GPS數(shù)據(jù)采集分析.

1、基于GPS數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)的設計時間：2012-08-02 09:58:50 來源：現(xiàn)代電子技術 作者：史曉影關鍵字：GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)摘要：為了設計高精度、全天候、全天時的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用了GPS技術實現(xiàn)通信，信息采用NMEA-0183格式，單片機接收GPS輸出 的時間和定位信息后，將信息調整為我國的標準，并將調整后的經(jīng)度、 緯度、海拔高度和時間等信息通過液晶終端顯示。最終實現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)采集及轉換等工作，為事故定位、搜查救援等工作提供了技術依據(jù)。關鍵詞：GPS數(shù)據(jù)采集；定位；數(shù)據(jù)處理；單片機隨著科技的發(fā)展，移動技術的不斷成熟，定位導航開辟了一個重要的 新興市場。GPS(Global Posi

2、tioning System)以其高精度、全天候、全天時 的特點，在定位、導航、測距等領域被廣泛應用，具有測量精度高、速 度快、用戶數(shù)量不限、抗干擾能力強等優(yōu)點。不僅用于軍事領域，還廣 泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、野外探險等領域。本系統(tǒng)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采 集精確度較高；采集到的位置可以控制在2 m范圍之內，接收數(shù)據(jù)并處 理的時間小于2 s,存精確度和實時性上要優(yōu)于其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。1 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計硬件系統(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。GP5廉塊.5 iEtiS7療駅示 1 1 v 1 F_1GPS信號通過天線接收值射頻前端模塊，在射頻芯片中

3、實現(xiàn) A/D 轉換，將模擬中頻信號轉化為數(shù)字信號通過串口傳入單片機，單片機接收的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過時差，坐標處理等操作，在通過 LCD顯示出來。2 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)2. 1 GPS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“$” 開頭。其語句格式如表1所示。l NMEA-01S3iS 旬格式Tub. 1NMEA-0183format衍號asc n爼文HEX說明$Aacec地址域24H髓兩位卉侃別苻.石 才# 為分魁符HI12CHIktdcltM敵據(jù)塊笈這數(shù)據(jù)內無M *h:cr riy ODH.OAH輸出的語句按串口通信協(xié)議：1位開始位，8位數(shù)據(jù)

4、位，1位停止位， 無奇偶校驗。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASC U碼字符，內容包含了緯度、經(jīng)度、 速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。語句達十余種，其中定位語句 $GPRMC其結構為：$GPRMC, . , . , . , , , , ,*hhvLF其中：“ GF”交談識別符；“ RMC-語句識別符；“ *-校驗和識別符；“ hh為校驗和，其代表了 “$和“*之間所有字符的按位異或值（不包 括這兩個字符）。$GPRMC語句數(shù)據(jù)區(qū)的內容為：1）定位點的協(xié)調世界時間（UTC）， hhmmss時分秒）格式；2）定位狀態(tài)，A=有效定位，V 無效定位；3）定位點緯度，ddmm. mmmmm（度分）格式；4）緯度半球

5、，N（北半球）或S（南半球）；5）定位點經(jīng)度，dddmm. mmmmm（度分）格式；6）經(jīng)度半球，E（東經(jīng)）或W（西經(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. 2 GPS數(shù)據(jù)接收利用單片機的串行接口接收 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可直接與單片機的TXD和RXD引腳相連，無需電平轉 換，硬件電路圖如圖2所示。GPS模塊輸出的是

6、數(shù)據(jù)流，每秒鐘更新一次數(shù)據(jù)。必須要用單片機 對其輸出的數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)進行提取，以方便用戶直接讀取。首先打開串口中斷服務子程序，開始接收數(shù)據(jù)，判斷其是否有“ $符號，然后根據(jù)逗號的個數(shù)進行判斷數(shù)據(jù)的類型，然后分別存儲時間、經(jīng)度、緯度、 日期等信號，若接收到 n”則接收結束。用C語言編程，其程序如下：void chkzhd( )interrupt 4#串 口根收中斷char eh * num ；p37=! p37；if(TI=l )T=0；ir(fui chSBVF；if(ch=S3(gps_flag=；l ；num=O；)if(gpjlilg= I gpA_revfnurn+=ch；njll(n

7、um79)(gps_revnum|=V),i即當_1加()I CTWt在PC機上接收的GPRMC語句信息如下：$GPRMC, 103320, 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時間為10時33分20秒，位置在北緯 43度50. 9522分，東經(jīng)125度24. 0604分，移動 速度為0，移動范圍為0,日期為2007年5月13日，地磁變化為9. 10, 地磁變化方向為西，校驗和為 50H。根據(jù)接收的信息用單片機進行相應 的處理，就可以得到所

8、需的信息了，信息處理過程見3節(jié)。3對接收信息的處理數(shù)據(jù)的處理主要包括兩個方面：1) 時間的處理直接從衛(wèi)星接收到的時間信息是UTC時間(格林尼治時間)，需要處理成北京時間。要變成北京時間需要加上 8個小時，如果超過24小時，則減去24 小時后，才是北京時間。時間轉換處理程序如下：if(gps_rec(?ive|4jfM )ffor(i=Ons_shijiiin ( 1 ) + i；Ielse timc( 1 +=8:) 皿他2) 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坐標系統(tǒng)，需要轉換成我國的54坐標系統(tǒng)。為便于描述設如下幾個參量:大地坐標-（B，L，H）平面坐標-（x，y，z

9、）橢球偏心率-C橢球參數(shù)m, n-大地坐標轉換到指教坐標需要使用的參數(shù)，則有:tnfl;x= (/?+/).cosCOS(L ): y=(p+Aj ；4結束語本系統(tǒng)討論了用單片機對GPS數(shù)據(jù)的讀取及處理的方法，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，具有一定的使用價值。GPS模塊的數(shù)據(jù)格式對GPS模塊的數(shù)據(jù)處理本質上還是串口通信程序設計，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。NME

10、A-0183是美國國家海洋電子協(xié)會(National Marine Electronics Association)所指定的標準規(guī)格，這一標準制訂所有航海電子 儀器間的通訊標準，其中包含傳輸資料的格式以及傳輸資料的通訊協(xié)議。以下是一組正常的GPS數(shù)據(jù)$GPGGA, 082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,206M,0000*35$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下面分別對每組數(shù)據(jù)的含義進行分析

11、。GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句($GPGGA)這是一幀GPS定位的主要數(shù)據(jù)，也是使用最廣的 數(shù)據(jù)。為了便于理解，下面舉例說明$GPGG語句各部分的含義。例：$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,08,1.0,206M,0000*35其標準格式為：$GPGGA(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M (10)，M )，(12) 衣 hh(CR)(LF)各部分所對應的含義為：(1) 定位UTC時間：08時20分06秒(2) 緯度(格式 ddmm.mmm即:dd 度, mm.mmm分);(3) N/S(北緯或南緯):北緯

12、38度52.9276分；(4) 經(jīng)度(格式 dddmm.mmmm卩 ddd 度, mm.mmm分);(5) E/W(東經(jīng)或西經(jīng))：東經(jīng)115度27.4283分；(6) 質量因子(0=沒有定位，1二實時GPS 2二差分GPS):仁實時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，9999.999999.9，單位：m);天線高程=20.6m);(10) 大地橢球面相對海平面的高度 (999.99999.9，單位：m):無；(11) 差分GPS數(shù)據(jù)年齡，實時GPS時無:無；(12) 差分基準站號(

13、00001023)，實時GPS時無:無;*總和校驗域；hh總和校驗數(shù)：35(CR)(LF)回車，換行。GPRMC建議使用最小 GPS數(shù)據(jù)格式)$GPRMC,082006.000,A,3852.9276,N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,*38$GPRMC,v1,v2,v3,v4,v5,v6,v7,v8,v9,v10,v11(1) 標準定位時間(UTC time)格式：時時分分秒秒.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.mmrhm(4) 緯度區(qū)分，北半球(N)或南半球(S)。

14、(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) 相對位移速度，0.0 至1851.8 knots(8) 相對位移方向，000.0至359.9度。實際值。(9) 日期，格式：日日月月年年(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 Track MadeGoodand Ground Speed (VTG地面速度信息字段1:運動角度，000 - 3

15、59 ,(前導位數(shù)不足則補0)字段2: T二真北參照系字段3 :運動角度，000 - 359 ,(前導位數(shù)不足則補0)字段4: M=磁北參照系字段5 :水平運動速度（0.00 ）（前導位數(shù)不足則補0）字段 6: N=節(jié)，Knots字段7 :水平運動速度（0.00 ）（前導位數(shù)不足則補0）字段8: K=公里/時，km/h字段9:校驗值表1 GPS模塊主要參數(shù)GPS模塊主要參數(shù)GPS芯片組SiRF Star III工作頻率L1, 1575.42 MHz粗捕獲碼（C/A）率1.023 MHz chiprate同時跟 蹤通道 數(shù)20靈敏度-159 dBm定位精度5m （2維均方根， 允許廣域差分系 統(tǒng)

16、）最小速度0.1 m/s時間精度m S （與GPS時間 同步）默認坐標系1984年世界大地坐標系（WGS-84重獲時間0.1S （平均值）熱啟動1S （平均值）溫啟動38S （平均值）冷啟動42S （平均值）最咼工作海拔18km (60000feet )最大515m/S最大加4g移動速率(1000knots )速度最大急沖度20m/S電源電壓5V 0.5V整機電流約60mA不超過100mA整板外 形61mmc 49mm17mmGPS芯片外形27.9mmx 20mnX2.9mm波特率9600bps數(shù)據(jù)輸出格式SiRF二進制格式或NMEA 0183 GGA, GSA, GSV, RMC,VTG,G

17、LL數(shù)據(jù)輸 出電平同時具備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，默認為3.3V）后備電池CR1220鋰電池，3V, 不可充電工作溫度-40oC 至+85oCGPS模塊的應用程序設計GPS模塊的應用程序設計主要分為兩部分，第一部分為串口的設置于數(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。與其他的關于設備編程的方法一樣，在Linux下，操作、控制串口也是通過操作起設備文件進行的。在Linux下，串口的設備文件是/dev/ttySO 或/dev/ttyS1等。因此要讀寫串口，我們首

18、先要打開串口，然后根據(jù)GPS模塊的配置參數(shù)對串口的波特率、校驗、流控制等進行設置，這些參數(shù)設置均通過對termios結構中c_cflag的配置實現(xiàn)，串口配置部分函數(shù)如下：int gps:set_opt（ int fd, int n Speed, int n Bits, char n Eve nt, int n Stop） _struct termios n ewtio,oldtio;if ( tcgetattr( fd,&oldtio) !=0)perror( SetupSerial 1);return - 1;bzero( &newtio,sizeof ( newtio );newtio.c

19、_cflag |= CLOCAL | CREAD; newtio.c_cflag &= CSIZE;switch ( nBits )case 7:n ewtio.c_cflag |= CS7;break;case 8:newtio.c_cflag |= CS8;break;switch ( n Eve nt )case O :/ 奇校驗newtio.c_cflag |= PARENB;newtio.c_cflag |= PARODD;n ewtio.c_iflag |= (INPCK | ISTRIP); break;case E :/ 偶校驗n ewtio.c_iflag |= (INPCK

20、 | ISTRIP); newtio.c_cflag |= PARENB;newtio.c_cflag &= PARODD;break;case N :/ 無校驗newtio.c_cflag &= PARENB;break;switch ( nSpeed )case 2400:cfsetispeed(&n ewtio, B2400); cfsetospeed(&n ewtio, B2400);break;case 4800:cfsetispeed(&n ewtio, B4800);cfsetospeed(&n ewtio, B4800);break;case 9600:cfsetispeed(

21、&n ewtio, B9600);cfsetospeed(&n ewtio, B9600);break;case 115200:cfsetispeed(&n ewtio, B115200);cfsetospeed(&n ewtio, B115200);break;default :cfsetispeed(&n ewtio, B9600);cfsetospeed(&n ewtio, B9600);break;if ( nStop =1 )n ewtio.c_cflag &= CSTOPB; _else if ( nStop =2 )n ewtio.c_cflag |= CSTOPB; _newt

22、io.c_ccVTIME =0;newtio.c_ccVMIN =0;tcflush(fd,TCIFLUSH);if (tcsetattr(fd,TCSANOW,&newtio)!=0)qDebug() com set error e ndl;return - 1;qDebug() set don e! e ndl;return 0;ih在GPS數(shù)據(jù)的處理上首先將窗口數(shù)據(jù)存入一個字符串，接著通過對字符串數(shù)據(jù)的判 斷來提取數(shù)據(jù)內容，判斷分為兩步，首先判斷是什么類型的數(shù)據(jù)，在本程序的設計 中需要讀取$GPRM；$GPGG兩組數(shù)據(jù)，因此首先判斷字符串 GPS_BUF5是C還是A， 由于數(shù)據(jù)是通過符號

23、“，”進行隔開，因此通過查找“，”來確定數(shù)據(jù)位置。在實 現(xiàn)上將得到逗號位置函數(shù)單獨封裝調用，程序如下：/得到指定序號的逗號位置int gps:GetComma(int num,char *str)int i,j= 0;int len=strlen(str);for (i= 0;iD.hour =(GPS_BUF GPS-D. minute =(GPS_BUF GPS-D.sec ond =(GPS_BUF tmp = GetComma( 9,GPS_BUF); GPS-D.day =(GPS_BUFtmp+ GPS-D.m onth =(GPS_BUFtmp+ GPS-D.year7911-0 )* 10+(GPS_BUF8- 0);0 )* 10+(GPS_BUF10- 0);0 )* 10+(GPS_BUF12-