GPS數(shù)據(jù)采集分析要點(diǎn)

1、基于GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)間：2012-08-0209:58:50來源：現(xiàn)代電子技術(shù)作者：史曉影關(guān)鍵字：GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘要：為了設(shè)計(jì)高精度、全天候、全天時(shí)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用了GPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)通信，信息采用NMEA-0183格式，單片機(jī)接收GPS輸出的時(shí)間和定位信息后，將信息調(diào)整為我國的標(biāo)準(zhǔn)，并將調(diào)整后的經(jīng)度、緯度、海拔高度和時(shí)間等信息通過液晶終端顯示。最終實(shí)現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換等工作，為事故定位、搜查救援等工作提供了技術(shù)依據(jù)。關(guān)鍵詞：GPS數(shù)據(jù)采集；定位；數(shù)據(jù)處理；單片機(jī)隨著科技的發(fā)展，移動(dòng)技術(shù)的不斷成熟，定位導(dǎo)航開辟了一個(gè)重要的新興市場。GPS(GlobalPositioning

2、System)以其高精度、全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，在定位、導(dǎo)航、測距等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，具有測量精度高、速度快、用戶數(shù)量不限、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不僅用于軍事領(lǐng)域，還廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、野外探險(xiǎn)等領(lǐng)域。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集精確度較高；采集到的位置可以控制在2m范圍之內(nèi)，接收數(shù)據(jù)并處理的時(shí)間小于2s，存精確度和實(shí)時(shí)性上要優(yōu)于其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)中主要由主控制器、液晶顯示模塊和CPS射頻前端，數(shù)據(jù)傳輸單元組成，如圖1所示。斛1題址襤圏GPS信號(hào)通過天線接收值射頻前端模塊，在射頻芯片中實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬中頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)通過串口傳入單片機(jī)，單片機(jī)接收的數(shù)

3、據(jù)信息經(jīng)過時(shí)差，坐標(biāo)處理等操作，在通過LCD顯示出來。2GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)2.1GPS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。旬將衣Tb.1NMKA.01A3jAhterkkent符仔ASCII說明g24H前瞎也為識(shí)別罰.騎弋位Aac申城介端捋I，/”卄IdHHkir松號(hào)利符號(hào)后諭的卿怕數(shù)圧樓酚和L片臆陽呂S3ODH.OAH凹牟*澳行：冷反輸出的語句按串口通信協(xié)議：1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位,無奇偶校驗(yàn)。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCII碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。語句

4、達(dá)十余種，其中定位語句$GPRMC其結(jié)構(gòu)為：$GPRMC，1.2，3.4,v5.6，7，8，9，10，11*hhvCRxLF其中：“GP”-交談識(shí)別符；“RMC”-語句識(shí)別符；“*”-校驗(yàn)和識(shí)別符；“hh”-為校驗(yàn)和，其代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值（不包括這兩個(gè)字符）。$GPRMC語句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為：1）定位點(diǎn)的協(xié)調(diào)世界時(shí)間（UTC）,hhmmss（時(shí)分秒）格式；2）定位狀態(tài)，A二有效定位，V二無效定位；3）定位點(diǎn)緯度，ddmm.mmmmm（度分）格式；4）緯度半球，N（北半球）或S（南半球）；5）定位點(diǎn)經(jīng)度，dddmm.mmmmm（度分）格式；6）經(jīng)度半球，E（東經(jīng)）或W（西

5、經(jīng)）；7）地面速度，000.0節(jié)999.9節(jié)；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（東）或W（西）。2.2GPS數(shù)據(jù)接收利用單片機(jī)的串行接口接收GPS傳送過來的數(shù)據(jù)，其硬件原理如圖2所示，GPS的接口及單片機(jī)串口均采用TTL電平傳輸數(shù)據(jù)，所以GPS接口引腳4和3可直接與單片機(jī)的TXD和RXD引腳相連，無需電平轉(zhuǎn)換，硬件電路圖如圖2所示。OEMAT89S52伽】*U)站D】TX&CM)1GNE)Jt圖2G?S啟裾接收GPS模塊輸出的是數(shù)據(jù)流，每秒鐘更新一次數(shù)據(jù)。必須要用單片機(jī)對(duì)其輸出的數(shù)據(jù)流中

6、的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，以方便用戶直接讀取。首先打開串口中斷服務(wù)子程序，開始接收數(shù)據(jù)，判斷其是否有“$”符號(hào)，然后根據(jù)逗號(hào)的個(gè)數(shù)進(jìn)行判斷數(shù)據(jù)的類型，然后分別存儲(chǔ)時(shí)間、經(jīng)度、緯度、日期等信號(hào)，若接收到則接收結(jié)束。用C語言編程，其程序如下：vidchkhd()interrupt4#串口攥收申瞞uchaichnumip37=!p37；if(ch=SBUF:Ih-=*S*)Iji(和邛=i);W(ob-e(Twtgp盅弋燼“|rturn+|=ch；iffaum79)KRS_revnum)=AO；KPJal()；Kps_fla=O:jiEll=O；在PC機(jī)上接收的GPRMC語句信息如下:$GPRMC,10332

7、0,A,4350.95221,N,12524.06042,E,000.0,000.0,130507,009.1,W*50這是一條GPS定位數(shù)據(jù)信息語句，涵義是UTC時(shí)間為10時(shí)33分20秒，位置在北緯43度50.9522分，東經(jīng)125度24.0604分，移動(dòng)速度為0,移動(dòng)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?yàn)槲鳎ｒ?yàn)和為50H。根據(jù)接收的信息用單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，就可以得到所需的信息了，信息處理過程見3節(jié)。3對(duì)接收信息的處理數(shù)據(jù)的處理主要包括兩個(gè)方面：1)時(shí)間的處理直接從衛(wèi)星接收到的時(shí)間信息是UTC時(shí)間(格林尼治時(shí)間)，需要處理成北京時(shí)間。要變成北京時(shí)間需要

8、加上8個(gè)小時(shí)，如果超過24小時(shí)，則減去24小時(shí)后，才是北京時(shí)間。時(shí)間轉(zhuǎn)換處理程序如下：if(pps_receive|-)for(i=O：iwgi+#、IIimriveiijian(1)+i；)ifCtimeS1ptimeJ0=l：dme()-=2ftke(imr|I+=82)定位的處理GPS接受的經(jīng)度、緯度等信息采用的是美國的84坐標(biāo)系統(tǒng)，需要轉(zhuǎn)換成我國的54坐標(biāo)系統(tǒng)。為便于描述設(shè)如下幾個(gè)參量：大地坐標(biāo)-（B,L，H）平面坐標(biāo)-（x，y，z）橢球偏心率-C橢球參數(shù)m，n-大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到指教坐標(biāo)需要使用的參數(shù)，則有：mp=m-二j:爛啦ir弓十和島由3k4結(jié)束語本系統(tǒng)討論了用單片機(jī)對(duì)GPS數(shù)據(jù)的

9、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(shí)現(xiàn)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(wěn)定的特點(diǎn)，具有一定的使用價(jià)值。GPS模塊的數(shù)據(jù)格式對(duì)GPS模塊的數(shù)據(jù)處理本質(zhì)上還是串口通信程序設(shè)計(jì)，只是GPS模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(fā)送的數(shù)據(jù)中找出需要的數(shù)據(jù)，常用的GPS模塊大多采用NMEA-0183協(xié)議。NMEA-0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(NationalMarineElectronicsAssociation)所指定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，這一標(biāo)準(zhǔn)制訂所有航海電子儀器間的通訊標(biāo)準(zhǔn)，其中包含傳輸資料的格式以及傳輸

10、資料的通訊協(xié)議。以下是一組正常的GPS數(shù)據(jù)$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,0&1.0,20.6,M,0000*35$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,*38$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50下面分別對(duì)每組數(shù)據(jù)的含義進(jìn)行分析。GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句($GPGGA),這是一幀GPS定位的主要數(shù)據(jù)，也是使用最廣的數(shù)據(jù)。為了便于理解，下面舉例說明$GPGGA語句各部分的含義。例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,

11、N,11527.4283,E,1,08,1.0,20.6,M,0000*35其標(biāo)準(zhǔn)格式為：$GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)火hh(CR)(LF)各部分所對(duì)應(yīng)的含義為：(1) 定位UTC時(shí)間：08時(shí)20分06秒(2) 緯度(格式ddmm.mmmm:即dd度，mm.mmmm分)；(3) N/S(北緯或南緯)：北緯38度52.9276分；(4) 經(jīng)度(格式dddmm.mmmm:即ddd度，mm.mmmm分)；(5) E/W(東經(jīng)或西經(jīng))：東經(jīng)115度27.4283分；(6) 質(zhì)量因子(0二沒有定位，1二實(shí)時(shí)GP

12、S，2二差分GPS)：1=實(shí)時(shí)GPS；(7) 可使用的衛(wèi)星數(shù)(08):可使用的衛(wèi)星數(shù)=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，一9999.999999.9，單位：m)；天線高程=20.6m);(10) 大地橢球面相對(duì)海平面的高度(一999.99999.9，單位：m):無;(11) 差分GPS數(shù)據(jù)年齡，實(shí)時(shí)GPS時(shí)無:無；(12) 差分基準(zhǔn)站號(hào)(00001023),實(shí)時(shí)GPS時(shí)無:無；火總和校驗(yàn)域；hh總和校驗(yàn)數(shù):35(CR)(LF)回車，換行。GPRMC(建議使用最小GPS數(shù)據(jù)格式)$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,

13、N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,*38$GPRMC,1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11CRLF(1) 標(biāo)準(zhǔn)定位時(shí)間(UTCtime)格式：時(shí)時(shí)分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。(2) 定位狀態(tài)，A=數(shù)據(jù)可用，V二數(shù)據(jù)不可用。(3) 緯度，格式：度度分分分分分分(ddmm.mmmm)。(4) 緯度區(qū)分，北半球(N)或南半球(S)。(5) 經(jīng)度，格式：度度分分.分分分分。(6) 經(jīng)度區(qū)分，東(E)半球或西(W)半球。(7) 相對(duì)位移速度，0.0至1851.8knots(8) 相對(duì)位移方向，000.0至359.9度。實(shí)際值。(9) 日期，格式：日日月

14、月年年(ddmmyy)。(10) 磁極變量，000.0至180.0。(11) 度數(shù)。(12) Checksum.(檢查位)$GPVTG地面速度信息例：$GPVTG,0.0,T,M,0.00,N,0.0,K*50字段0：$GPVTG，語句ID，表明該語句為TrackMadeGoodandGroundSpeed(VTG)地面速度信息字段1：運(yùn)動(dòng)角度，000-359，(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)字段2：T二真北參照系字段3：運(yùn)動(dòng)角度，000-359，(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)字段4：M二磁北參照系字段5：水平運(yùn)動(dòng)速度（0.00）（前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0）字段6：N二節(jié)，Knots字段7：水平運(yùn)動(dòng)速度（0.00）（

15、前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0）字段8：K二公里/時(shí),km/h字段9：校驗(yàn)值表1GPS模塊主要參數(shù)GPS模塊主要參數(shù)GPS芯片組SiRFStarIII工作頻率L1,1575.42MHz粗捕獲碼（C/A）率1.023MHzchiprate同時(shí)跟蹤通道數(shù)20靈敏度-159dBm定位精度5m（2維均方根,允許廣域差分系統(tǒng)）最小速度0.1m/s時(shí)間精度1uS（與GPS時(shí)間同步）默認(rèn)坐標(biāo)系1984年世界大地坐標(biāo)系（WGS-84）重獲時(shí)間0.1S（平均值）熱啟動(dòng)1S（平均值）溫啟動(dòng)38S（平均值）冷啟動(dòng)42S（平均值）最咼工作海拔18km(60000feet)最大移動(dòng)速率515m/S(1000knots)最大加速度4

16、g最大急沖度20m/S3電源電壓5V0.5V整機(jī)電流約60mA，不超過100mA整板外形61mmX49mmX17mmGPS芯片外形27.9mmX20mmX2.9mm波特率9600bps數(shù)據(jù)輸出格式SiRF二進(jìn)制格式或NMEA0183GGA,GSA,GSV,RMC,VTG,GLL數(shù)據(jù)輸出電平同時(shí)具備TTL電平和RS232電平數(shù)據(jù)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GPS天線（3.3V/5V電壓可選，默認(rèn)為3.3V）后備電池CR1220鋰電池，3V，不可充電工作溫度-40C至+85CGPS模塊的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)GPS模塊的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)主要分為兩部分，第一部

17、分為串口的設(shè)置于數(shù)據(jù)讀取，第二部分為數(shù)據(jù)的分析和需要數(shù)據(jù)的提取。與其他的關(guān)于設(shè)備編程的方法一樣，在Linux下，操作、控制串口也是通過操作起設(shè)備文件進(jìn)行的。在Linux下，串口的設(shè)備文件是/dev/ttySO或/dev/ttySl等。因此要讀寫串口，我們首先要打開串口，然后根據(jù)GPS模塊的配置參數(shù)對(duì)串口的波特率、校驗(yàn)、流控制等進(jìn)行設(shè)置，這些參數(shù)設(shè)置均通過對(duì)termios結(jié)構(gòu)中c_cflag的配置實(shí)現(xiàn)，串口配置部分函數(shù)如下：intgps:set_opt(intfd,intnSpeed,intnBits,charnEvent,intnStop)struettermiosnewtio,oldtio;

18、if(tcgetattr(fd,&oldtio)!=0)perror(SetupSerial1);return1;bzero(&newtio,sizeof(newtio);newtio.c_cflag|=CLOCAL|CREAD;newtio.c_cflag&二CSIZE;switch(nBits)case7:newtio.c_cflag|=CS7;break;case8:newtio.c_cflag|=CS8;break;switch(nEvent)caseO:/奇校驗(yàn)newtio.c_cflag|=PARENB;newtio.c_cflag|=PARODD;newtio.c_iflag|=

19、(INPCK|ISTRIP);break;caseE:/偶校驗(yàn)newtio.c_iflag|=(INPCK|ISTRIP);newtio.c_cflag|=PARENB;newtio.c_cflag&=PARODD;break;caseN:/無校驗(yàn)newtio.c_cflag&=PARENB;break;switch(nSpeed)case2400:cfsetispeed(&newtio,B2400);cfsetospeed(&newtio,B2400);break;case4800:cfsetispeed(&newtio,B4800);cfsetospeed(&newtio,B4800);b

20、reak;case9600:cfsetispeed(&newtio,B9600);cfsetospeed(&newtio,B9600);break;case115200:cfsetispeed(&newtio,B115200);cfsetospeed(&newtio,B115200);break;default:cfsetispeed(&newtio,B9600);cfsetospeed(&newtio,B9600);break;if(nStop=1)newtio.c_cflag&二CST0PB;elseif(nStop=2)newtio.c_cflag|=CSTOPB;newtio.c_cc

21、VTIME=0;newtio.c_ccVMIN=0;tcflush(fd,TCIFLUSH);if(tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio)!=0)qDebug()comseterrorendl;return-1;qDebug()setdone!endl;return0;在GPS數(shù)據(jù)的處理上首先將窗口數(shù)據(jù)存入一個(gè)字符串，接著通過對(duì)字符串?dāng)?shù)據(jù)的判斷來提取數(shù)據(jù)內(nèi)容，判斷分為兩步，首先判斷是什么類型的數(shù)據(jù)，在本程序的設(shè)計(jì)中需要讀取$GPRMC兩組數(shù)據(jù)，因此首先判斷字符串GPS_BUF5是。還是A,由于數(shù)據(jù)是通過符號(hào)“，”進(jìn)行隔開，因此通過查找“，”來確定數(shù)據(jù)位置。在實(shí)現(xiàn)上將得到逗號(hào)位置函數(shù)單獨(dú)封裝調(diào)用，程序如下：/得到指定序號(hào)的逗號(hào)位置intgps:GetComma(intnum,char*str)inti,j=O;intlen二strlen(str);for(i=0;iD.hour=(GPS_BUF7-O)*10+(GPS_BUF8-O);GPS-D.minute=(GPS_BUF9-O)*10+(GPS_BUF10-0);GPS-D.second=(GPS_BUF11-O)*1O+(GPS_BUF12-O);tmp=GetComma(9,GPS_BUF);GPS-D.day=(GPS_BUFtmp+O-O)*10+(GPS_BUFtmp+