GPS定位信息的单片机控制显示系统

利用GPS（Global Positioning System）全球定位系统而建立的实时导航、定位、授时系统目前已被广泛应用。本文介绍使用GARMIN公司的GPS25-LVS系列OEM (Original Equipment Manufacturer)接收板及单片机实现实时时间、经纬度等综合信息显示的设计方法。
    GPS25-LVS系列OEM板采用单一5V供电，内置保护电池，RS232、TTL两种电平自动输出NMEA 0183 2.0格式(ASCII字符型)语句，是目前应用最广泛的GPS接收处理板，能满足各种导航和授时领域的需求。具有很高的性价比和强有力的市场竞争力，其主要性能特点如下：
 并行12通道，可同时接收12颗卫星
 定位时间：重捕<2sec，热 启 动为15sec，冷 启 动45sec，自动搜索90sec
 定位精度：15mRMS/差分时<5m
 可接收实时差分信号用于精确定位，信号格式为RTCM SC-104，波特率自适应。
 1PPS秒脉冲信号输出，精度指标高达10-6秒
 双串口（TTL）输出，波特率可由软件设置(1200～9600)
 环境工作温度： -35°C—+85°C
 尺寸：46.5×69.8×11.4mm
 重量：31g
 输入电压：5.0VDC+/-5%
 灵 敏 度：-166Dbw
 后备电源：板置3V锂电池(10年寿命)
 功耗：1W
 天线接口：50—ohm MCX 接头有源天线(5V)
 电源/数据口：单排12插针

1 控制系统的硬件原理
1．1 GPS25-LVS系列OEM接收板硬件接口
    GPS25-LVS系列OEM接收板采用12脚的接口，接口各引脚的功能如图1所示。设计中使用了串口1或12脚的NMEA输出，串口1可用于PC机对OEM接收板进行参数设置，12脚NMEA输出用于单片机信息处理。

1．2单片机控制系统的硬件电路原理

图2. 单片机控制系统电路原理图
    单片机采用华邦W78E516B，该芯片具有在系统下载编程功能，修改调试程序十分方便。其主要特性为：
①32KB片内Flash存储器，具有在线可编程能力和保密功能；
②512B片内RAM；
③增强型串行通信口和串行外围接口；
④支持C语言。
    系统的电路原理如图2。系统采用12MHZ晶振，串口方式1接收GPS信息，P0口和P2口用于七段共阳LED显示接口，可以轮流显示实时时间、纬度、经度及其它GPS信息数据。
2 控制系统的软件设计
2．1 GPS25-LVS的信息输出格式
    GPS25-LVS的通信波特率默认值为4800，1个起始位，8个数据位，1个停止位，无奇偶校验。通常使用NMEA-0183格式输出，数据代码为ASCII码字符。NMEA-0183是美国海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式，目前广泛使用V2.0版本。由于该格式为ASCII码字符串，比较直观和易于处理，在许多高级语言中都可以直接进行判别、分离，以提取用户所需要的数据。GPS25-LVS系列OEM板可输出12句语句，分别是GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG，LCGLL，LCVTG，PGRME，PGRMF，PGRMT，PGRMV，GPGLL。不同的语句中传送不同的信息，如GPGGA语句中传送的格式为：
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>
传送的信息说明如下：
$GPGGA： 起始引导符及语句格式说明（本句为GPS定位数据）
<1>  UTC时间，时时分分秒秒格式
<2>  纬度，度度分分.分分分分格式（第一位是零也将传送）
<3>  纬度半球，N或S（北纬或南纬）
<4>  经度，度度分分.分分分分格式（第一位零也将传送）
<5>  经度半球，E或W（东经或西经）
<6>  GPS质量指示，0=方位无法使用，1=非差分GPS获得方位，2=差分方式获得方位（DGPS），6=估计获得
<7>  使用卫星数量，从00到12（第一个零也将传送）
<8>  水平精确度，0.5到99.9
<9>  天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米
M    指单位米
<10> 大地水准面高度，-999.9到9999.9米
M    指单位米
<11> 差分GPS数据期限（RTCM SC-104），最后设立RTCM传送的秒数量（如无DGPS为0）
<12> 差分参考基站标号，从0000到1023（首位0也将传送。如无DGPS为0）
*    语句结束标志符
hh   从$开始的所有ASCII码的校验和
<CR>  此项在GPS25-LVS板中不传送
<LF>  此项在GPS25-LVS板中不传送
OEM板输出的信息可在PC机的超级中端中显示，也可在GARMIN公司提供的GPSCFG.EXE设置软件中显示，如在PC机上看到的实时接收GPGGA语句为：
$GPGGA,114641,3002.3232,N,12206.1157,E,1,03,12.9,53.2,M,11.6,M,,*4A
这是一条GPS定位数据信息语句，意思为UTC时间为11时46分41秒，位置在北纬30度2.3232分，东经122度6.1157分，普通GPS定位方式，接收到3颗卫星，水平精度12.9米，天线离海平面高度53.2米，所在地离地平面高度11.6米，校验和为4AH。
2．2 单片机的信息接收处理
    在单片机串口收到信息后，先判别是否为语句引导头“$”，然后再接收信息内容，在收到“*”字符ASCⅡ码后再接收二个字节结束接收,然后根据语句标识区分出信息类别以对收到ASCⅡ码进行处理显示。注意在处理北京时间时应在UTC时间上加上8小时才是准确的北京时，在超出24小时时应作减24小时处理。串口中断程序的处理流程如下图3。

图3. 串口中断程序流程图

2.3 GPS接收信息在内存中的分配

表1. 内存内信息地址表

3 结束语
    GPS接收OEM板价格的低廉和超小体积板子的大量生产，使得目前市场上手持GPS产品大量涌现，为GPS的应用展示了广阔的前景。