基于MSP430F149的GPS定位數據采集系統設計

　　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。

　　3.2 串口轉換USB接口電路

　　利用單片機完成定位信息的采集、解析、選擇，獲得需要的信息一路經(jīng)12864液晶顯示，另一路信息傳送至計算機顯示。為解決現今許多計算機無(wú)串口的問(wèn)題，在設計中利用PL2302芯舟實(shí)現將USB接口虛擬一個(gè)串口，來(lái)完成數據信息的傳輸。PL2302用于實(shí)現USB和標準RS 232串行端口之間，的轉換，其完全遵從USB 1.1協(xié)議，滿(mǎn)足速度傳輸要求，其硬件電路如圖3所示。

　　4 GPS數據采集處理系統軟件系統設計

　　該設計的軟件系統主要完成接收MSP430F149單片機通過(guò)虛擬USB接口傳送來(lái)的包括經(jīng)、緯度、海拔高度、時(shí)間信息定位參數信息，并在計算機內部完成將經(jīng)緯度坐標轉換成本地的高斯平面坐標。數據記錄處理軟件主要完成數據格式的解析、采樣速率設定、原始數據及計算結果顯示和打包存儲為txt文本文件和數據處理等功能。系統采用標準圖形化用戶(hù)界面以及詳細的聯(lián)機幫助功能，漢化界面，簡(jiǎn)單直觀(guān)，操作方便。各功能模塊可根據實(shí)際需要進(jìn)行靈活配置和管理，能夠進(jìn)行多任務(wù)操作，實(shí)時(shí)數據監視、歷史數據查詢(xún)、計算結果顯示和打印互不影響。這些工作均由上位機軟件來(lái)完成，編程語(yǔ)言采用VC++。其中采集到的數據分別在“X”，“Y”，“H”、“經(jīng)度”和“緯度”顯示，“計算結果”顯示處理后的數據，此外還有端口選擇、采用速率設置及數據計算周期設置，以便使用更加方便、靈活。

　　運行結果如圖4所示。

　　5 結語(yǔ)

　　該設計利用TI公司的MSP430F149單片機實(shí)現對GPS定位信息的采集、提取。系統已應用在外場(chǎng)車(chē)載定位系統試驗中，該系統可在全天候工作，定位精度高，自主定位精度優(yōu)于10 m，若采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級，并具有功耗低等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足外場(chǎng)試驗要求。