位置在北纬43度509522分，东经125度240604分，移动速度为0，移动范围为0，日期为2007年5月13日，地磁变化为910，地磁变化方向为西，校验和为50H。根据接收的信息用单片机进行相应的处理，就可以得到所需的信息了，信息处理过程见3节。3 对接收信息的处理数据的处理主要包括两个方面： 1)时间的处理 直接从卫星接收到的时间信息是UTC时间(格林尼治时间)，需要处理成北京时间。 要变成北京时间需要加上8个小时，如果超过24小时，
7、则减去24小时后，才是北京时间。 时间转换处理程序如下： 2)定位的处理 GPS接受的经度、纬度等信息采用的是美国的84坐标系统，需要转换成我国的54坐标系统。为便于描述设如下几个参量： 大地坐标-(B，L，H) 平面坐标-(x，y，z) 椭球偏心率-C 椭球参数m，n-大地坐标转换到指教坐标需要使用的参数，则有：4 结束语本系统讨论了用单片机对GPS数据的读取及处理的方法，分析了GPS模块的信息格式并编制了通信软件，不仅成功地实现了GPS定位信息的接收与提取，而且具有硬件电路简单、成本低廉、编程方便、性能稳定的特点，具有一定的使用价值。GPS模块的数据格式对GPS模块的数据处理本质上还是串口
8、通信程序设计，只是GPS模块的输出遵循固定的格式，通过字符串检索查找即可从模块发送的数据中找出需要的数据，常用的GPS模块大多采用NMEA-0183 协议。NMEA-0183 是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格，这一标准制订所有航海电子仪器间的通讯标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通讯协议。以下是一组正常的GPS 数据$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,0000*35$GPRMC,082006.000,A,3852.92
9、76,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,*38$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语句各部分的含义。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)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)hh(CR
10、)(LF)各部分所对应的含义为：(1) 定位UTC 时间：08 时20 分06 秒(2) 纬度(格式ddmm.mmmm:即dd 度，mm.mmmm 分)；(3) N/S(北纬或南纬)：北纬38 度52.9276 分；(4) 经度(格式dddmm.mmmm：即ddd 度，mm.mmmm 分)；(5) E/W(东经或西经)：东经115 度27.4283 分；(6) 质量因子(0=没有定位，1=实时GPS，2=差分GPS)：1=实时GPS；(7) 可使用的卫星数(08)：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，9999.99999
11、9.9，单位：m)；天线高程=20.6m);(10) 大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。GPRMC（建议使用最小GPS 数据格式）$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,*38$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
12、 = 数据可用，V = 数据不可用。(3) 纬度，格式：度度分分.分分分分（ddmm.mmmm）。(4) 纬度区分，北半球（N）或南半球（S）。(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)$GPVTG 地面速度信息例：$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50字段0：$G
13、PVTG，语句ID，表明该语句为Track Made Good and 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=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=磁北参照系字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段6：N=节，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=公里/时，km/h字段9：校验值表 1 GPS模块主要参数GPS模块主要参数GPS芯片组SiRF Star III工作频率L1, 1575.42 MHz粗捕获码（C/A）率
14、1.023 MHz chip rate同时跟踪通道数20灵敏度-159 dBm定位精度5m（2维均方根, 允许广域差分系统）最小速度0.1 m/s时间精度1S（与GPS时间同步）默认坐标系1984年世界大地坐标系（WGS-84）重获时间0.1S（平均值）热启动1S（平均值）温启动38S（平均值）冷启动42S（平均值）最高工作海拔18km（60000feet）最大移动速率515m/S（1000knots）最大加速度4g最大急冲度20m/S3电源电压5V0.5V整机电流约60mA，不超过100mA整板外形61mm49mm17mmGPS芯片外形27.9mm20mm2.9mm波特率9600bps数据输出格式SiRF二进制格式或NMEA 0183 GGA, GSA, GSV, RMC,VTG,GLL数据输出电平同时具备TTL电平和RS232电平数据输出接口20pin插针（TTL电平）和DB9母座（RS232电平）
