摘要：為了設(shè)計高精度、全天候、全天時的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用了GPS技術(shù)實現(xiàn)通信，信息采用NMEA-0183格式，單片機接收GPS輸出的時間和定位信息后，將信息調(diào)整為我國的標準，并將調(diào)整后的經(jīng)度、緯度、海拔高度和時間等信息通過液晶終端顯示。最終實現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)換等工作，為事故定位、搜查救援等工作提供了技術(shù)依據(jù)。
關(guān)鍵詞：GPS數(shù)據(jù)采集；定位；數(shù)據(jù)處理；單片機

    隨著科技的發(fā)展，移動技術(shù)的不斷成熟，定位導航開辟了一個重要的新興市場。GPS(Global Positioning System)以其高精度、全天候、全天時的特點，在定位、導航、測距等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，具有測量精度高、速度快、用戶數(shù)量不限、抗干擾能力強等優(yōu)點。不僅用于軍事領(lǐng)域，還廣泛用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、野外探險等領(lǐng)域。本系統(tǒng)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集精確度較高；采集到的位置可以控制在2 m范圍之內(nèi)，接收數(shù)據(jù)并處理的時間小于2 s，存精確度和實時性上要優(yōu)于其他數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計
    硬件系統(tǒng)中主要由主控制器、液晶顯示模塊和CPS射頻前端，數(shù)據(jù)傳輸單元組成，如圖1所示。

    GPS信號通過天線接收值射頻前端模塊，在射頻芯片中實現(xiàn)A／D轉(zhuǎn)換，將模擬中頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號通過串口傳入單片機，單片機接收的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過時差，坐標處理等操作，在通過LCD顯示出來。

2 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)
2．1 GPS語句的輸出格式
    GPS-OEM板采用NMEA-0183通信格式，可以輸出多種句型，均以“$”開頭。其語句格式如表1所示。

    輸出的語句按串口通信協(xié)議：1位開始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗。輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCⅡ碼字符，內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。語句達十余種，其中定位語句$GPRMC其結(jié)構(gòu)為：
    $GPRMC，<1>．<2>，<3>．<4>，<5>．<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>*hh<CR><LF>
    其中：
    “GP”-交談識別符；
    “RMC”-語句識別符；
    “*”-校驗和識別符；
    “hh”-為校驗和，其代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值(不包括這兩個字符)。
    $GPRMC語句數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容為：
    1)定位點的協(xié)調(diào)世界時間(UTC)，hhmmss(時分秒)格式；
    2)定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位；
    3)定位點緯度，ddmm．mmmmm(度分)格式；
    4)緯度半球，N(北半球)或S(南半球)；
    5)定位點經(jīng)度，dddmm．mmmmm(度分)格式；
    6)經(jīng)度半球，E(東經(jīng))或W(西經(jīng))；
    7)地面速度，000．0節(jié)～999．9節(jié)；
    8)地面航向，000．0度～359．9度；
    9)UTC日期，ddmmyy(日月年)格式；
    10)磁偏角，000．0度～180度；
    11)磁偏角方向，E(東)或W(西)。
2．2 GPS數(shù)據(jù)接收
    利用單片機的串行接口接收GPS傳送過來的數(shù)據(jù)，其硬件原理如圖2所示，GPS的接口及單片機串口均采用TTL電平傳輸數(shù)據(jù)，所以GPS接口引腳4和3可直接與單片機的TXD和RXD引腳相連，無需電平轉(zhuǎn)換，硬件電路圖如圖2所示。

    GPS模塊輸出的是數(shù)據(jù)流，每秒鐘更新一次數(shù)據(jù)。必須要用單片機對其輸出的數(shù)據(jù)流中的數(shù)據(jù)進行提取，以方便用戶直接讀取。首先打開串口中斷服務(wù)子程序，開始接收數(shù)據(jù)，判斷其是否有“$”符號，然后根據(jù)逗號的個數(shù)進行判斷數(shù)據(jù)的類型，然后分別存儲時間、經(jīng)度、緯度、日期等信號，若接收到“＼n”則接收結(jié)束。
    用C語言編程，其程序如下：
    

    在PC機上接收的GPRMC語句信息如下：
    $GPRMC，103320，A，4350．95221，N，12524．06042，E，000．0，000．0，130507，009．1，W*50
    這是一條GPS定位數(shù)據(jù)信息語句，涵義是UTC時間為10時33分20秒，位置在北緯43度50．9522分，東經(jīng)125度24．0604分，移動速度為0，移動范圍為0，日期為2007年5月13日，地磁變化為9．10，地磁變化方向為西，校驗和為50H。根據(jù)接收的信息用單片機進行相應(yīng)的處理，就可以得到所需的信息了，信息處理過程見3節(jié)。

3 對接收信息的處理
    數(shù)據(jù)的處理主要包括兩個方面：
    1)時間的處理
    直接從衛(wèi)星接收到的時間信息是UTC時間(格林尼治時間)，需要處理成北京時間。
    要變成北京時間需要加上8個小時，如果超過24小時，則減去24小時后，才是北京時間。
    時間轉(zhuǎn)換處理程序如下：
    
    2)定位的處理
    GPS接受的經(jīng)度、緯度等信息采用的是美國的84坐標系統(tǒng)，需要轉(zhuǎn)換成我國的54坐標系統(tǒng)。為便于描述設(shè)如下幾個參量：
    大地坐標-(B，L，H)
    平面坐標-(x，y，z)
    橢球偏心率-C
    橢球參數(shù)m，n-大地坐標轉(zhuǎn)換到指教坐標需要使用的參數(shù)，則有：
    
    

4 結(jié)束語
    本系統(tǒng)討論了用單片機對GPS數(shù)據(jù)的讀取及處理的方法，分析了GPS模塊的信息格式并編制了通信軟件，不僅成功地實現(xiàn)了GPS定位信息的接收與提取，而且具有硬件電路簡單、成本低廉、編程方便、性能穩(wěn)定的特點，具有一定的使用價值。