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1 引言 GPS(Global Positioning System，全球衛星定位系統)以其高精度、全天候、全天時的特點，在定位、導航、測距、授時遙感等領域廣泛應用，并得到了快速的發展。設計一種基于嵌入式系統的GPS定位數據采集系統，根據GPS信號接收原理和嵌入式技術，該設計完成了基于單片機和計算機實現GPS數據的采集，并以良好的人機界面顯示出系統所處的經緯度、海拔高度、X，Y坐標以及日期等信息，該系統已應用于某外場的車載定位試驗中，代替了以前人工記錄定位數據的煩瑣，提高了效率。 2 系統描述 本設計利用TI的低功耗MSP430F149單片機的雙串行接口，一路將GPS接收模塊接收的定位信息數據傳送至單片機，由單片機對GPS定位信息中需要的信息進行采集、解析，最后將需要的信息發送至外接的液晶顯示其經、緯度、海拔高度和時間；同時將解析的數據經外部的串口轉USB接口電路傳送至計算機，計算機將接收到的經緯度坐標通過坐標變換轉換成本地的高斯平面坐標，并一同將經緯度、海拔高度、高斯平面坐標值等顯示給用戶，其整體系統框圖如圖1所示。 3 GPS數據格式類型及定位信息提取 GPS模塊上電后，會每隔一定的時間返回一定格式的數據，其數據格式為：“$信息類型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x”，每幀的起始字符都是“$”，接著是信息類型，后面是定位參數，以逗號分隔開。一幀完整的數據格式如下所示： $GPRMC，080655．00，A，4546．40891，N，12639．65641，E，1．045，328．42，170809，，，A*60 以上幀數據表示的意義：其中信息類型GPRMC表示為推薦最小定位；080655．00表示當前時間為08時06分55秒；A表示有效定位；4546．4 0891表示緯度；N表示北緯；12639．65641表示經度；E表示東經；1．045表示速率，其單位為節(海里／h)；328．42表示航向，指的是偏離正北的角度；170809表示日期等，具體參數見文獻。除了GPRMC信息類型外，還有GPGGA信息類型，它里面包括GPS定位信息，其中海拔參數即在此信息類型內，其他的信息類型可參考文獻。 設計中數據信息提取、解析是通過TI公司的低功耗單片機MSP430F149完成，其方法首先通過搜尋ASCII碼“$”來判斷是否是一幀數據的開始，然后通過接收到的五個字符來判斷當前所接收到的信息類型，對幀的信息類型識別正確后，通過搜尋的“，”的個數來確定GPS模塊當前所接收到的是哪個定位參數，從中提取出需要的定位信息。本設計中僅解析GPRMC和GPGGA的信息中的經、緯度、海拔高度、時間信息等。 4 GPS數據采集處理系統硬件系統設計 4．1 MSP430F149單片機與GPS模塊接口電路 MSP430F149單片機是TI公司推出的一款16位的單片機，其具有集成度高、外圍設備豐富、超低功耗等優點。本設計中利用MSP430F149單片機實現將GPS模塊中的定位信息通過串行接口采集單片機內完成對定位信息的提取、解析，從中選擇需要的信息，這里所需要的信息僅包括經、緯度、海拔高度、時間信息等。 GPS模塊采用瑞士u-blox公司的NEO-5Q主芯片，此芯片為多功能獨立型GPS模組，以ROM為基礎架構，采用u-blox最新的 KickStart微弱信號攫取技術，能確保在任何可接收到信號的位置及任何天線尺寸都能夠有最佳的初始定位性能，并進行快速定位。并且其外部有 UART，USB，SPI，I2C等多種接口，可方便地與單片機或ARM等微控制器實現無縫連接，電路簡單，其具體電路如圖2所示。 4．2 串口轉換USB接口電路 利用單片機完成定位信息的采集、解析、選擇，獲得需要的信息一路經12864液晶顯示，另一路信息傳送至計算機顯示。為解決現今許多計算機無串口的問題，在設計中利用PL2302芯舟實現將USB接口虛擬一個串口，來完成數據信息的傳輸。PL2302用于實現USB和標準RS 232串行端口之間，的轉換，其完全遵從USB 1．1協議，滿足速度傳輸要求，其硬件電路如圖3所示。 5 GPS數據采集處理系統軟件系統設計 該設計的軟件系統主要完成接收MSP430F149單片機通過虛擬USB接口傳送來的包括經、緯度、海拔高度、時間信息定位參數信息，并在計算機內部完成將經緯度坐標轉換成本地的高斯平面坐標。數據記錄處理軟件主要完成數據格式的解析、采樣速率設定、原始數據及計算結果顯示和打包存儲為txt文本文件和數據處理等功能。系統采用標準圖形化用戶界面以及詳細的聯機幫助功能，漢化界面，簡單直觀，操作方便。各功能模塊可根據實際需要進行靈活配置和管理，能夠進行多任務操作，實時數據監視、歷史數據查詢、計算結果顯示和打印互不影響。這些工作均由上位機軟件來完成，編程語言采用VC++。其中采集到的數據分別在“X”，“Y”，“H”、“經度”和“緯度”顯示， “計算結果”顯示處理后的數據，此外還有端口選擇、采用速率設置及數據計算周期設置，以便使用更加方便、靈活。 運行結果如圖4所示。 6 結語 該設計利用TI公司的MSP430F149單片機實現對GPS定位信息的采集、提取。系統已應用在外場車載定位系統試驗中，該系統可在全天候工作，定位精度高，自主定位精度優于10 m，若采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級，并具有功耗低等優點，滿足外場試驗要求。 |
