基于WinCE的GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：由于數(shù)據(jù)采集設(shè)備利用Windows桌面系統(tǒng)在戶外易受環(huán)境影響以及攜帶不方便等不足，設(shè)計(jì)采用ARM11處理器和WinCE 6．0操作系統(tǒng)作為硬件開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)出一種基于ARM-WinCE 6．0的便攜式GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，控制GPS模塊接收數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、提取、顯示、存儲(chǔ)。這對深入理解嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用和GPS在導(dǎo)航組合中應(yīng)用具有一定的實(shí)用價(jià)值，有利于提高工作效率并為定位性能的評(píng)定提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：ARM11處理器；WinCE 6．0操作系統(tǒng)；GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；導(dǎo)航組位

0 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。對于在低功耗、高便攜性和高性能設(shè)備上實(shí)現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)也顯得越發(fā)重要。傳統(tǒng)的Windows桌面系統(tǒng)體積大，占用系統(tǒng)資源較多，也不利于野外作業(yè)，而基于嵌入式系統(tǒng)的ARM硬件平臺(tái)則具有體積小、功耗低、性能高等特點(diǎn)。WinCE系統(tǒng)作為嵌入式系統(tǒng)的一種類型，相對于Linux和Andriod系統(tǒng)，其開發(fā)難度要比后兩種系統(tǒng)要低，軟件調(diào)試也比較容易、靈活，并且WinCE系統(tǒng)類似桌面系統(tǒng)在軟件開發(fā)方面也較為便利。因此，在未來高性能的便攜式設(shè)備領(lǐng)域，WinCE系統(tǒng)的應(yīng)用空間將十分巨大。
本文根據(jù)GPS信號(hào)接收原理及嵌入式技術(shù)，并遵循NMEA-0183協(xié)議，接收并解析GPS模塊的原始數(shù)據(jù)報(bào)文，設(shè)計(jì)出友好的人機(jī)界面環(huán)境，將系統(tǒng)所處的經(jīng)度、緯度、高度、速度、日期時(shí)間等信息顯示出來，解決了人工記錄數(shù)據(jù)的不足，提高了工作效率，并為車輛運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)提供了依據(jù)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
GPS數(shù)據(jù)采集界面的設(shè)計(jì)采用面向?qū)ο蟮目删幊碳夹g(shù)，在Visual Studio 2005(VS 2005)編程環(huán)境下，運(yùn)用C#語言實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)采用飛凌公司研發(fā)的OK6410開發(fā)板，該開發(fā)板以ARM11內(nèi)核架構(gòu)為核心，并內(nèi)嵌WinCE 6．0操作系統(tǒng)，硬件性能上能夠滿足對數(shù)據(jù)采集的需求。通過USB同步，完成PC機(jī)與ARM開發(fā)板之間的硬件平臺(tái)搭建，這樣就可以在PC機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。

在VS 2005環(huán)境下，對設(shè)計(jì)完成的GPS數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序進(jìn)行編譯，并將編譯后生成的應(yīng)用程序通過USB同步植入到ARM開發(fā)板的NAND FLA SH里。再通過串口擴(kuò)展電路將ARM開發(fā)板與GPS模塊進(jìn)行連接完成通信，然后運(yùn)行NAND FLASH里GPS數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用程序，對GPS模塊接收來的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、解析后送至外接的液晶，顯示其需要的信息，從而完成WinCE 6．0環(huán)境下GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體框圖如圖1所示，GPS數(shù)據(jù)采集開發(fā)系統(tǒng)如圖2所示。

2 GPS協(xié)議分析及GPS數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)格式
GPS數(shù)據(jù)遵循NMEA-0183協(xié)議，該數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是美國國家海洋電子協(xié)會(huì)(National Marine Electronics Association)所指定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。GPS接收機(jī)根據(jù)NMEA-0183協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC機(jī)、PDA等設(shè)備。NMEA-0183協(xié)議采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)格式，輸出采用ASCII碼，數(shù)據(jù)傳輸以“語句”方式進(jìn)行，每個(gè)語句均以“$”開頭，然后是兩個(gè)字母的“識(shí)別符”和三個(gè)字母的“語句名”，接著是以逗號(hào)分隔的數(shù)據(jù)體，語句末尾為校驗(yàn)和，整條語句以回車換行符結(jié)束。
NMEA-0183的數(shù)據(jù)信息種類較多，而一組正常的GPS數(shù)據(jù)則包括$GPGGA，$GPRMC，$GPVTG，$GPGLL。$GPGGA輸出的是GPS的定位信息，$GPR MC則輸出GPS推薦的最短數(shù)據(jù)信息，$GPVTG輸出的是地面速度信息，$GPGLL輸出的是大地坐標(biāo)信息。現(xiàn)以最常見的$GPRMC為例分析其數(shù)據(jù)格式格式如下：
$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*hhCR>LF>
1>為UTC時(shí)間，格式：hhmmss(時(shí)分秒)；2>為定位狀態(tài)，A=數(shù)據(jù)可用，V=數(shù)據(jù)不可用；3>為緯度，格式：ddmm．mmmm(度分)；4>為緯度區(qū)分，北半球(N)或南半球(S)；5>為經(jīng)度，格式：ddmm．mmmm(度分)；6>為經(jīng)度區(qū)分，東半球(E)或西半球(W)；7>為地面速率(000．0～999．9節(jié))；8>為地面航向(000.0°～359．9°，以正北為參考基準(zhǔn))；9>為UTC日期，格式：ddmmyy(年月日)；10>為磁偏角(000．0°～180．0°)；11>為磁偏角方向，E(東)或W(西)；12>為模式指示。