基于GPS的數據采集處理系統設計

O 引言
GPS(Global Positioning System，全球衛星定位系統)以其高精度、全天候、全天時的特點，在定位、導航、測距、授時遙感等領域廣泛應用，并得到了快速的發展。設計一種基于嵌入式系統的GPS定位數據采集系統，根據GPS信號接收原理和嵌入式技術，該設計完成了基于單片機和計算機實現GPS數據的采集，并以良好的人機界面顯示出系統所處的經緯度、海拔高度、X，Y坐標以及日期等信息，該系統已應用于某外場的車載定位試驗中，代替了以前人工記錄定位數據的煩瑣，提高了效率。

1 系統描述
本設計利用TI的低功耗MSP430F149單片機的雙串行接口，一路將GPS接收模塊接收的定位信息數據傳送至單片機，由單片機對GPS定位信息中需要的信息進行采集、解析，最后將需要的信息發送至外接的液晶顯示其經、緯度、海拔高度和時間；同時將解析的數據經外部的串口轉USB接口電路傳送至計算機，計算機將接收到的經緯度坐標通過坐標變換轉換成本地的高斯平面坐標，并一同將經緯度、海拔高度、高斯平面坐標值等顯示給用戶，其整體系統框圖如圖1所示。

2 GPS數據格式類型及定位信息提取
GPS模塊上電后，會每隔一定的時間返回一定格式的數據，其數據格式為：“$信息類型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x”，每幀的起始字符都是“$”，接著是信息類型，后面是定位參數，以逗號分隔開。一幀完整的數據格式如下所示：
$GPRMC，080655．00，A，4546．40891，N，12639．65641，E，1．045，328．42，170809，，，A*60
以上幀數據表示的意義：其中信息類型GPRMC表示為推薦最小定位；080655．00表示當前時間為08時06分55秒；A表示有效定位；4546．4 0891表示緯度；N表示北緯；12639．65641表示經度；E表示東經；1．045表示速率，其單位為節(海里／h)；328．42表示航向，指的是偏離正北的角度；170809表示日期等，具體參數見文獻。除了GPRMC信息類型外，還有GPGGA信息類型，它里面包括GPS定位信息，其中海拔參數即
在此信息類型內，其他的信息類型可參考文獻。
設計中數據信息提取、解析是通過TI公司的低功耗單片機MSP430F149完成，其方法首先通過搜尋ASCII碼“$”來判斷是否是一幀數據的開始，然后通過接收到的五個字符來判斷當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“，”的個數來確定GPS模塊當前所接收到的是哪個定位參數，從中提取出需要的定位信息。本設計中僅解析GPRMC和GPGGA的信息中的經、緯度、海拔高度、時間信息等。

3 GPS數據采集處理系統硬件系統設計
3．1 MSP430F149單片機與GPS模塊接口電路
MSP430F149單片機是TI公司推出的一款16位的單片機，其具有集成度高、外圍設備豐富、超低功耗等優點。本設計中利用MSP430F149單片機實現將GPS模塊中的定位信息通過串行接口采集單片機內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、緯度、海拔高度、時間信息等。
GPS模塊采用瑞士u-blox公司的NEO-5Q主芯片，此芯片為多功能獨立型GPS模組，以ROM為基礎架構，采用u-blox最新的KickStart微弱信號攫取技術，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，可方便地與單片機或ARM等微控制器實現無縫連接，電路簡單，其具體電路如圖2所示。