手持定位器的設(shè)計與實現(xiàn)

葛 欣,藺雪葳,牟進(jìn)達(dá),王依岳（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院,山東 榮成 264300）

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手持定位器的設(shè)計與實現(xiàn)

葛 欣,藺雪葳,牟進(jìn)達(dá),王依岳
（哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院,山東 榮成 264300）

摘 要：為適應(yīng)定位導(dǎo)航市場的需求，本文設(shè)計了一種便捷、精確、價格低廉的手持定位器，主要實現(xiàn)了接收定位數(shù)據(jù)，經(jīng)緯度、海拔、時間顯示，數(shù)據(jù)傳送至移動終端等基本功能，完成了從定位到數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖粉櫣δ堋?/p>

關(guān)鍵詞：手持定位器；GPS定位；GSM通信；串口通信

0 引言

近年來，隨著科技的發(fā)展，便攜式定位裝置越來越受到人們的關(guān)注。該裝置有較高的實用價值，可以用于登山旅游、野外勘探等等。人們對于更加輕便、準(zhǔn)確、可靠的手持定位器的需求越來越強(qiáng)烈。手持定位器的產(chǎn)生和推廣必然是今后定位產(chǎn)品發(fā)展的趨勢［1］。

但是普通手持定位追蹤器只實現(xiàn)了定位功能，隨著GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和GPS技術(shù)之間的聯(lián)系越來越緊密，GSM系統(tǒng)短消息業(yè)務(wù)快速地成為了GPS定位系統(tǒng)應(yīng)用中一種全新的通信鏈路建立、數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)耐緩剑狙b置對GSM以及GPS進(jìn)行了完美的結(jié)合.

1 GPS定位器整體設(shè)計方案

設(shè)備整體設(shè)計。該裝置硬件部分由STC12C5A60S2單片機(jī)、GPS模塊、GSM模塊、12864液晶顯示屏、電量檢測模塊組成。GPS模塊通過衛(wèi)星定位，把準(zhǔn)確的經(jīng)緯度通過串口通信傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后顯示在12864液晶屏上。同時定位數(shù)據(jù)不斷通過GSM模塊發(fā)送至移動終端，移動終端可以是手機(jī)、電腦等。電源采用5v鋰離子電池，具有重量輕、體積小、循環(huán)壽命長等優(yōu)點。

2 GPS定位器硬件設(shè)計

2.1 主控系統(tǒng)

STC12C5A60S2具有SPI同步通信口，是一種全雙工可設(shè)置主模式/從模式，高速同步的通訊總線，可以用來進(jìn)行多單機(jī)的主從通信，可以及時接收GPS發(fā)送的定位數(shù)據(jù)，及時把定位數(shù)據(jù)發(fā)送至GSM模塊。而且在原來8052共256字節(jié)RAM的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展了256字節(jié)的RAM，共512字節(jié)，可以寫入足夠大的程序［2］。

2.2 GPS定位模塊

模塊采用U-BLOX NEO-6M模組U-BLOX NEO-6M模塊采用50個通道的U-blox6引擎 GPS L1 C/A碼，接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)高效迅速，相比于基站定位、RFID/二維碼等［3］。標(biāo)簽識別定位、場景識別定位等，具有方便，可靠性好，性價比高等一系列優(yōu)點，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域。U-BLOX NEO-6M模組，完全支持OMA SUPL規(guī)范。具有AssistNow自主定位快速功能，可以更快的捕獲衛(wèi)星信息，接收更新速率達(dá)到5Hz，跟蹤靈敏-162dBm。使之更加準(zhǔn)確的定位后，經(jīng)RS232標(biāo)準(zhǔn)I/O輸出串行數(shù)據(jù)或者輸出TTL數(shù)據(jù)，向MCU進(jìn)行發(fā)送。

2.3 GSM通信模塊

基于GSM系統(tǒng)的短消息收發(fā)系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，采用在電腦或單片機(jī)通過GSM模塊向手機(jī)等移動終端發(fā)送短信，比較適合本產(chǎn)品的開發(fā)。其短信收發(fā)分為兩種模式：Text、PDU模式，PDU模式比較復(fù)雜，需要用專門的函數(shù)將文本格式轉(zhuǎn)換為PDU格式，應(yīng)用Text模式開發(fā)比較簡單，本設(shè)計采用的是Text模式。在這種方法中，可以通過PC 與GSM模塊通信獲得定位數(shù)據(jù)，但是電腦等硬件體積大，不便于攜帶，可通過手機(jī)與GSM模塊通信，此種方法便于實現(xiàn)。

3 GPS定位器軟件設(shè)計

該定位器主要完成GPS信號接收、實時顯示經(jīng)緯度、無線數(shù)據(jù)傳輸、電源電量顯示等功能，采用模塊化設(shè)計。硬件設(shè)計完成后，對軟件進(jìn)行相關(guān)設(shè)計，編寫關(guān)于GPS定位程序、LCD12864顯示定位數(shù)據(jù)程序以及通信模塊無線數(shù)據(jù)傳輸程序。

3.1 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計流程

系統(tǒng)軟件由初始化模塊和數(shù)據(jù)接收處理模塊組成。系統(tǒng)的初始化主要包括RAM初始化、特殊功能寄存器初始化和外圍設(shè)備的初始化。程序工作流程圖如圖1所示。

3.2 軟件模塊設(shè)計

3.2.1 GPS定位數(shù)據(jù)接收與發(fā)送程序設(shè)計

接收程序負(fù)責(zé)定位信息的接收、所需協(xié)議語句數(shù)據(jù)的提取以及其他情況（接收溢出、錯誤報警等）的處理。在檢測到有效信息后，接收程序?qū)⒔邮站彌_器中的內(nèi)容讀入MCU的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

如今市場上的GPS模塊種類各異，但大都遵守NMEA-0183協(xié)議。該協(xié)議是美國國家海洋電子協(xié)會為海用電子設(shè)備制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，目前已成了GPS導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的RTCM標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。NMEA-0183協(xié)議采用ASCII碼來傳遞GPS定位信息，稱之為幀［4］。

定位器使用異步串行通信對數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送，首先把數(shù)據(jù)讀入SBUF中，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的通信數(shù)據(jù)格式，對停止位以及起始位進(jìn)行自動植入。當(dāng)發(fā)送抵達(dá)停止位時，標(biāo)識發(fā)送為禁止，當(dāng)禁止接觸時，數(shù)據(jù)接收方單片機(jī)就會做出反應(yīng)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收時，采樣時鐘以輸入數(shù)據(jù)波特率的16倍頻率采樣輸入數(shù)據(jù)線，如果連續(xù)8次采樣到低電平，認(rèn)為是一幀數(shù)據(jù)的起始位，當(dāng)接收到起始位后，連續(xù)接收預(yù)先定位的數(shù)據(jù)以及停止位，這樣就接收到了一幀的數(shù)據(jù)。

GPS系統(tǒng)中有兩種時間區(qū)分，一為UTC，另一為LT（地方時）兩者的區(qū)別為時區(qū)不同，因此在計算定位時的標(biāo)準(zhǔn)時間要統(tǒng)一用UTC時間進(jìn)行換算。整個地球分為二十四時區(qū)，每個時區(qū)都有自己的本地時間，在國際無線電通信中，為統(tǒng)一而普遍使用一個標(biāo)準(zhǔn)時間，稱為通用協(xié)調(diào)時（UTC，Universal Time Coordinated）。如果要把UTC時間轉(zhuǎn)化為本地時間，可以使用以下公式：

UTC + 時區(qū)差＝本地時間

時區(qū)差東為正，西為負(fù)。為此，把東八區(qū)時區(qū)差記為 +0800，那么UTC + （＋0800） = 本地（北京）時間。

3.2.2 通信模塊接收與發(fā)送數(shù)據(jù)程序設(shè)計

通信部分是由單片機(jī)、SIM900A和移動終端組成。U-BLOX NEO-6M收到的數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)中處理，再由單片機(jī)和SIM900A之間的串行口以AT的形式發(fā)送。發(fā)送的數(shù)據(jù)要進(jìn)行PDU解碼以十六進(jìn)制形式發(fā)送。單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)方式采用異步串行通信，與定位數(shù)據(jù)的接收方式相同。

用戶（追蹤器）可以通過接收定位器發(fā)送的短信來提取定位數(shù)據(jù)，也可以發(fā)送短信來對定位器進(jìn)行控制和功能設(shè)置。這需要定位器在收到短信后能夠自動識別命令類型并自動執(zhí)行，包括跟蹤開始，跟蹤停止等基本命令。

3.2.3 GPS定位信息顯示程序設(shè)計

中斷接收程序已對“$GPGGA”協(xié)議語句進(jìn)行了解析，然后將經(jīng)度、緯度、時間信息等實時刷新顯示在LCD12864液晶屏上。GPS模塊不斷收到新的數(shù)據(jù)，單片機(jī)不斷刷新RAM，在液晶屏上顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于STC12C5A60S2單片機(jī)的簡易手持定位器，實現(xiàn)了GPS經(jīng)度、緯度、時間等信息數(shù)據(jù)的讀取。本設(shè)計方法靈活，采用了單片機(jī)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，易于調(diào)試，價格便宜，成本低，性能較穩(wěn)定，方便從GPS定位模塊中提取各種所需定位數(shù)據(jù)，可廣泛用于民用領(lǐng)域，方便攜帶，在所需衛(wèi)星導(dǎo)航定位信息的廣大領(lǐng)域內(nèi)具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

［1］陶宗儀.GPS的發(fā)展、應(yīng)用及前景［M］.航空電子技術(shù),2010（03）：1-7.

［2］李全利.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第二版）［M］.北京：高等教育出版社,2009：10-16.

［3］陳嘉清.手持定位裝置的設(shè)計與實現(xiàn)［D］.大連海事大學(xué),2009：25-29.

［4］錢德俊,張哲,胡晨.NMEA0183協(xié)議解析［J］.電子器件,2007（02）：1-3.

資助項目：哈爾濱理工大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（簡易手持定位追蹤器系統(tǒng)的設(shè)計）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.12.216

作者簡介：葛欣（1995-），女，山東齊河人，本科在讀，研究方向：電子信息工程。