GPS定位信息的單片機顯示

    利用GPS（Global Positioning System）全球定位系統而建立的實時導航、定位、授時系統目前已被廣泛應用。本文介紹使用GARMIN公司的GPS25-LVS系列OEM (Original Equipment Manufacturer)接收板及單片機實現實時時間、經緯度等綜合信息顯示的設計方法。
    GPS25-LVS系列OEM板採用單一5V供電，內置保護電池，RS232、TTL兩種電平自動輸出NMEA 0183 2.0格式(ASCII字元型)語句，是目前應用最廣泛的GPS接收處理板，能滿足各種導航和授時領域的需求。具有很高的性價比和強有力的市場競爭力，其主要性能特點如下：

1. 并行12通道，可同時接收12顆衛星
2. 定位時間：重捕<2sec，熱 啟 動為15sec，冷 啟 動45sec，自動搜索90sec
3. 定位精度：15mRMS/差分時<5m
4. 可接收實時差分信號用於精確定位，信號格式為RTCM SC-104，波特率自適應。
5. 1PPS秒脈衝信號輸出，精度指標高達10-6秒
6. 雙串口（TTL）輸出，波特率可由軟體設置(1200～9600)
7. 環境工作溫度： -35°C—+85°C
8. 尺寸：46.5×69.8×11.4mm
9. 重量：31g
10. 輸入電壓：5.0VDC+/-5%
11. 靈敏度：-166Dbw
12. 後備電源：板置3V鋰電池(10年壽命)
13. 功耗：1W
14. 天線介面：50—ohm MCX 接頭有源天線(5V)
15. 電源/數據口：單排12插針

1 控制系統的硬體原理
1.1 GPS25-LVS系列OEM接收板硬體介面
    GPS25-LVS系列OEM接收板採用12腳的介面，介面各引腳的功能如圖1所示。設計中使用了串口1或12腳的NMEA輸出，串口1可用於PC機對OEM接收板進行參數設置，12腳NMEA輸出用於單片機信息處理。
 
1.2 單片機控制系統的硬體電路原理
    單片機採用華邦W78E516B，該晶元具有在系統下載編程功能，修改調試程序十分方便。其主要特性為：

• 32KB片內Flash存儲器，具有在線可編程能力和保密功能；
• 512B片內RAM
• 增強型串列通信口和串列外圍介面
• 支持C語言

    系統的電路原理如圖2。系統採用12MHz晶振，串口方式1接收GPS信息，P0口和P2口用於七段共陽LED顯示介面，可以輪流顯示實時時間、緯度、經度及其它GPS信息數據。
 
圖2. 單片機控制系統電路原理圖

2 控制系統的軟體設計
2.1 GPS25-LVS的信息輸出格式
    GPS25-LVS的通信波特率默認值為4800，1個起始位，8個數據位，1個停止位，無奇偶校驗。通常使用NMEA-0183格式輸出，數據代碼為ASCII碼字元。NMEA-0183是美國海洋電子協會為海用電子設備制定的標準格式，目前廣泛使用V2.0版本。由於該格式為ASCII碼字元串，比較直觀和易於處理，在許多高級語言中都可以直接進行判別、分離，以提取用戶所需要的數據。GPS25-LVS系列OEM板可輸出12句語句，分別是GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPVTG，LCGLL，LCVTG，PGRME，PGRMF，PGRMT，PGRMV，GPGLL。不同的語句中傳送不同的信息，如GPGGA語句中傳送的格式為：
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>
傳送的信息說明如下：
$GPGGA： 起始引導符及語句格式說明（本句為GPS定位數據）
<1> UTC時間，時時分分秒秒格式
<2> 緯度，度度分分.分分分分格式（第一位是零也將傳送）
<3> 緯度半球，N或S（北緯或南緯）
<4> 經度，度度分分.分分分分格式（第一位零也將傳送）
<5> 經度半球，E或W（東經或西經）
<6> GPS質量指示，0=方位無法使用，1=非差分GPS獲得方位，2=差分方式獲得方位（DGPS），6=估計獲得
<7> 使用衛星數量，從00到12（第一個零也將傳送）
<8> 水平精確度，0.5到99.9
<9> 天線離海平面的高度，-9999.9到9999.9米
M 指單位米
<10> 大地水準面高度，-999.9到9999.9米
M 指單位米
<11> 差分GPS數據期限（RTCM SC-104），最後設立RTCM傳送的秒數量（如無DGPS為0）
<12> 差分參考基站標號，從0000到1023（首位0也將傳送。如無DGPS為0）
* 語句結束標誌符
hh 從$開始的所有ASCII碼的校驗和
<CR> 此項在GPS25-LVS板中不傳送
<LF> 此項在GPS25-LVS板中不傳送
OEM板輸出的信息可在PC機的超級中端中顯示，也可在GARMIN公司提供的GPSCFG.EXE設置軟體中顯示，如在PC機上看到的實時接收GPGGA語句為：
$GPGGA,114641,3002.3232,N,12206.1157,E,1,03,12.9,53.2,M,11.6,M,,*4A
這是一條GPS定位數據信息語句，意思為UTC時間為11時46分41秒，位置在北緯30度2.3232分，東經122度6.1157分，普通GPS定位方式，接收到3顆衛星，水平精度12.9米，天線離海平面高度53.2米，所在地離地平面高度11.6米，校驗和為4AH。

2.2 單片機的信息接收處理
在單片機串口收到信息后，先判別是否為語句引導頭“$”，然後再接收信息內容，在收到“*”字元ASCⅡ碼后再接收二個位元組結束接收,然後根據語句標識區分出信息類別以對收到ASCⅡ碼進行處理顯示。注意在處理北京時間時應在UTC時間上加上8小時才是準確的北京時，在超出24小時時應作減24小時處理。串口中斷程序的處理流程如下圖3。
 
圖3. 串口中斷程序流程圖

2.3 GPS接收信息在內存中的分配
 

3 結束語
GPS接收OEM板價格的低廉和超小體積板子的大量生產，使得目前市場上手持GPS產品大量湧現，為GPS的應用展示了廣闊的前景。