基于单片机的GPS定位信息采集系统的开发与应用
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【摘要】科学技术的进步促使移动技术不断趋于成熟，定位系统的应用开辟了移动信息技术的新市场。本文阐述了基于单片机gps定位信息采集系统的应用措施和设计重点环节，探讨了其日后开发与应用方向，为其发展提供了借鉴依据。
【关键词】GPS系统；数据采集；定位；数据处理；单片机
0.引言
GPS系统最早出现于美国，是利用地球24颗发射卫星对信息进行导航、定位处理和授时的方法，能够在控制的过程中向全世界实时的提供连续的、高精度的三维位置、三维速度和三维实时信息。自导航系统出现以来，其在世界应用迅速增加，成为各个领域深入研究和探讨的重点。随着GPS技术的迅猛发展和使用的普及，人们在生活和生产中对GPS的要求日益增加，除了在应用过程中要求其具有高准确度的定位性能之外，还要求其朝着小型化、模型化、低耗能、模块和系统操作简单的方面发展，同时更是希望在应用的时候GPS系统信息的提取能够更加的实时和准确，为本行业的发展提供一定的前提基础，同时为其在开发应用中提供前提依据。
1.GPS35接收板工作原理、接口及数据输出
GPS35接收板主要由天线部分、变频器、标频器、频率合成、信号通道、微处理器和存储单元等组成。在完成初始自检后，自动接收来自天线的GPS射频信号，经下变频、放大、相关、混频与TIL转换等一系列处理过程，完成并行通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪。测量出信号从卫星到接受天线的传播时间.解译出GPS卫星所发送的导航电文，进行超大规模运算获得GPS定位信息，输出定位，导航.定时及其他数据。
GPS系统在系统设计的过程中其硬件主要是有主要控制器、液晶显示器和GPS发射频前端组成。在工作中GPS信号通过天线接收装置将频信号转化为数字信号，在通过数字信号的串连接口连入单机片，单机片将接收到的数据经过多重系统的处理从液晶显示器中显示出来，这个过程是一个系统化流程，是目前GPS的主要应用方式和系统模式。
GPS35板为并行12通道，提供载波相位输出，在控制和应用的过程中是通过对标准的时钟和频率进行输出控制，使得工作电压和电流的运行都能够及时准确的为目前的工作流程提供相关要求，并且对输出频率进行完善的检查。传送GPS定位数据及其他原始的卫星信号数据的时候，要对接收到的信号和信息进行实时处理，使得其能够成为目前用户所需要的信号种类和形式之一。接收RTCM格式的差分数据，这就为目前的定位导航信息的转变提供了能量要求和依据，为GPSOEM板可直接通过主串口与PC机连接模式和方法提供了方便的转口接头措施。
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.GPS的接口及单片机串口均采用哪电平传输数据.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。GPS3板输出信息采用美国制定的NMEA-0183通信标准，目前广泛使用的是2.0版。常用的NMEA方式消息格式有十几种，每种语句以“$”开头，以结束，间各域为传送数据并以“后两位数字给出校验和，域间以“，”为分隔符。NMEA输出语句采用ASCII码.内容包括了经度、纬度、高程定位信息和速度及时问信息.接收机和卫星的状态信息，差分基站信息以及几何误差信息等；输入语句内容包括初始位置、日期、时间的设定和地球参数.差分模式，PPS使能等的设置，不同的用户可根据自己的需要通过初始化选择输出语句从而得到自己关心的信息。
2.采集GPS定位信息的单片机系统设计
2.1硬件设计
整个系统主要由以下几个部分组成：GPS-HVS信号接收8031单片机.键盘电路.数码显示电路.串行通信接口电路系统框。
2.2软件设计
主程序主要由初始化模块.检测电源故障模块.按键处理模块和数据接收处理模块组成。主程序框图。由于GPS信号采用无握手、单向、实时方式发送定位信息，为了能做到实时地接收到信息，系统可采用查询法，通过直接读串行口的方法来获得GPS定位信息。但这种方法的降低了单片机的工作效率。使系统无法执行其他丁作，如在实际应用中还要读按键.显示等T作。因此系统采用串行口中断方法实时接收GPS数据。同时，与上位机通信上传采集到的数据并进行处理.也是通过串13中断实现，为此在中断接收中需判别数据来源。
为确保信息不丢失，又接收正确，我们在外部RAM中开辟了两级缓冲区.第一级缓冲区直接存放中断接收的数据，GGA语句最长为74个字节。在数据处理模块中对第一缓存数据进行校验，即根据NMEA0183协议把“$”之后到“∥之前的所有字符相异或得到的校验和与接收到的q”后的两位校验和相比较，如果不符则抛弃，正确则导入第二缓存。然后再对第二缓存区存储的数据进行特征提取.即根据GPGGA语句协议以逗号为分隔符进行特征数据的分离并送人RAM显示缓冲区以显示。系统巾用8位数码管显示定位状态的优良。因此选取是否定位和定位可用11星数作为特征数据。一般当卫星数为3时即可进行定位.系统显示为“1”，否则显示“0”。但此时一般几何精度因子GDOP值很大。定位精度低。要提高精度.必须有足够的冗余观测量，卫星数必须大于4颗。一般来讲，卫星数越多，GDOP值越小，精度越高。
当显示的卫星数目很多时，按下存储键可以连续地把第二缓存的定位语句存到存储区中，用一位数码管小数点位的明暗闪烁表示正处在存储状态。当发现定位状态变差时可以通过取消键擦除这条记录。
在目前，GPS系统多数都是直接从卫星接收信号的方式，这种系统由于受到卫星时间差额的限制，需要及时的针对卫星的时间差进行处理，要求在处理之中要能够满足目前使用地的时间要求模式。同时还要针对经纬度进行处理，这是卫星的位置所造成的影响缺陷，经纬度的处理是目前定位系统中最为关键的环节。
当显示的卫星数目很多时，按下存储键可以连续地把第二缓存的定位语句存到存储区中，用一位数码管小数点位的明暗闪烁表示正处在存储状态。当发现定位状态变差时可以通过取消键擦除这条记录。
3.结论
本文系统的讨论了单片机中GPS定位信息采集系统的各个环节，并对数据的读取和处理方法进行了严格的分析，针对目前开发和应用的各个环节进行探究，不但成功的体现了GPS定位信息在目前社会发展中的各个应用环节，还为其发展的特点和前景提供了探讨依据。在复杂的数据信息中提取简单直观的卫星数作为系统定位状态好坏的依据，经实验证明可靠可行，且大大简系统。 [科]
【参考文献】
［１］白雪，徐雷钧，刘国海，黄振跃．基于单片机的GPS定位信息采集系统．微计算机信息，2008-08．
［２］白雪，刘国海，徐雷钧，李康吉．一种GPS接收板及其定位精度分析．计算机测量与控制，2003-12．