基于单片机的GPS数据采集与传输系统的设计与实现

【摘 要】GPS全球定位系统作为一种先进的空间定位技术在生活中被广泛应用，已经成为当今信息时代不可或缺的一部分。本设计以RoyalTek GPS接收模块为例，介绍GPS的通信协议并设计了一种将GPS模块接收到的定位信息在上位机上显示的方法，以方便用户通过简洁的人机界面查看GPS模块定位信息。

【关键词】单片机；GPS；上位机

0 引言

随着经济的不断发展，移动目标的定位、监控、指挥和调度系统，已经成为银行、以及公交运输系统中一个越来越重要的问题，而GPS定位技术的出现给车辆、轮船等移动目标的导航定位提供了精确的定位能力。市场上已有许多基于GPS接收机开发的产品，如车载导航系统、GPS手持式用户机等。然而，GPS定位接收机价格普遍比较昂贵，而且难以满足特定条件下的应用需求。

本设计是在了解GPS通信协议的基础上，对GPS通信接口进行模块划分，利用C语言对各功能模块进行编程设计，实现单片机与gps模块之间数据通信，获取GPS经纬度、时间等信息，并通过串口在上位机上进行显示，实现GPS数据的采集和传输。

1 硬件设计系统

根据总体设计方案，该基于单片机的GPS硬件设计主要由GPS信号接收部分（Royaltek REB3571 GPS信号接收模块）、控制芯片（STC89C52单片机）、上位机、电平转换电路（MAX232）这几部分构成。其结构框图如图1：

1.1 电平转换MAX232

通常应用的GPS信号接收模块输出信号为TTL电平，与同样使用TTL电平的单片机串口可以直接进行通信。在上位机采用232电平，为了能使单片机在接收GPS定位信息并进行处理之后能正确地同上位机进行通讯，需要对电平进行相互转换，通过如图2所示电路，可以通过单片机串口进行单片机与上位机之间的通讯。

1.2 GPS模块

设计选用了RoyalTek SIRF3（REB 3571）GPS接收模块。SIRF 3芯片在2004年的最新的第三代芯片SiRFstar III（GSW 3.0/3.1）。这一芯片通过采用20万次/频率的相关器提高了灵敏度，可以同时追踪20个卫星信道。目前，市场上最新的非独立式GPS接收机很多采用这一芯片。

2 软件设计

在软件设计中，根据要求将设计分为下位机和上位机两部分来进行设计，以便此次设计顺利实行，也为后续的开发应用打下了良好的基础，使之有简易便捷的拓展性。下位机部分使用C语言来完成GPS信息采集与传输的程序设计，而上位机部分则使用前文提及的Delphi软件来设计人机交互界面。

2.1 下位机程序设计

在下位机部分划分了初始化模块、GPS数据处理模块、时间处理模块。

2.1.1 串口初始化模块

在设计中，GPS模块与单片机之间的通信是通过串行口中断进行的，在对GPS采集到的信息进行传输处理之前需要先进行串口的初始化工作。串口初始化函数代码如下：

void init_serialcomm（ void ）

{

SCON=0x50 ； //SCON： serail mode 1， 8-bit UART， enable ucvr

TMOD=0x20 ； //TMOD： timer 1， mode 2， 8-bit reload

PCON=0x80 ； //SMOD=1；

TH1=0xF3 ； //Baud：4800 fosc=11.0592MHz

TL1=0xF3 ；

IE=0x90 ； //Enable Serial Interrupt

TR1=1 ； // timer 1 run

}

2.1.2 GPS数据处理模块

GPS数据处理模块流程图如图3所示。

2.1.3 时间信息处理部分

GPS模块接收到的时间是格林威治时间。格林威治是世界上地理经度的起始点，其时间被定义为世界标准时间。而我国时间标准采用的是位于东八区的北京时间，比格林威治时间早8小时，所以在设计中还加入了时间的转换指令。

2.2 上位机显示设计

使用Delphi 7来进行上位机界面的编写较为简便，大多数控件和添加的界面工具互相之间都有内置的关联，这使得编写程序的工作变得较为简便。在设计中，Delphi 7.0编写了简洁美观、使用方便的上位机界面。通过良好的人机界面，使用者可以查看当前北京时间以及经纬度信息。下图为上位机界面的待机界面。在唐山学院这两个地点来分别进行GPS信息采集与上位机显示的测试。显示结果如下经Google经纬度卫星地图验证，上述两次不同地点的测试结果有所区别，且所显示的经纬度信息与各自实际位置较为吻合，误差在允许范围之内。综上所述，本设计满足了基本任务要求，实现了时间、经纬度信息的显示。

3 结论

本次设计是基于单片机的GPS数据采集与传输系统，通过制作单片机最小系统并连接GPS模块，实现了一种低成本的GPS信息处理系统，达到了基本满意的定位效果，且简单易懂，可行性高，易于改装与进行后续的扩展使用。

【参考文献】

[1]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，1996.

[2]庞秀梅.GPS定位系统及异系坐标转换系统的设计与实现[D].华中科技大学，2006.

[3]毕维峰.Delphi 7.0编程实例与技巧[M].航空工业出版社，2003.

[4]芦彦青.GPS在汽车导航和交通管理中的应用[J].客车技术，2008.