基于單片機的GPS信息處理系統

　　全球定位系統(Global Positioning System，GPS)是美國從20世紀70年代開(kāi)始研制，于1994年全面建成，以接收導航衛星信號為基礎的非自主式導航與定位系統。他以全球覆蓋、全天候、連續實(shí)時(shí)提供高精度的三維位置、三維速度和時(shí)間信息的能力，很好地解決了人類(lèi)導航和定位問(wèn)題。隨著(zhù)全球定位系統的不斷改進(jìn)，軟硬件的不斷完善，應用領(lǐng)域正在不斷的開(kāi)拓，無(wú)論在軍事還是民用領(lǐng)域都得到廣泛地應用和發(fā)展。實(shí)際應用中，GPS接收機收到軌道衛星的信號后，經(jīng)過(guò)解調輸出的，是標準格式的GPS定位數據，該數據必須經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理，才能在用戶(hù)數據終端上顯示?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/單片機">單片機的GPS信息處理硬件結構框圖如圖1所示。

　　1 GPS接收機輸出數據格式

　　NMEA-0183是美國國家海洋電子協(xié)會(huì )制定的用于航海儀器數據異步通信的通用接口標準，他是由ASCII字符組成的字符串。GPS接收機以NMEA-0183標準格式輸出GPS定位數據，數據終端設備需要實(shí)時(shí)從GPS輸出的NMEA0183數據流中得到位置信息、時(shí)間信息。GPS接收機提供了多種語(yǔ)句格式，有GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPZDA和GPGLL等。用戶(hù)可以根據需要選擇一種或多種語(yǔ)句輸出。本系統選擇接收并解析GPGLL和GPZDA，分別獲取地理位置信息和UTC時(shí)間信息(含日期)，UTC時(shí)間通過(guò)時(shí)差修正得到本地時(shí)間信息。

　　NMEA0183語(yǔ)句包含多個(gè)數據項，數據項之間以逗號分隔，語(yǔ)句以回車(chē)(CR)和換行(LF)符結尾。

　　GPZDA語(yǔ)句格式如下：

　　上述語(yǔ)句中，各數據項的意義如下：

　?、僬Z(yǔ)句類(lèi)型：$GPZDA;②UTC時(shí)間：14523.62;③UTC日：01～31;④UTC月：01～12;⑤UTC：年2001;⑥本地時(shí)差：10時(shí);⑦本地時(shí)差：34分;⑧校驗和：6E。其中校驗和包括$符。

　　GPGLL語(yǔ)句格式如下：

　　上述語(yǔ)句中，各數據項的意義如下：

　?、僬Z(yǔ)句類(lèi)型：$GPGLL;②緯度值;③北緯;④經(jīng)度值;⑤西經(jīng);⑥UTC時(shí)間，時(shí)時(shí)分分秒秒.秒秒秒格式;⑦狀態(tài)，A=定位，V=未定位;⑧校驗和：2C。其中校驗和包括$符。

　　接收上述GPS信息由AT89C2051單片機的UART完成。GPGLL為55個(gè)字符，GPZDA為38個(gè)字符?？紤]到單片機內部RAM單元有限，為適應GPS同時(shí)輸出的數據句型比較多，數據量比較大的情況，因此，需要對句型進(jìn)行選擇性接收。

{{分頁(yè)}}

　　2 主程序設計

　　主程序主要包括以下幾個(gè)部分：初始化、接收GPS數據、GPS信息處理、超時(shí)處理判斷等。GPS數據采用中斷方式接收，數據處理由獨立子程序完成，主要包括時(shí)間、位置信息的提取。數據接收處理完畢后，傳送到LCD顯示。超時(shí)判斷時(shí)間間隔設定與GPS數據更新速度匹配即可，其目的是保證GPS提供的位置、時(shí)聞信息與用戶(hù)的可視信息同步。主程序流程圖如圖2所示。

　　GPS接收機通常采用RS 232C/RS 485/422標準：傳輸速率可以設定，有4 800 b/s等，數據位：8 b，停止位：1 b。

　　對于A(yíng)T89C2051單片機，選擇定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，波特率取決于溢出速率。波特率計算公式如下：

　　系統時(shí)鐘取11.059 2 MHz，則對于波特率4 800 b/s，定時(shí)器1重載值為FAH。

　　3 數據處理子程序設計

　　接收緩沖區存儲的內容是ASCII碼(字符)，因此在處理成數據的時(shí)候要進(jìn)行轉換。

　　對于時(shí)間數據，處理成壓縮BCD格式，如對于以下的GPZDA信息：

　　$GPZDA，114523，18，11，2006，10，34*6E

　　經(jīng)處理后，得到如下信息：11 H(時(shí))，45 H(分)，23 H(秒)，18 H(日)，11 H(月)，20 H(世紀)-06 H(年代)，10 H(時(shí)差)。

　　GPS數據處理子程序首先將接收的時(shí)間數據轉換為上述BCD數據。根據GPZDA得到UTC時(shí)間和本地時(shí)差后，可以修正為本地時(shí)間輸出。時(shí)間修正要考慮到進(jìn)位和借位問(wèn)題。在程序設計過(guò)程中閏年、大月小月需要分別處理。

{{分頁(yè)}}

　　帶時(shí)差修正的GPS信息處理流程圖如圖3所示。圖中，Hour表示UTC時(shí)，Min表示UTC分，Sec表示UTC秒，Day表示UTC日，Mon表示UTC月，YearH表示UTC世紀，YearL表示UTC年代;D_Hour和D_Min表示時(shí)差的時(shí)和分。

　　常用GPS接收機輸出NMEA0183數據有V2.1，V2.0和V1.5三種版本，其中V2.1版本時(shí)差修正到分鐘，而V2.0和V1.5只到小時(shí)。為滿(mǎn)足程序通用，在實(shí)際信息解析時(shí)以V2.1為準，當接收的信息為V2.0和V1.5時(shí)，只需將上述程序中D_min置為0即可。

　　4 結語(yǔ)

　　GPS信息處理系統解決了GPS標準數據式的解讀、信息的提取、轉換和顯示問(wèn)題。另外，他具有時(shí)差修正功能，便于全球各地用戶(hù)使用。以AT89C2051單片機為控制核心，LCD和鍵盤(pán)作為人機界面，以較低的成本滿(mǎn)足了用戶(hù)的一般需求。目前，該系統已在船用導航系統中得到了成功應用。