GPS数据采集分析要点.pdf
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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
2、场。 GPS(Global Positioning 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
3、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: $GPRMC, *hh 其中: “GP ”-交谈识
4、别符; “RMC ” -语句识别符; “*”-校验和识别符; “hh”-为校验和,其代表了“$”和“*”之间所有字符的按位异或值(不包 括这两个字符 )。 $GPRMC 语句数据区的内容为: 1)定位点的协调世界时间(UTC),hhmmss(时分秒 )格式; 2)定位状态, A=有效定位, V=无效定位; 3)定位点纬度, ddmmmmmmm(度分)格式; 4)纬度半球, N(北半球 )或 S(南半球 ); 5)定位点经度, dddmmmmmmm(度分)格式; 6)经度半球, E(东经 )或 W(西经); 7)地面速度, 0000 节9999 节; 8)地面航向, 0000 度3599 度;
5、9)UTC 日期, ddmmyy(日月年 )格式; 10)磁偏角, 0000 度180 度; 11)磁偏角方向, E(东)或 W(西)。 22 GPS数据接收 利用单片机的串行接口接收GPS传送过来的数据, 其硬件原理如图2 所示, GPS的接口及单片机串口均采用TTL 电平传输数据,所以GPS 接口引脚 4 和 3 可直接与单片机的TXD 和 RXD 引脚相连,无需电平转 换,硬件电路图如图2 所示。 GPS模块输出的是数据流,每秒钟更新一次数据。必须要用单片机 对其输出的数据流中的数据进行提取,以方便用户直接读取。 首先打开 串口中断服务子程序,开始接收数据,判断其是否有“$”符号,然后根
6、 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,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 9 10, 地磁变化方向
7、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,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
8、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 E
9、lectronics 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,3852.9276,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
10、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)(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) ;
11、 (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 (1.0 99.9) ;水平精度因子 =1.0 ; (9) 天线高程 (海平面, 9999.9 99999.9,单位: m);天线高程 =20.6m); (10) 大地椭球面相对海平面的
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