JP7-T的GPS接收机和定位系统设计

3软件设计

本系统的软件部分主要完成对经纬度、UTC时间、GPS定位有效性、移动端速度的采集、解码和显示。本设计将WGS-84坐标的经纬度都转换成以度为单位，UTC时间转换为北京时间，并将速度的knop单位转化为以km／h为单位。

3.1 JP7-T的GPS数据格式

NMEA-0183协议是美国国家海洋电子协会(NationaIMarineElectronlcsAssociation)制定的GPS接口协议标准。NMEA-0183协议中定义了若干代表不同含义的语句，每个语句实际上就是一个ASCII码串。这种码比较直观，易于识别和应用。其发送到计算机的数据主要由帧头、帧尾和帧内数据组成，根据数据帧的不同，帧头也不相同。帧头主要有"$GPGGA"、"$GPGSA"、"$GPGSV"以及"$GPRMC"等。这些帧头标识了后续帧内数据的组成结构，各帧均以回车符和换行符作为帧尾来标识一帧的结束。使用中不需要了解NMEA-0183通信协议的全部信息，仅需要从中挑选出需要的那部分定位数据即可，而将其余的信息忽略掉。

本项目中所使用的GPS导航数据可以在"$GPRMC"帧中获得，其帧格式如下：

格式中各字段的解释如下：

(1)当前位置的格林尼治时间，格式为hh-mmss；

(2)状态，A为有效位置，V为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于3颗；

(3)纬度，格式为ddmm.mmmm；

(4)用于标明南北半球，N为北半球、S为南半球；

(5)径度，格式为dddmm.mmmm；

(6)用于标明东西半球，E为东半球、W为西半球；

(7)地面上的速度，范围为0.0到999.9；

(8)方位角，范围为000.0到359.9度；

(9)日期，格式为ddmmyy；

(10)地磁变化，从000.0到180.0度；

(11)地磁变化方向，为E或W

3.2定位信息系统设计流程

JP7-T手册中提示该GPS的NMEA要使用的波特率为4800，所以，在软件中可以将串口波特率设置成4800定值。

(1)时间转换

GPS接收到的时间是UTC制时间，故应将它转换为北京时间。其核心算法为：hour+8；year+2000；设计时，如hour大于24，则dav+1，hour-24；接着根据月份和是否闰年来判断day处理后是否有相应月份要相继处理；然后根据处理后的月份判断年份是否要相继处理等等。需要注意的是：不要忘记判断平年和闰年。

(2) WGS-84经纬度单位转换

本设计选用的电子地图采用的是WGS84坐标系，而GPS测量得到的是WGS-84中的地心空间直角坐标系下的数据，所以，不用坐标转换。但由于GPS接收到的经纬度是以度和分为单位的，而我们日常生活中都是以度为计量单位，所以要进行单位转换。单位转换的算法(以纬度为例)是将接收到的纬度格式(ddmm.mmmm)除以100，以得到dd.mmmmmm，然后再调用modf函数分离出度和分，最后将分乘100并除以60，从而将分化成度。

(3)速度单位转换

本GPS获得的速度是以knot为单位的。而通常除了航海采用knot单位之外，陆空一般都是采用km／h为单位(1knot=1.8519 km／h)，所以，设计时还要将获得的速度乘以该单位转换参数。

本系统的软件设计流程图如图6所示。

3.3测试

软件编写完后，应先在PC机上用gcc编译，编译过程一般没有什么大问题。然后，可以将做好的GPS接收机通过串口接在PC机上进行软件和硬件的调试。本设计的GPS机经过连续几天运行都没有什么问题，非常稳定。但是，做这个demo板的最终目的是为设计一款基于ARM9处理器的手持机。所以，笔者又将该软件交叉编译。采用的编译器是3.3.2版本的arm-linux-gcc。为了验证测试板和软件在嵌入式系统下的可行性，笔者还将其与广州Friendly-arm生产的S3C2410实验箱相连并进行了测试。测试结果十分稳定，定位非常精确。

4结束语

设计本硬件和软件的主要目的是为一款手持导航仪的GPS选型作准备的。结果表明，选用该型号的GPS和本软件设计的系统十分稳定．定位快，热启动条件下首次定位只要8 s；冷启动时。首次定位时间也只要45 s，定位精度为10 m，是目前民用GPS中精度较高的了；而且可以在不影响功能的条件下设计出外观精美的产品。设计的软件可以将GPS定位信息通过GPS接收机完整接收，而且灵活性较大。如果换用其它坐标系的电子地图，则可以在描点前一步加坐标系转换模块。所处理的数据对于高层决策且有重要作用，可广泛用于导航、轨迹回放、中心车辆监控与调度等