基于單片機(jī)的GPS／電子羅盤測姿定位系統(tǒng)

2．2 串行通信接口電路

在信息傳輸模塊中，由丁C8051F021引腳的信號電平為TTL類型，而上位機(jī)串口的異步串行通信是基于RS232標(biāo)準(zhǔn)的，兩者通信信號的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行信號電平轉(zhuǎn)換。而MAX3232芯片能直接將單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換成上位機(jī)能接收的RS232電平，或?qū)C機(jī)輸出的RS232電平轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能接收的TTL電平，故采用MAX3232來實(shí)現(xiàn)其中的電平轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的串行通信。本系統(tǒng)的串行通信硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)采用C語言，C語言具有功能豐富的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫，具有運(yùn)算速度快和可移植性強(qiáng)等特點(diǎn)。用C語言來編寫軟件會大大縮短開發(fā)周期，增強(qiáng)軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充。

對于串口的數(shù)據(jù)處理有兩種方法：一種是查詢的方法，另一種是中斷的方法。查詢的方法是不斷地檢測接收和發(fā)送標(biāo)志位，當(dāng)查詢到有數(shù)據(jù)進(jìn)入到SBUF時對SBUF數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，是否為所需的數(shù)據(jù)，如果是則存儲到數(shù)據(jù)寄存器中。由于查詢方法在編寫程序時比較復(fù)雜，需要反復(fù)地查詢標(biāo)志位，但是相較于其他算法對于實(shí)現(xiàn)循環(huán)比較簡單。本系統(tǒng)對串口接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)采用的是查詢的方法。

單片機(jī)信息處理流程如圖4所示。首先，待單片機(jī)初始化后，開啟中斷0，關(guān)閉中斷1，開始通過串口0接收電子羅盤信息。電子羅盤HMR33 00更新頻率為8 Hz，即每秒最多可更新8次。為了保證其穩(wěn)定輸出，每秒鐘提取4次電子羅盤信息。然后，以判斷回車來表示接收完一次羅盤信息，即hmr[i]=10。待接收完畢后，開啟中斷1，關(guān)閉中斷0，通過串口1接收GPS定位信息。iTrax03-02更新速率為1fix／s。提取定位信息時，每秒鐘提取一次GPS信息。接收到一條完整的語句后將其放入GPS數(shù)據(jù)存儲區(qū)。同樣地，我們以判斷回車來表示接收完一次GPS信息，即gps[i]=10。

GPS信息接收完畢后，再開啟中斷0，關(guān)閉中斷1，接收電子羅盤信息。同時，將采集到的姿態(tài)和定位信息通過串口0傳送給MAX3232后，不斷發(fā)送給上位機(jī)。在中斷0中接收電子羅盤的數(shù)據(jù)時，需要提取的是其航向、俯仰和滾動信息，應(yīng)判定接收到的數(shù)據(jù)是否為起始標(biāo)志位，若是則開始采集數(shù)據(jù)，讀取第二位數(shù)，進(jìn)行采集的同時保存數(shù)據(jù)；如不是，則繼續(xù)判定。

由于采用的是非定長通信，因此，在采集數(shù)據(jù)的同時還要判定當(dāng)前位是否為結(jié)束標(biāo)志位，若是則進(jìn)行CRC校驗(yàn)。若正確則對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行HPR分離；若否則開始新的采集。同樣，在中斷1中應(yīng)在接收有效后，判斷是否接收到GGA語句，若是再進(jìn)行分析處理。也可直接發(fā)送指令給GPS接收機(jī)，使GPS接收機(jī)只輸出所需要的語句信息。同樣的操作也適用于電子羅盤HMR3300。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所設(shè)計系統(tǒng)的正確性和有效性，筆者進(jìn)行了地面跑車實(shí)驗(yàn)。將該系統(tǒng)固定于汽車內(nèi)，實(shí)驗(yàn)過程中可見衛(wèi)星數(shù)為11顆，可用衛(wèi)星為7顆。實(shí)驗(yàn)后，將采集到的數(shù)據(jù)運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并對結(jié)果進(jìn)行了分析。跑車實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析如圖5所示。結(jié)論如下：