基于單片機的GPS信息處理系統(tǒng)

　　全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System，GPS)是美國從20世紀70年代開始研制，于1994年全面建成，以接收導航衛(wèi)星信號為基礎(chǔ)的非自主式導航與定位系統(tǒng)。他以全球覆蓋、全天候、連續(xù)實時提供高精度的三維位置、三維速度和時間信息的能力，很好地解決了人類導航和定位問題。隨著全球定位系統(tǒng)的不斷改進，軟硬件的不斷完善，應用領(lǐng)域正在不斷的開拓，無論在軍事還是民用領(lǐng)域都得到廣泛地應用和發(fā)展。實際應用中，GPS接收機收到軌道衛(wèi)星的信號后，經(jīng)過解調(diào)輸出的，是標準格式的GPS定位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)必須經(jīng)過進一步處理，才能在用戶數(shù)據(jù)終端上顯示?；?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/單片機">單片機的GPS信息處理硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　1 GPS接收機輸出數(shù)據(jù)格式

　　NMEA-0183是美國國家海洋電子協(xié)會制定的用于航海儀器數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)終端設備需要實時從GPS輸出的NMEA0183數(shù)據(jù)流中得到位置信息、時間信息。GPS接收機提供了多種語句格式，有GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPZDA和GPGLL等。用戶可以根據(jù)需要選擇一種或多種語句輸出。本系統(tǒng)選擇接收并解析GPGLL和GPZDA，分別獲取地理位置信息和UTC時間信息(含日期)，UTC時間通過時差修正得到本地時間信息。

　　NMEA0183語句包含多個數(shù)據(jù)項，數(shù)據(jù)項之間以逗號分隔，語句以回車(CR)和換行(LF)符結(jié)尾。

　　GPZDA語句格式如下：

　　上述語句中，各數(shù)據(jù)項的意義如下：

　?、僬Z句類型：$GPZDA;②UTC時間：14523.62;③UTC日：01～31;④UTC月：01～12;⑤UTC：年2001;⑥本地時差：10時;⑦本地時差：34分;⑧校驗和：6E。其中校驗和包括$符。

　　GPGLL語句格式如下：

　　上述語句中，各數(shù)據(jù)項的意義如下：

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

　　接收上述GPS信息由AT89C2051單片機的UART完成。GPGLL為55個字符，GPZDA為38個字符?？紤]到單片機內(nèi)部RAM單元有限，為適應GPS同時輸出的數(shù)據(jù)句型比較多，數(shù)據(jù)量比較大的情況，因此，需要對句型進行選擇性接收。

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　　2 主程序設計

　　主程序主要包括以下幾個部分：初始化、接收GPS數(shù)據(jù)、GPS信息處理、超時處理判斷等。GPS數(shù)據(jù)采用中斷方式接收，數(shù)據(jù)處理由獨立子程序完成，主要包括時間、位置信息的提取。數(shù)據(jù)接收處理完畢后，傳送到LCD顯示。超時判斷時間間隔設定與GPS數(shù)據(jù)更新速度匹配即可，其目的是保證GPS提供的位置、時聞信息與用戶的可視信息同步。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(shù)據(jù)位：8 b，停止位：1 b。

　　對于AT89C2051單片機，選擇定時器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(tǒng)時鐘取11.059 2 MHz，則對于波特率4 800 b/s，定時器1重載值為FAH。

　　3 數(shù)據(jù)處理子程序設計

　　接收緩沖區(qū)存儲的內(nèi)容是ASCII碼(字符)，因此在處理成數(shù)據(jù)的時候要進行轉(zhuǎn)換。

　　對于時間數(shù)據(jù)，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)，45 H(分)，23 H(秒)，18 H(日)，11 H(月)，20 H(世紀)-06 H(年代)，10 H(時差)。

　　GPS數(shù)據(jù)處理子程序首先將接收的時間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為上述BCD數(shù)據(jù)。根據(jù)GPZDA得到UTC時間和本地時差后，可以修正為本地時間輸出。時間修正要考慮到進位和借位問題。在程序設計過程中閏年、大月小月需要分別處理。

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　　帶時差修正的GPS信息處理流程圖如圖3所示。圖中，Hour表示UTC時，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表示時差的時和分。

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

　　4 結(jié)語

　　GPS信息處理系統(tǒng)解決了GPS標準數(shù)據(jù)式的解讀、信息的提取、轉(zhuǎn)換和顯示問題。另外，他具有時差修正功能，便于全球各地用戶使用。以AT89C2051單片機為控制核心，LCD和鍵盤作為人機界面，以較低的成本滿足了用戶的一般需求。目前，該系統(tǒng)已在船用導航系統(tǒng)中得到了成功應用。