GPS内容汇总.docx

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GPS内容汇总

1GPS接收机输出数据格式

NMEA-0183是美国国家海洋电子协会制定的用于航海仪器数据异步通信的通用接口标准，他是由ASCII字符组成的字符串。

GPS接收机以NMEA-0183标准格式输出GPS定位数据，数据终端设备需要实时从GPS输出的NMEA0183数据流中得到位置信息、时间信息。

GPS接收机提供了多种语句格式，有GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPZDA和GPGLL等。

用户可以根据需要选择一种或多种语句输出。

本系统选择接收并解析GPGLL和GPZDA，分别获取地理位置信息和UTC时间信息（含日期），UTC时间通过时差修正得到本地时间信息。

NMEA0183语句包含多个数据项，数据项之间以逗号分隔，语句以回车（CR）和换行（LF）符结尾。

GPZDA语句格式如下：

上述语句中，各数据项的意义如下：

①语句类型：

$GPZDA；②UTC时间：

14523.62；③UTC日：

01～31；④UTC月：

01～12；⑤UTC：

年2001；⑥本地时差：

10时；⑦本地时差：

34分；⑧校验和：

6E。

其中校验和包括$符。

GPGLL语句格式如下：

上述语句中，各数据项的意义如下：

①语句类型：

$GPGLL；②纬度值；③北纬；④经度值；⑤西经；⑥UTC时间，时时分分秒秒．秒秒秒格式；⑦状态，A=定位，V=未定位；⑧校验和：

2C。

其中校验和包括$符。

接收上述GPS信息由AT89C2051单片机的UART完成。

GPGLL为55个字符，GPZDA为38个字符。

考虑到单片机内部RAM单元有限，为适应GPS同时输出的数据句型比较多，数据量比较大的情况，因此，需要对句型进行选择性接收。

2主程序设计

主程序主要包括以下几个部分：

初始化、接收GPS数据、GPS信息处理、超时处理判断等。

GPS数据采用中断方式接收，数据处理由独立子程序完成，主要包括时间、位置信息的提取。

数据接收处理完毕后，传送到LCD显示。

超时判断时间间隔设定与GPS数据更新速度匹配即可，其目的是保证GPS提供的位置、时闻信息与用户的可视信息同步。

主程序流程图如图2所示。

GPS接收机通常采用RS232C／RS485／422标准：

传输速率可以设定，有4800b／s等，数据位：

8b，停止位：

1b。

对于AT89C2051单片机，选择定时器1作为波特率发生器，波特率取决于溢出速率。

波特率计算公式如下：

系统时钟取11.0592MHz，则对于波特率4800b／s，定时器1重载值为FAH。

3数据处理子程序设计

接收缓冲区存储的内容是ASCII码（字符），因此在处理成数据的时候要进行转换。

对于时间数据，处理成压缩BCD格式，如对于以下的GPZDA信息：

$GPZDA，114523，18，11，2006，10，34*6E

经处理后，得到如下信息：

11H（时），45H（分），23H（秒），18H（日），11H（月），20H（世纪）-06H（年代），10H（时差）。

GPS数据处理子程序首先将接收的时间数据转换为上述BCD数据。

根据GPZDA得到UTC时间和本地时差后，可以修正为本地时间输出。

时间修正要考虑到进位和借位问题。

在程序设计过程中闰年、大月小月需要分别处理。

带时差修正的GPS信息处理流程图如图3所示。

图中，Hour表示UTC时，Min表示UTC分，Sec表示UTC秒，Day表示UTC日，Mon表示UTC月，YearH表示UTC世纪，YearL表示UTC年代；D_Hour和D_Min表示时差的时和分。

常用GPS接收机输出NMEA0183数据有V2.1，V2.0和V1.5三种版本，其中V2.1版本时差修正到分钟，而V2.0和V1.5只到小时。

为满足程序通用，在实际信息解析时以V2.1为准，当接收的信息为V2.0和V1.5时，只需将上述程序中D_min置为0即可。

基于单片机的GPS接收机设计

摘要：

采用单片机实现GPS接收机方案，实现了数据的接收、处理和液晶显示，给出了系统实现原理图和程序流程图，对方案做了详细说明。

关键字：

GPS16450液晶显示

TheDesignofGPSReceiverbasedonSCM

ChenTie,WuhanVocationalCollegeOfSoftwareandEngineering,430205

Abstract:

TheGPSreceiverssystembasedonSCMrealizedthedatareception,processingandliquidcrystaldisplay,andthesystemgivestheschematicflowchartsandprocedures,andhasdoneadetaileddescription.

Keywords:

GPS16450liquidcrystaldisplay

1.引言

全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）是美国从20世纪70年代开始研制，于1994年全面建成，以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航与定位系统。

它以全球覆盖、全天候、连续实时提供高精度的三维位置、三维速度和时间信息的能力，很好地解决了人类导航和定位问题。

随着全球定位系统的不断改进，软硬件的不断完善，应用领域正在不断的开拓，无论在军事还是民用领域都得到广泛地应用和发展。

实际应用中，GPS接收机收到轨道卫星的信号后，经过解调输出的，是标准格式的GPS定位数据，该数据必须经过进一步处理，才能在用户数据终端上显示。

2.接收机硬件设计

系统采用AT89S51单片机作微控制器，用GPS_GB10接收模块接收轨道卫星的信号，经GPS信号处理后用16450进行串并转换,通过数据总线传给CPU,再经8255发送给LCD显示，系统结构如图1所示。

GPS信号处理

16450串并转换

CPU

LCD

显示

TXD

RXD

总线

GPS天线

图1系统结构图

2.1控制单元

由于单片机芯片数据存储容量不足,用6264扩展8K外部数据存储单元来临时存储接收的GPS数据,用74LS138译码器产生GPS与液晶的片选信号,同时用74LS373对数据进行锁存，以实现单片机P0口的数据地址复用。

原理图如图2所示。

图2控制单元原理图

2.2GPS数据接收部分

GPS模块GB10接收多颗卫星的定位信息，进行处理后按一定的格式输出串行数据，16450实现串并转换，通过总线与单片机通信。

GPS接收模块默认设置输出为：

$PFST，NMEA，E003，4800

在系统中需设置输出为：

$PFST，NMEA，2000，即只输出$GPGGA格式，格式为：

$GPGGA,hhmmss.dd,xxmm.dddd,,yyymm.ddd,，v，ss，d.d，h，h，M,g，g，M，a.a，xxxx*hh

hhmmss.dd世界协调时（UTC）

hh：

时；mm：

分；ss：

秒；dd：

秒（小数部分）

xxmm.dddd纬度

xx：

度；xm：

分；dddd：

十进制分（小数部分）

北纬N/南纬S

yyymm.dddd经度

yyy：

度；mm：

分；dddd：

十进制分（小数部分）

东经E/西经W

V定位指示

0：

未定位1：

GPS定位

SS使用到的卫星数量：

0~12颗

d.dHDOP水平方向定位精度阀值

h.h天线高度（相对于海平面）

MNULL

g.gNULL

MNULL

a.aNULL

xxxxNULL

*hhhh：

校验和

从GPGGA输出信息中提取数据，显示在液晶屏上，原理图如图3所示。

图3GPS接收模块原理图

2.3液晶显示

液晶显示部分采用OCMJ2*8A汉字图形液晶显示模块,用并行总线方式通过8255与单片机连接，显示速度较快。

128*32,可以清晰显示接收数据，显示格式为：

第一行纬度：

LAT（纬度的缩写）：

+纬度值+N/S

第二行经度：

LONG（经度的缩写）：

+经度值+E/W

第三行高度：

HIGH：

高度值+高度单位M+定位有效A：

0/1（1时有效）

第四行时间：

TIME：

时分秒.秒的小数两位（国际时间）

原理图如图4所示。

图4液晶显示原理图

3.软件设计

3.1主程序流程

接收GPS模块数据

设置GPS模块输出格式

初始化16450，8255

开始

数据为“$”

显示纬度、经度、高度、时间、定位有效值

LCD清屏

数据存储到外部RAM

接收GPS模块数据

接收结束？

设置GPS模块输出格式

LCD显示各行数据名称

查询外部RAM

Y

N

Y

N

图5主程序流程图

3.2GPS数据接收

1.初始化。

自检完毕后,将开始卫星探测跟踪过程,整个过程都是完全自动的,正常情况下GPS_GB10将用30秒的时间获取位置定位信息

2.导航。

探测完毕后,GPS_GB10将通过并口输出到液晶显示经度,纬度,高度和时间

3.卫星数据收集。

在运行时,GPS_GB10将自动更新卫星轨道数据.

3.3液晶显示

系统上电后通过程序对液晶初始化,然后对液晶清屏,对BUSY清零等待接收数据,当GPS把信号输出时置REQ=1请求接收,同时当BUSY=0时液晶接收数据并显示出数据，流程图如图6所示。

清屏

等待接收数据

接收数据

结束

初始化

图6液晶显示流程图

4结束语

系统采用单片机控制，实现了接收数据的处理和显示，系统简单，价格低廉，是一种经济的GPS接收机实现方法，具有一定的实用意义。

由于GPS接收模块的定位精度存在一定误差，可以在显示前通过差分算法程序对数据先处理，可以大大提高系统精度。

参考文献:

1.    DateSheet.SkyNavGB10UltraFastTTFFandAllinOneGPSReceiverBoard

2.    天工测控有限责任公司.GPS全球定位系统及天工产品应用指南

3.    黄凌.基于单片机的GPS信息处理系统南京信息职业技术学院

简易GPS定位显示器电路原理图