基于GPS的數據采集處理系統設計

O 引言
GPS(Global Positioning System，全球衛星定位系統)以其高精度、全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，在定位、導航、測距、授時(shí)遙感等領(lǐng)域廣泛應用，并得到了快速的發(fā)展。設計一種基于嵌入式系統的GPS定位數據采集系統，根據GPS信號接收原理和嵌入式技術(shù)，該設計完成了基于單片機和計算機實(shí)現GPS數據的采集，并以良好的人機界面顯示出系統所處的經(jīng)緯度、海拔高度、X，Y坐標以及日期等信息，該系統已應用于某外場(chǎng)的車(chē)載定位試驗中，代替了以前人工記錄定位數據的煩瑣，提高了效率。

1 系統描述
本設計利用TI的低功耗MSP430F149單片機的雙串行接口，一路將GPS接收模塊接收的定位信息數據傳送至單片機，由單片機對GPS定位信息中需要的信息進(jìn)行采集、解析，最后將需要的信息發(fā)送至外接的液晶顯示其經(jīng)、緯度、海拔高度和時(shí)間；同時(shí)將解析的數據經(jīng)外部的串口轉USB接口電路傳送至計算機，計算機將接收到的經(jīng)緯度坐標通過(guò)坐標變換轉換成本地的高斯平面坐標，并一同將經(jīng)緯度、海拔高度、高斯平面坐標值等顯示給用戶(hù)，其整體系統框圖如圖1所示。

2 GPS數據格式類(lèi)型及定位信息提取
GPS模塊上電后，會(huì )每隔一定的時(shí)間返回一定格式的數據，其數據格式為：“$信息類(lèi)型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x”，每幀的起始字符都是“$”，接著(zhù)是信息類(lèi)型，后面是定位參數，以逗號分隔開(kāi)。一幀完整的數據格式如下所示：
$GPRMC，080655．00，A，4546．40891，N，12639．65641，E，1．045，328．42，170809，，，A*60
以上幀數據表示的意義：其中信息類(lèi)型GPRMC表示為推薦最小定位；080655．00表示當前時(shí)間為08時(shí)06分55秒；A表示有效定位；4546．4 0891表示緯度；N表示北緯；12639．65641表示經(jīng)度；E表示東經(jīng)；1．045表示速率，其單位為節(海里／h)；328．42表示航向，指的是偏離正北的角度；170809表示日期等，具體參數見(jiàn)文獻。除了GPRMC信息類(lèi)型外，還有GPGGA信息類(lèi)型，它里面包括GPS定位信息，其中海拔參數即
在此信息類(lèi)型內，其他的信息類(lèi)型可參考文獻。
設計中數據信息提取、解析是通過(guò)TI公司的低功耗單片機MSP430F149完成，其方法首先通過(guò)搜尋ASCII碼“$”來(lái)判斷是否是一幀數據的開(kāi)始，然后通過(guò)接收到的五個(gè)字符來(lái)判斷當前所接收到的信息類(lèi)型，對幀的信息類(lèi)型識別正確后，通過(guò)搜尋的“，”的個(gè)數來(lái)確定GPS模塊當前所接收到的是哪個(gè)定位參數，從中提取出需要的定位信息。本設計中僅解析GPRMC和GPGGA的信息中的經(jīng)、緯度、海拔高度、時(shí)間信息等。

3 GPS數據采集處理系統硬件系統設計
3．1 MSP430F149單片機與GPS模塊接口電路
MSP430F149單片機是TI公司推出的一款16位的單片機，其具有集成度高、外圍設備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。本設計中利用MSP430F149單片機實(shí)現將GPS模塊中的定位信息通過(guò)串行接口采集單片機內完成對定位信息的提取、解析，從中選擇需要的信息，這里所需要的信息僅包括經(jīng)、緯度、海拔高度、時(shí)間信息等。
GPS模塊采用瑞士u-blox公司的NEO-5Q主芯片，此芯片為多功能獨立型GPS模組，以ROM為基礎架構，采用u-blox最新的KickStart微弱信號攫取技術(shù)，能確保在任何可接收到信號的位置及任何天線(xiàn)尺寸都能夠有最佳的初始定位性能，并進(jìn)行快速定位。并且其外部有UART，USB，SPI，I2C等多種接口，可方便地與單片機或ARM等微控制器實(shí)現無(wú)縫連接，電路簡(jiǎn)單，其具體電路如圖2所示。