GPS数据采集分析要点

1、基于GPS数据采集系统的设计时间：2012-08-0209:58:50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(GlobalPositioning

2、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2m范围之内，接收数据并处理的时间小于2s，存精确度和实时性上要优于其他数据采集系统。1GPS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。斛1题址褴圏GPS信号通过天线接收值射频前端模块，在射频芯片中实现A/D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

3、据信息经过时差，坐标处理等操作，在通过LCD显示出来。2GPS数据采集系统的设计及实现2.1GPS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。旬将衣Tb.1NMKA.01A3jAhterkkent符仔ASCII说明g24H前瞎也为识别罚.騎弋位Aac申城介端捋I，/”卄IdHHkir松號利符号后谕的卿怕數圧楼酚和L片臆阳吕S3ODH.OAH凹牟*澳行：冷反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ASCII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

4、达十余种，其中定位语句$GPRMC其结构为：$GPRMC，1.2，3.4,v5.6，7，8，9，10，11*hhvCRxLF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二有效定位，V二无效定位；3）定位点纬度，ddmm.mmmmm（度分）格式；4）纬度半球，N（北半球）或S（南半球）；5）定位点经度，dddmm.mmmmm（度分）格式；6）经度半球，E（东经）或W（西

5、经）；7）地面速度，000.0节999.9节；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（东）或W（西）。2.2GPS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。OEMAT89S52伽】*U)站D】TX&CM)1GNE)Jt图2G?S啟裾接收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

6、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“$”符号，然后根据逗号的个数进行判断数据的类型，然后分别存储时间、经度、纬度、日期等信号，若接收到则接收结束。用C语言编程，其程序如下：vidchkhd()interrupt4#串口攥收申瞒uchaichnumip37=!p37；if(ch=SBUF:Ih-=*S*)Iji(和邛=i);W(ob-e(Twtgp盅弋烬“|rturn+|=ch；iffaum79)KRS_revnum)=AO；KPJal()；Kps_fla=O:jiEll=O；在PC机上接收的GPRMC语句信息如下:$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50.9522分，东经125度24.0604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

8、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：if(pps_receive|-)for(i=O：iwgi+#、IIimriveiijian(1)+i；)ifCtimeS1ptimeJ0=l：dme()-=2ftke(imr|I+=82)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：mp=m-二j:爛啦ir弓十和岛由3k4结束语本系统讨论了用单片机对GPS数据的

9、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(NationalMarineElectronicsAssociation)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

10、资料的通讯协议。以下是一组正常的GPS数据$GPGGA,082006.000,3852.9276,N,11527.4283,E,1,0&1.0,20.6,M,0000*35$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,

11、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)火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)；(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(0二没有定位，1二实时GP

12、S，2二差分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，一9999.999999.9，单位：m)；天线高程=20.6m);(10) 大地椭球面相对海平面的高度(一999.99999.9，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；火总和校验域；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,

13、N,11527.4283,E,0.00,0.0,261009,*38$GPRMC,1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11CRLF(1) 标准定位时间(UTCtime)格式：时时分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。(2) 定位状态，A=数据可用，V二数据不可用。(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1851.8knots(8) 相对位移方向，000.0至359.9度。实际值。(9) 日期，格式：日日月

14、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：$GPVTG，语句ID，表明该语句为TrackMadeGoodandGroundSpeed(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二真北参照系字段3：运动角度，000-359，(前导位数不足则补0)字段4：M二磁北参照系字段5：水平运动速度（0.00）（前导位数不足则补0）字段6：N二节，Knots字段7：水平运动速度（0.00）（

15、前导位数不足则补0）字段8：K二公里/时,km/h字段9：校验值表1GPS模块主要参数GPS模块主要参数GPS芯片组SiRFStarIII工作频率L1,1575.42MHz粗捕获码（C/A）率1.023MHzchiprate同时跟踪通道数20灵敏度-159dBm定位精度5m（2维均方根,允许广域差分系统）最小速度0.1m/s时间精度1uS（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）最咼工作海拔18km(60000feet)最大移动速率515m/S(1000knots)最大加速度4

16、g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61mmX49mmX17mmGPS芯片外形27.9mmX20mmX2.9mm波特率9600bps数据输出格式SiRF二进制格式或NMEA0183GGA,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）天线类型外置有源GPS天线（3.3V/5V电压可选，默认为3.3V）后备电池CR1220锂电池，3V，不可充电工作温度-40C至+85CGPS模块的应用程序设计GPS模块的应用程序设计主要分为两部分，第一部

17、分为串口的设置于数据读取，第二部分为数据的分析和需要数据的提取。与其他的关于设备编程的方法一样，在Linux下，操作、控制串口也是通过操作起设备文件进行的。在Linux下，串口的设备文件是/dev/ttySO或/dev/ttySl等。因此要读写串口，我们首先要打开串口，然后根据GPS模块的配置参数对串口的波特率、校验、流控制等进行设置，这些参数设置均通过对termios结构中c_cflag的配置实现，串口配置部分函数如下：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:/奇校验newtio.c_cflag|=PARENB;newtio.c_cflag|=PARODD;newtio.c_iflag|=

19、(INPCK|ISTRIP);break;caseE:/偶校验newtio.c_iflag|=(INPCK|ISTRIP);newtio.c_cflag|=PARENB;newtio.c_cflag&=PARODD;break;caseN:/无校验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数据的处理上首先将窗口数据存入一个字符串，接着通过对字符串数据的判断来提取数据内容，判断分为两步，首先判断是什么类型的数据，在本程序的设计中需要读取$GPRMC两组数据，因此首先判断字符串GPS_BUF5是。还是A,由于数据是通过符号“，”进行隔开，因此通过查找“，”来确定数据位置。在实现上将得到逗号位置函数单独封装调用，程序如下：/得到指定序号的逗号位置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+