基于GPS-OEM板与AT89S52单片机开发基本GPS接收机
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇基于GPS-OEM板与AT89S52单片机开发基本GPS接收机范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要:文章利用单片机和GPS-OEM板二次开发设计了一种成本较低、精确度较高经济型GPS定位系统。采用GARMIN公司的GPS25LVS OEM板二次开发、ATMEL公司出品的AT80C51单片机以及MAX232电平转换芯片、键盘、液晶显示器等设备设计;应用汇编语言实现了GPS信号的接收、显示以及一些键盘控制操作;加入了手持终端模块,便于操作控制。经实验验证,定位精度符合要求,并且在空旷的地方接收精度较高。
关键词:GPS-OEM板;AT89S52单片机;基本gps接收机
GPS作为一个测向基准系统,已被广泛用于航天器自主导航、大型工程变形监测等领域,其早期测向产品主要是利用多台GPS接收机组合测量的方法,国内某些科研机构也提出过利用2块独立的GPS-OEM板进行联合测量的方案,但都存在很大的资源浪费,而且针对性不强。而具有性能优良、价格低廉、轻巧灵便、易于开发等优点的小型化双天线GPS原始设备OEM板完全可以解决此类问题,利用OEM板进行二次硬件开发不仅降低了成本,还可以使其功能更具针对性。另外,双天线GPS-OEM板的开发也有利于GPS与RS、GIS的3S集成,对进一步进行测向数学模型的构建也是很有意义的。本文以测向的双天线GPS-OEM板为例,给出了母板的整体设计方案,对各个部分进行了详细的介绍,并对设计产品进行了现场实验。其静态实验结果表明,很好地实现了定位侧向功能。
一、硬件电路设计
(一)系统总体设计
本系统采用GPS25LVS-OEM板(型号为G-501)接收定位信息,并将数据发送给单片机,AT89S52单片机接收、存储数据,并将定位信息通过显示模块显示,应用键盘输入进行初始化配置,同时加入手持终端模块,便于对整个系统的操作和控制。系统框图如图1所示:
(二)GPS-OEM板硬件设计与通信协议
本设计采用的是GARMIN公司的GPS25LVS OEM板与ATMEL公司出品的AT89S52单片机。GPS25LVS OEM板作为GPS接收机的主要组成部分接收来自天线单元的信号,通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息(包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等),并由RS232标准串口输出串行数据。该OEM板为12通道的GPS接收机,可以同时跟踪多达12颗的GPS卫星,能够实现快速定位。GARMIN的OEM板功耗小,数据更新率为每秒一次。
GPS-OEM板的输入输出语句均按串行通信协议。数据结构为8个数据位、一个起始位、一个停止位,无奇偶校验位,输出数据格式初始化为NMEA0183格式。输出波特率为4800波特。用户通过输入语句对GPS-OEM板进行初始化,设置数据格式、通信波特率、要求输出的种类等;输出语句即向用户输出GPS的各种数据信息(见图2)。
(三)单片机
采用MCS-51系列单片机。虽然信号处理和计算的功能相对差些。但其结构简单、体积小、性价比高、可靠性高、功耗小及应用范围广,适合于小型化作业。因此。因此本系统选用了ATMEL公司的AT89C51单片机作为微控制器。
(四)电平转换模块
单片机与GPS-OEM板的联接是通过一个电平转换芯片实现的。由于GPS OEM板的串口电平是符合RS232标准的电平,而单片机串口采用的是TTL电平,因此需要通过电平转换才能够连接。本系统采用MAX232电平转换芯片,可以实现RS232电平与TTL电平的双向转换。该芯片内部有电压倍增电路和转换电路,对外接0.1uF的电容和+5V电源便可工作,使用十分方便。
(五)手持终端模块
手持终端模块主要用于在一定距离内遥控GPS接收模块,便于进行人机交互,更加方便。
(六)显示及键盘模块
采用4×4的薄膜键盘,由单片机的P2口控制,扫描时采用行列式扫描方法。显示部分采用字符型液晶显示模块作为人机交互界面,规格为20×4的显示器,8根数据线和单片机的P3口连接。液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。以上5部分具体电路连接如图3所示。
二、软件设计
本系统主要用于接收GPS定位信号,并应用GPS VIEWERR软件在PC上实时显示其经度、纬度、时间以及连接卫星等相关信息。同时提供键盘中断处理、功能字操作控制与实现等功能。采用的通信协议为美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183协议。NMEA-0183输出数据为ASCII码,语句包括GPGGA、GPGLL、GPGSA、GPRMC等,其内容主要有经度、纬度、高度、速度、时间、El期等。根据本系统所需数据的需要,采用GPRMC最小定位信息来获得所需的时间、位置等信息。
由于OEM板与单片机之间采用异步串行通信,所以在执行程序前要对串口进行初始化设置,设置数据存储区来存储初始化配置信息以及OEM板的输出数据等,单片机串口工作方式选择的是串口方式1(一个起始位,8个数据位,一个停止位),这是标准异步通信方式。系统的波特率为4800bps,单片机使用的晶振是11.059MHz,由这两个数值配置相应的寄存器值。主流程图如图4所示。
三、接收机测试
接收机设计完毕,并对功能模块调试成功,开始测试。由于GPS Mouse不间断的在接受卫星信号,并且每秒钟都会刷新数据,为了使测得数据更具可比性,待GPS启动后,每到一个新的地点我们都在两分钟后记录下经纬度的最大最小值(由于与GPS连接的部分卫星信号不稳定,使得输出经纬度在小范围内变动),经纬度采用十进制输出。鉴于空旷地方接收信号容易,因此选择测试地点为武汉大学电子信息学院操场及友谊广场,本系统测量的数据如表1所示,同时用GOOGLE EARTH测量相同地点的经纬度,进行比较,数据如表2所示。
由表1、表2可知:
G501与google earth测得数据相差集中在万分位和十万分位,由于所选地点基本在同一条经线上,做近似计算:地球平均半径R为6371004M,经度的一个千分位相当于π*R/180000=11.1134M,同理经度的一个千分位相当于π*R/1800000=1.1113M。可见两者G501的精确度还是合乎要求的。
G501与google earth两者在操场上的经纬度相差在十万分位,而在友谊广场上的经纬度相差在万分位,这种差别不难解释,操场比友谊广场要空旷,GPS越是在空旷的场地精确度越高。
四、结束语
本次基于OEM板的GPS接收机实现了GPS空间数据的读取、显示以及简单键盘控制等功能,其成本较低,但精度不够高。利用gps-oem板进行二次硬件开发,在电源电路设计及整体PCB布线模块还需要更多的考虑,以减少电磁干扰以及增加系统稳定性。如何进一步提高精度,还有待以后进一步研究。此外,还需要考虑系统的人机交互功能,使操作更加便捷简单。
参考文献:
1、刘瑞华.MCS-51单片机与GPS-OEM板的串行通信[J].电讯技术,2004(5).
2、李远,胡修林,赵文同等.基于GPS―OEM板和单片机的定位终端开发[J].湖北邮电技术,2004(6).
3、徐进,周宁.GPS接收机的单片机通讯接口[J].电子器件,1999(3).
(作者单位:武汉大学电子信息学院)