基于GPS的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

O 引言
GPS(Global Positioning System，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng))以其高精度、全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，在定位、導(dǎo)航、測距、授時(shí)遙感等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并得到了快速的發(fā)展。設(shè)計(jì)一種基于嵌入式系統(tǒng)的GPS定位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，根據(jù)GPS信號接收原理和嵌入式技術(shù)，該設(shè)計(jì)完成了基于單片機(jī)和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)的采集，并以良好的人機(jī)界面顯示出系統(tǒng)所處的經(jīng)緯度、海拔高度、X，Y坐標(biāo)以及日期等信息，該系統(tǒng)已應(yīng)用于某外場的車載定位試驗(yàn)中，代替了以前人工記錄定位數(shù)據(jù)的煩瑣，提高了效率。

1 系統(tǒng)描述
本設(shè)計(jì)利用TI的低功耗MSP430F149單片機(jī)的雙串行接口，一路將GPS接收模塊接收的定位信息數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)，由單片機(jī)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(shù)據(jù)經(jīng)外部的串口轉(zhuǎn)USB接口電路傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將接收到的經(jīng)緯度坐標(biāo)通過坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換成本地的高斯平面坐標(biāo)，并一同將經(jīng)緯度、海拔高度、高斯平面坐標(biāo)值等顯示給用戶，其整體系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 GPS數(shù)據(jù)格式類型及定位信息提取
GPS模塊上電后，會每隔一定的時(shí)間返回一定格式的數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式為：“$信息類型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x”，每幀的起始字符都是“$”，接著是信息類型，后面是定位參數(shù)，以逗號分隔開。一幀完整的數(shù)據(jù)格式如下所示：
$GPRMC，080655．00，A，4546．40891，N，12639．65641，E，1．045，328．42，170809，，，A*60
以上幀數(shù)據(jù)表示的意義：其中信息類型GPRMC表示為推薦最小定位；080655．00表示當(dāng)前時(shí)間為08時(shí)06分55秒；A表示有效定位；4546．4 0891表示緯度；N表示北緯；12639．65641表示經(jīng)度；E表示東經(jīng)；1．045表示速率，其單位為節(jié)(海里／h)；328．42表示航向，指的是偏離正北的角度；170809表示日期等，具體參數(shù)見文獻(xiàn)。除了GPRMC信息類型外，還有GPGGA信息類型，它里面包括GPS定位信息，其中海拔參數(shù)即
在此信息類型內(nèi)，其他的信息類型可參考文獻(xiàn)。
設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)信息提取、解析是通過TI公司的低功耗單片機(jī)MSP430F149完成，其方法首先通過搜尋ASCII碼“$”來判斷是否是一幀數(shù)據(jù)的開始，然后通過接收到的五個(gè)字符來判斷當(dāng)前所接收到的信息類型，對幀的信息類型識別正確后，通過搜尋的“，”的個(gè)數(shù)來確定GPS模塊當(dāng)前所接收到的是哪個(gè)定位參數(shù)，從中提取出需要的定位信息。本設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 MSP430F149單片機(jī)與GPS模塊接口電路
MSP430F149單片機(jī)是TI公司推出的一款16位的單片機(jī)，其具有集成度高、外圍設(shè)備豐富、超低功耗等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中利用MSP430F149單片機(jī)實(shí)現(xiàn)將GPS模塊中的定位信息通過串行接口采集單片機(jī)內(nèi)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(dú)立型GPS模組，以ROM為基礎(chǔ)架構(gòu)，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(jī)或ARM等微控制器實(shí)現(xiàn)無縫連接，電路簡單，其具體電路如圖2所示。