GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計及實施研究

梁龍凱 呂緒浩 弓馨

摘 要科學(xué)技術(shù)的進步帶動了各種技術(shù)的發(fā)展。在本文中，分別介紹了GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計原則，并通過具體方法展現(xiàn)了GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在設(shè)計過程中如何通過軟硬件設(shè)備的結(jié)合來達到數(shù)據(jù)的采集、處理等過程，并在各領(lǐng)域充分發(fā)揮其作用。

【關(guān)鍵詞】GPS 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)力的飛速發(fā)展，移動技術(shù)有了空前的飛躍，又一個新興市場得到了開辟：定位導(dǎo)航。GPS（Global Positioning System，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)），由美國發(fā)射的24顆地球定位衛(wèi)星所組成，以高精度、全天時、全天候的特點，在定位、導(dǎo)航、授時、測距、遙感等領(lǐng)域有很多突出的優(yōu)點，如測量精確度高、速度快、抗干擾能力強、用戶無限制等，因此有廣泛的應(yīng)用前景。目前，GPS技術(shù)已經(jīng)在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、野外探險、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域展開的研究與試驗。數(shù)據(jù)采集，即通過傳感器或是其他測試設(shè)備，從待測試目標中提取有用的模擬信息或數(shù)字信息的過程。在現(xiàn)代信息技術(shù)完善發(fā)展的前提下，數(shù)據(jù)采集技術(shù)在現(xiàn)代生活的很多方面都有越來越廣泛的應(yīng)用。因此，結(jié)合GPS的優(yōu)勢來設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已經(jīng)成為一個熱門方向。在這次的GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主要通過GPS定位系統(tǒng)來得到具體地點的相關(guān)信息，通過軟件處理得到實用性信息，并在其他方面加以利用。

1 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計原則

在GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計中，要遵守以下原則：

1.1 實用性原則

即在設(shè)計的過程中，以實用性為首要原則。

1.2 易操作原則

GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的用戶包括各個層次的管理和操作人員，故需要確保該系統(tǒng)方便操作。

1.3 安全及集成原則

在使用過程中，要求采集數(shù)據(jù)在不同地方都能準確處理、傳輸，并與其它相關(guān)系統(tǒng)無縫集成。

1.4 可擴展性原則

在采集數(shù)據(jù)中，可以根據(jù)不同時期的數(shù)據(jù)變化而調(diào)整。

2 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整體描述

本次設(shè)計主要利用GPS定位功能，為發(fā)生事故的搜查和救援工作提供便利。其原理為：GPS輸出的時間、定位信息經(jīng)單片機接收后，將信息調(diào)整為便利標準，并用液晶終端顯示經(jīng)緯度、海拔高度、時間等相關(guān)信息，最終實現(xiàn)GPS數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換工作。硬件系統(tǒng)由GPS射頻前端、主控制器、液晶顯示模塊，數(shù)據(jù)傳輸單元構(gòu)成。以MSP430F149單片機作為雙串行接口，將定位信息傳輸至單片機，并對其進行采集和解析。該數(shù)據(jù)采集的整體系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

2.2 GPS數(shù)據(jù)的格式和定位信息提取

GPS模塊在工作時，每隔一定的時間段，則會返回一定格式的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式包括：一個起始位，八個數(shù)據(jù)位以及一個停止位，在數(shù)據(jù)中，無奇偶校驗。在輸出中，默認的波特率為4800，在輸出過程中，我們經(jīng)常采用gprmc定位信息來獲取所需要的信息，該gprmc語句如下：

$gprmc，utc時間（hhmmss格式），定位狀態(tài)（A為有效定位，V為無效定位），緯度（ddmm.mmmm格式），緯度半球（N或S），經(jīng)度（dddmm.mmmm格式），經(jīng)度半球（E或W），地面速率，地面航向，utc日期（ddmmyy格式）……*hh

其中$是語句起始標志；gprmc為識別符；逗號為數(shù)據(jù)區(qū)分隔符；*為效驗和識別符；hh為效驗和；為語句結(jié)束符。

2.3 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計

在該系統(tǒng)中，MSP430F149單片機具有集成度高、低功耗等優(yōu)點。GPS模塊則使用多功能獨立型模組，以ROM為基礎(chǔ)構(gòu)架，能保證在任何可接收位置都可以擁有最佳定位性能，使GPS得到快速定位。GPS模塊外部有多種接口，可以與單片機等無縫連接。

單片機完成定位信息采集和解析后，經(jīng)USB接口將數(shù)據(jù)傳入計算機進行下一步的處理。

2.4 GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，軟件系統(tǒng)的主要功能是用來完成接收單片機傳送過來的時間、日期、經(jīng)度、緯度、高度等定位參數(shù)信息，然后在計算機中，將經(jīng)緯度信息轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵱玫母咚蛊矫孀鴺?。?shù)據(jù)記錄軟件的職責主要有：數(shù)據(jù)格式解析、采樣速率的設(shè)定、原始數(shù)據(jù)和計算結(jié)果顯示、打包存儲（txt文件）及數(shù)據(jù)處理功能等。

該軟件系統(tǒng)使用標準圖形化用戶界面，漢化功能，可聯(lián)機幫助，操作簡單。各個功能可以按實際需求來靈活管理，也可以同時進行多任務(wù)的操作，如同時進行數(shù)據(jù)監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理等。各任務(wù)之間不影響。GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用軟件的設(shè)計可以采用面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)，用C++或C語言實現(xiàn)，使用Linux++編譯器，這樣既可以保證軟件的開發(fā)速度，同時也能具有良好的性能。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)GPS定位導(dǎo)航具有高精度，全天時等特點，在定位、導(dǎo)航、授時、測距、遙感等領(lǐng)域有很多突出的優(yōu)點，在工農(nóng)業(yè)、軍事、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。因此GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)運而生，現(xiàn)在已有很多基于GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方法。當然，我們更希望在此基礎(chǔ)上，能在系統(tǒng)設(shè)計過程中，提高硬件設(shè)備和軟件的編制過程，將軟硬件更好地結(jié)合起來，將其應(yīng)用于更多的領(lǐng)域中，充分發(fā)揮GPS導(dǎo)航定位的優(yōu)勢。

參考文獻

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作者單位

東北師范大學(xué)人文學(xué)院 吉林省長春市 130117