便攜式地理信息采集儀的設計

引言
隨著數字化社會的快速發展，地理位置信息的采集分析越來越重要，如何使數據的采集分析更加簡便易行，是每個地理信息研究機構最關心的問題。地理位置信息數據的采集是地理分析研究機構的分析研究基礎，但是以往的數據只限于人工采集，采集記錄的數據與實際數據之間存在較大的誤差，對數據的應用以及地理環境的分析等都會造成了很大的影響。便攜式地理信息采集儀可以方便快捷地采集相應位置的地理信息，并且可以全天候工作，真實可靠地記錄數據，從而可以避免人為誤差。
地理信息采集儀的功能
為了真實有效的采集記錄采樣點的地理位置的信息，以便地理信息研究機構對采集數據的正確分析，便攜式地理信息采集儀的功能如下：
1）信息采集功能
對需要測控采集的采樣點的地理信息（如經度、維度、海拔等）能進行準確無誤的采集。
2）數據存儲功能
每個地理位置采集點的地理信息一對一記錄保存，以便工作人員分析各采集點的地理位置信息。
3）數據傳輸功能
地理信息采集儀可以將各個位置采集點的采集到的數據通過RS232傳輸給上位機。
系統硬件設計
系統以單片機MSP430F149為核心控制器[1]，集成GPS模塊、LCD顯示模塊、串行存儲器模塊、RS232接口模塊和電源管理模塊。系統框圖見圖1。

圖1 系統框圖
Fig.1 System diagram
2.1 單片機單元
系統采用TI公司的MSP430F149單片機作為核心控制器[2]，此款單片機具有16位的CPU集成寄存器和常數發生器，可使單片機實現最大化的代碼效率；集成JTAG，支持在線編程；兩個通用全雙工串行同步/異步通信接口；6個8位I/O口；外部中斷輸入接口。單片機串口0負責接收GPS模塊輸出的數據信息，分析并且提取接收到的有效地理信息數據，一方面送到LCD顯示模塊顯示，同時進行數據存儲，并且可以將存儲的數據傳輸給計算機。
2.2 GPS模塊
2.2.1 GPS概述
GPS（Global Positioning System）是美國研制的新一代衛星導航定位系統，可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。它是目前世界上精度高的一種導航系統，已被廣泛用于軍事、經濟、地理信息測控及其他領域。GPS定位系統由以下三個部分組成：
（1）GPS衛星星座（空間部分）：24顆衛星（其中三顆備用），分布在6個軌道平面上，每個軌道面均勻布設4顆衛星，從而保障了地球上任何地點和時刻都能觀察到4顆衛星。它能發射L1和L2波段的信號。
（2）地面監控系統（地面控制部分）：中央控制系統，跟蹤衛星定軌，用來監測衛星的狀態，對衛星軌道信息進行修正。
（3）GPS信號接收機（用戶設備部分）：接收設備，主要由天線、電源、數據處理軟件以及微處理機及其終端設備組成。其基本結構是天線單元和接收單元，天線單元主要作用是捕獲、跟蹤衛星，接收GPS衛星發射的信號。接收單元主要作用是記錄GPS信號，對信號進行濾波處理，還原出GPS衛星發送的導航電文，以獲得有用的定位信息。
2.2.2 GPS模塊介紹
GPS采用GS-87模塊[3]，它是一個高效能、低功耗的智能型衛星接收模塊或稱作衛星接收引擎，它采用美國瑟孚SiRF star III公司所設計的第三代衛星定位接收芯片，是一個完整的衛星定位接收器具備全方位功能。其系統結構如圖2，GPS Antenna（GPS天線）接收衛星信號，將微弱的電磁波能轉化為相應電流。電流經過LNA（低噪音放大器）被放大，在通過filter 濾波器將其變頻處理，送入SIRF StarIII(由GRF3W和GSP3組成)進行處理，將處理后的信號通過串口與單片機進行連接。用戶通過對單片機的軟件編程控制，將GPS接收到的信息進行處理，提取出對用戶有用的信息。