MIS系統中GPS15L模塊的應用

全球定位系統(Global Positioning System——GPS)是上世紀70年代由美國國防部批準開始研制，并在子午儀衛星導航系統的基礎上發展起來的。GPS系統一般包括三大部分。第一是空間部分，即GPS衛星星座；第二是地面控制部分，也就是地面監控系統；第三是用戶設備部分，主要指GPS信號接收機。

GPS信號接收機的任務是捕獲一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，并跟蹤這些衛星，然后對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，再解譯出GPS衛星所發送的導航電文，最后實時計算出測站的三維位置、位置、甚至三維速度和時間。由于GPS衛星發送的導航定位信號是一種可供無數用戶共享的信息資源，因此，對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收設備。即GPS信號接收機，就可以在任何時候用GPS信號進行導航定位和測量。

1 GPS15L接收機模塊性能

GARMIN的GPS15L接收機的功耗非常小，數據更新率為每秒一次。其優良的性能既能滿足陸地導航的靈敏度要求，也能滿足飛行器的動態要求。其OEM板無論是硬件和軟件，都十分易于使用。非常適合做系統集成。GPS接收機OEM板中可以將衛星軌道參數、上次定位位置、時間和日期等數據保存在靜態存儲器中，GPS15L接收機內部有備用電池來為存儲器供電。

GPS15L的技術指標包括物理指標、電氣指標、GPS指標、接口、環境特性、產品配置等。

(1)物理指標

◇尺寸：35.56mm×45.85mm×8.31mm；

◇重量：14克。

(2)電氣指標

◇輸入電壓(直流)：3.3～5.4 V；

◇輸入電流：峰值100 mA，標稱值85 mA；

◇備用電池充電電壓(直流)：2.8～3.4 V；

◇接收機靈敏度：最小可達-165 dBW。

(3)GPS指標

◇接收機通道：12；

◇定位時間：重新捕獲時間小于2秒，熱啟動約為15秒(所有數據已知)。冷啟動約為45秒(初始位置、時間和歷書已知，星歷未知)，自動定位時間為5分鐘(歷書已知，初始位置和時間未知)，搜索天空(所有數據均未知)；

◇更新率：1秒；

◇精度：定位精度小于15米(95％)，速度精度0.05米／秒RMS(穩定狀態)，差分精度小于5米(95％)，PPS精度±1微秒；

◇動態性能：速度上限為1850 kg／h，加速度上限為6 g，高度上限為18000 m。

(4)接口

◇接口特性：RS-232輸出，輸入可為RS-232或者具有RS-232極性的TTL電平?？蛇x波特率為300，600，1200，2400，4800，9600，19200，38400；

◇串口1接口協議：輸出NMEA0183版2.00的ASCII碼語句，包括GPALM，GPGGA，GPGLL，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG(NMEA標準語句)；PGRMB，PGRME，PGRMF，PGRMM，PGRMT，PGRMV(GARMIN定義的語句)。還可以將串口1設置為輸出包括GPS載波相位數據的二進制數據。輸入初始位置、時間、秒脈沖狀態、差分模式、NMEA輸出間隔等設置信息；

◇串口2接口協議：輸人為實施差分改正數據(RTCM SC-104信息類型1，2，3，7，9)；

◇秒脈沖PPS特性：1Hz，脈寬可調，精度±1微秒。

(5)環境特性

◇溫度范圍：工作溫度為-30℃～+80℃，儲存溫度-40℃～+90℃。

(6)產品配置

◇標準配置：GPS OEM板，排線，GAER-MIN OEM設置軟件，產品說明書；

可選配置：GPS天線為G505，BNC接口；轉接線30厘米，BNC轉MCX。

GPS15L的串口1與PC的串口連接示意圖如圖1所示。


使用時，可將GPS15L的串口1與S3C2410A的串口2進行連接。由于ARM主控板提供的串口是孔狀的，所以，GPS15L要和針狀的串口接頭進行連接，連接時可將圖1中的數據出線和數據入線兩線對調，并分別連接到針狀串口接頭的PIN3(DATAOUT)和PIN2(DATAIN)。

2 GPS數據提取程序的設計

2.1? 串口通信程序的設計

由于GPS模塊是通過串行口1與S3C2410的串口2進行連接來進行通信的，因此，本文設計了Linux系統下的相應串口通信程序。

在整個操作過程中，與串口的通信只用到了3個功能，即打開、讀和關閉串口。

(1)打開串口

在Linux下，所有的硬件設備都被看成是普通文件，系統中每一個設備都用一種特殊的設備相關文件來表示，并存放在／dev／目錄下。串口文件就位于／dev下，串口一為／dev／ttvS0，串口二為／dev／ttyS1，打開串口可通過使用標準的文件打開函數來進行操作，具體如下：



(2)讀串口

由于在整個通信過程中，需要的只是從GPS模塊讀取數據，所以，這里只用到讀串口程序，其代碼如下：



(3)關閉串口

關閉串口實際就是關閉文件，其代碼如下：

close(m_nFDGPSDevice)；

2.2 GPS數據提取

一般情況下，GPS接收機只要處于工作狀態，就會源源不斷地把接收到的信息通過串口傳送到主控制板中。它的每一條NMEA語句都是以“$”為開始標志、以“＼n”為結束標志。接收到的GPRMC語句格式為：



其中，CR、LF分別表示ASCII字符“回車”和“換行”，hh代表了“$”和“*”之間所有字符的按位異或值(不包括這兩個字符)。其含義見表1所列。



通過讀串口得到的數據可能會出現兩種情況，一種情況是每次讀到的數據中都會有完整的GPRMC語句，另一種情況是GPRMC分兩次獲得。獲得完整的句子之后。接著判斷得到的句子是否為GPRMC語句(即判斷句子是否以GPRMC開頭)，如果是GPRMC語句，再就開始判斷每個數據格式是否正確，包括表1中的UTC時間格式、定位有效性、緯度格式、緯度半球表示方法、經度格式、經度半球表示方法、UTC日期格式信息等，最后還將“$”和“*”之間的所有字符按位異或(不包括這兩個字符)，并計算校驗和，看其是否為hh值(“*”之后的值)。

判斷語句是否為GPRMC語句的流程如圖2所示。



其部分關鍵函數如下所示：

int Init()；初始化函數，用來打開串口，進行串口設置(波特率、數據位、校驗位)等；

void Tick ()；讀串口數據函數；

void Cleanup ()；關閉串口函數；

void Decode(char*szData)；判斷GPRMC語句函數；

bool VeriLine(char*szBuffer)；判斷GPRMC語句中數據格式是否正確函數；
?
void DecodeLine (char*szBuffer)；提取GPRMC語句中有用信息并打印，包括時間、經
緯度、日期。

以下是部分相關函數：

bool VeriLine(char*szBuffer)；判斷GPRMC語句中數據格式是否正確函數；

bool VeriTimeForm(char*szBuffer2)；判斷時間格式函數；
bool VeriLonForm(char*szBuffer2)；判斷經度格式函數；
?
bool VeriLatForm(char*szBuffer2)；判斷緯度格式函數；

bool VeriDayForm(char*szBuffer2)；判斷日期格式函數；

如果語句為正確的GPRMC語句，接下來就可以提取所需信息，提取時間、經緯度和日期信息的部分程序如下：

void PrintTime(char*szBuffer2)；打印時間函數，在此要將UTC時間轉換為北京時間；

void PrintLonLat (char*szBuffer2，int n)；打印經緯度函數；

void PrintDay (char*szBuffer2)；打印日期函數，以年／月／日形式打印。

3? 結束語

全球定位系統具有性能好、精度高、應用廣等特點，是迄今最好的導航定位系統。隨著全球定位系統的不斷改進，以及硬件和軟件的不斷完善，其應用領域還在不斷地開拓。目前，GPS應用已開始逐步深入人們的日常生活。GARMIN的GPS接收機功耗非常小，數據更新很快，而且，其優良的性能既能滿足陸地導航的靈敏度要求，也能滿足飛行器的動態要求。