GPS導航數據抽取的設計與研究

摘 要： 為解決盲用定位模塊在嵌入式平臺下實現的問題，根據串口通信同步方式實現Windows CE 5.0操作系統下GPS導航數據的提取，并對獲得的數據提出一種格式轉換的方法。以PXA270嵌入式系統平臺實現系統原型，在有限硬件條件下驗證了系統的功能及可行性。實驗結果表明，該系統運行穩定，實驗數據可靠有效，可以有效結合電子地圖數據提取出周邊的位置信息。

Windows CE作業系統是Windows家族中最新的成員，專門設計給掌上型電腦（HPCs）所使用的電腦環境。這樣的作業系統可使完整的可攜式技術與現有的Windows桌面技術整合工作。 Windows CE 被設計成針對小型設備（它是典型的擁有有限內存的無磁盤系統）的通用操作系統，

Windows CE 可以通過設計一層位于內核和硬件之間代碼來用設定硬件平臺，這即是眾所周知的硬件抽象層（HAL）（在以前解釋時，這被稱為 OEMC （原始設備制造）適應層，即 OAL； 內核壓縮層，即 KAL。 以免與微軟的 Windows NT 操作系統 HAL 混淆） 。

Windows CE 是一個開放的、可裁剪的、32位實時嵌入式窗口操作系統，具有可靠性好、實時性高、內核體積小的特點，廣泛應用于各種智能式設備的開發。系統通過微軟提供的Platform Builder定制需要的Windows CE5.0系統，運行在硬件平臺上。硬件平臺采用博創科技PXA270實驗箱，該實驗箱嵌入式處理器是基于ARMV5E的Xscale核心PXA270，并支持串口通信。

GPS導航芯片采用天寶iQ 46240，將接收到的數據通過串口發送給處理器。串口是計算機系統與外部串行設備之間的數據傳輸通道，是嵌入式通信最可靠、最通用的通信方式。程序員利用Windows API函數可以編寫出高效、可移植性的應用程序。Windows CE不支持Windows下常用的串行通信異步I/O方式（Overlapped,非阻塞），因此在嵌入式環境下采用了同步I/O方式的通信程序設計方法。

實驗設計根據GPS導航數據有效性確認的標準，對提取的數據進行處理，把緩存中接收到的GPS數據格式轉化為電子地圖上常用的浮點型格式。此設計已應用于智能閱讀器盲用定位模塊中。

1 串口通信同步I/O方式的程序設計

串口通信是串行通信的一種，串行通信的模式一般分為上位機和下位機通信。上位機可以讀取下位機的狀態數據，也可以設置下位機的狀態。一般串行通信協議可分為兩類，即讀和寫。

串口通信的概念非常簡單，串口按位（bit）發送和接收字節。盡管比按字節（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發送數據的同時用另一根線接收數據。它很簡單并且能夠實現遠距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態時，規定設備線總長不得超過20米，并且任意兩個設備間的長度不得超過2米；而對于串口而言，長度可達1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：（1）地線，（2）發送，（3）接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發送數據同時在另一根線上接收數據。其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗。

在實驗設計中，GPS接收裝置作為下位機只負責提供固定格式的數據，實驗箱作為上位機不必發送指令，只負責定時讀取GPS接收裝置發送的數據。即可以簡化通信協議，提高工作效率。

1.1 設計開發環境

在Windows NT/ME環境下安裝eVC4.0編程環境，設置順序如下：

（1）安裝同步軟件Microsoft AcTIveSync 4.0；

（2）安裝eVC4.0；

（3）利用PB（Platform Builder5.0）定制Wince系統對應的SDK并安裝；

（4）利用PB將定制的wince系統下載到實驗箱上，并與PC機同步[2]。

1.2 同步I/O方式讀取的設計方法

為完成串口通信同步I/O方式程序設計，分為三個部分，每個部分有一個函數完成其對應的功能[3]。函數原型為：

　　ONOpenCom（）； //打開并設置串口

　　ReadThreadFunc（LPVOID lparam）； //串口接收線程

　　OnSeriesRead（CWnd *pWnd, BYTE *buf, int bufLen）；

　　//串口接收數據成功回調函數

其主要功能是能夠捕獲到按一定衛星截止角所選擇的待測衛星，并跟蹤這些衛星的運行。當接收機捕獲到跟蹤的衛星信號后，就可測量出接收天線至衛星的偽距離和距離的變化率，解調出衛星軌道參數等數據。根據這些數據，接收機中的微處理計算機就可按定位解算方法進行定位計算，計算出用戶所在地理位置的經緯度、高度、速度、時間等信息。接收機硬件和機內軟件以及GPS 數據的后處理軟件包構成完整的GPS 用戶設備。

xi,yi，zi（i=1，2，3，4）分別代表衛星1、2、3、4在t時刻的空間直角坐標，可由衛星導航電文求得，Vti代表衛星鐘差，Vt0為接收機的鐘差。

由以上4個方程式可計算出待測點的坐標x、y、z和接收機的鐘差Vt0。因此導航數據能夠有效計算必須保證接收到4個衛星的星歷。對固定格式的導航電碼中提取衛星符號進行確認，通常，3顆衛星可以在二維平面上得到經度緯度坐標，為精確起見，4顆衛星可以保證獲得三維空間坐標。

2.2 有效數據提取和數據格式轉化

有效數據的提取和數據格式轉化都是在回調函數中進行的[5]。eVC支持CString類型格式，由于定位信息格式固定，本文先利用mbstowcs函數將緩存中的字符型數據轉換為寬字符型，然后強制轉化為字符串類型。

　　WCHAR wszbuf[512];

　　mbstowcs（wszbuf,（char*）buf,strlen（（char*）buf））；字符串類型進行處理，然后利用Find函數，搜索$GPGGA,

　　strRecv.Find（_T（$GPGGA），1）；

　　state=strRecv.Mid（pos+37,1）；

　　得到GPS 質量指示指標

　　strSatelliteNum=strRecv.Mid（pos+39,1） ;

　　int iSatelliteNum=atoi（（LPSTR）（LPCTSTR）strSatelliteNum）；

當iSatelliteNum>3 state = =‘1’時說明接收到的是有效數據，可對strRecv中的數據進行提取，并賦給經緯度和時間變量。

　　strLatitude =strRecv.Mid（pos+16,8）；

　　strLongitude=strRecv. Mid（pos+27,9）；

　　double Longitude_new = （atof（strLongitude））/100;

這樣將經度緯度信息提取到GPS結構數組中，后續的處理和高層決策可根據該結構中存儲的數據作出相應的處理。

3 程序運行結果分析

結果分析，可知通過串口在不同時段接收的數據是比較穩定的，能夠以此為基礎提取到有效的數據和定位信息，本系統結合超圖格式（pwr，pmw）的北京市公交站點地圖數據，在編寫程序時調用超圖接口函數打開電子地圖數據，將串口接收到的數據讀入，得到附近的公交站點并以文本方式輸出到界面。

本文結合相關程序代碼陳述了基于eVC環境下串口通信程序的設計，對GPS全球定位系統定位信息的接收和數據提取進行了詳細的分析和討論。主要解決了EVC編程環境下實現串口通信功能、對GPS定位信息的提取和處理的問題。實驗對wince5.0自定義平臺下開發GPS接收裝置給出了代碼樣例供參考，并已應用于智能閱讀器項目中盲用定位模塊。