李曉強(qiáng)

（西安理工大學(xué) 高等技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710082）

0 引言

當(dāng)前GPS技術(shù)在我國(guó)主要應(yīng)用于大地測(cè)量、工程測(cè)量、地球動(dòng)力學(xué)、海洋測(cè)量和水下地形測(cè)繪等。此外，在軍事國(guó)防、智能交通、農(nóng)業(yè)氣象、環(huán)境監(jiān)測(cè)、航天航空、物理探礦、姿態(tài)測(cè)定等領(lǐng)域，也都開展了GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用[1]。目前，此類系統(tǒng)以單片機(jī)和DSP作為主控器較多。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái)，由于ARM處理器的高速發(fā)展，及其與單片機(jī)相比具有32位的內(nèi)核、較高的運(yùn)算速度、豐富的片內(nèi)集成以及較強(qiáng)的運(yùn)算能力的特點(diǎn)，同時(shí)其結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單使ARM內(nèi)核非常小，相對(duì)DSP器件的功耗也非常低[1]。因此本文使用ARM作為主控器與GPS－G03A(H)構(gòu)建系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)主控芯片LPC2214、GPS－G03A(H)、外擴(kuò)存儲(chǔ)器、通訊接口、電源以及其它工作所需其他輔助電路組成構(gòu)成。

2 GPS-G03A(H)特性

GPS－G03A(H)是一款超低功耗的GPS天線接收一體機(jī)，內(nèi)置UBLOX公司的小型封裝GPS模塊LEA－4H和接收天線，提供一路 3V（兼容 5V TTL輸入電平）串 口，支持 3.15到 5.25V范圍內(nèi)的工作電壓輸入以及一路 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口，并支持靈敏度、串口通訊波特率設(shè)置[2]。LEA－4H內(nèi)集成CPU可直接解算出經(jīng)緯度，時(shí)間和速度等信息，在接收到衛(wèi)星信號(hào)數(shù)目足夠（>4個(gè)）的情況下還能給出海拔高度和絕對(duì)高度信息，定位結(jié)果從串口輸出。其信號(hào)輸出格式兼容NEMA和UBX Binary等多種數(shù)據(jù)輸出格式，默認(rèn)為NEMA輸出，協(xié)議數(shù)據(jù)解釋見(jiàn)表1所示。

表1 NMEA協(xié)議GPGGA格式說(shuō)明

3 通訊接口設(shè)計(jì)

GPS－G03A(H)與LPC2214以RS232串口形式傳輸數(shù)據(jù)。LPC2214包含兩個(gè)UART異步串行通訊接口，分別為UART0和UART1，其結(jié)構(gòu)和寄存器符合16C550工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。[3]由于UART使用的是TTL定義的高低電平，與RS232定義的高低電平完全不同。RS232標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)邏輯方式，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)－3V～15V 電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)+3V～+15V 電平。LPC2214采用的 TTL標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)+2V～+3.3V 電平，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)+0V～+0.4V電平.所以在應(yīng)用時(shí)我們要使其進(jìn)行通訊必須進(jìn)行電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于系統(tǒng)電源為3.3V所以我們選擇工作電壓為3.3V的SP323E芯片進(jìn)行UART的TTL電平與RS232通訊的轉(zhuǎn)換。接口擴(kuò)展如圖1所示。

圖1 擴(kuò)展串口電路

4 通訊

LPC2214芯片共2個(gè)UART串口UART0和UART1，使用時(shí)對(duì)串口進(jìn)行初始化設(shè)置，根據(jù)與之通訊的設(shè)備通過(guò)相應(yīng)寄存器設(shè)置通訊波特率（例如我們選用GPS接收機(jī)采用波特率為9600），當(dāng)波特率設(shè)置不正確時(shí)一般無(wú)法通訊，但有時(shí)也會(huì)收到一系列錯(cuò)誤信息要注意辨別。串口工作模式 （8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)），通過(guò)UxLCR進(jìn)行設(shè)置。初始化完成后就可以編程進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，根據(jù)我們選用GPS接收機(jī)實(shí)際情況對(duì)UART0接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否GPGGA格式，然后進(jìn)行存儲(chǔ)，通過(guò)UART1發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行顯示以判斷數(shù)據(jù)正確性。

在使用時(shí)，GPS需要通過(guò)其設(shè)置軟件u－center對(duì)其發(fā)送數(shù)據(jù)格式以及通訊波特率進(jìn)行設(shè)置，我們?cè)O(shè)置數(shù)據(jù)格式為NMEA－GPGGA，波特率9600。打開軟件左上角第三行工具欄中方波形狀圖標(biāo)可設(shè)置波特率，數(shù)據(jù)格式可在左欄中進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置值存入模塊就可以對(duì)模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。

5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

進(jìn)行合理設(shè)置之后，與控制電路串口連接，利用主控器UART0接收GPS數(shù)據(jù)，再利用UART1發(fā)回計(jì)算機(jī)串口得到數(shù)據(jù)如圖2所示，為了能看到完整信息顯示選擇十六進(jìn)制顯示。選中部分為一條信息，16進(jìn)制ASCII翻成字符如下：

圖2 GPS接收數(shù)據(jù)串口顯示

$GPGGA,114231.00,3413.29338,N,10859.19597,E,1,08,6.10,454.5,M,-28.3,M,,*7D

根據(jù)協(xié)議解讀可知，時(shí)間 （UTC時(shí)間）是11：42：31，北緯34°13'17.6028''東經(jīng)108°59'11.7582''海拔高度454.5米。其中經(jīng)緯度小數(shù)點(diǎn)之前是度分，60進(jìn)制。小數(shù)點(diǎn)之后，是10進(jìn)制表示分，所以要進(jìn)行轉(zhuǎn)換才是秒的值。0D 0A為回車換行表示信息結(jié)束。

定位結(jié)果與本地經(jīng)緯度以及海拔高度符合，數(shù)據(jù)正確。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明本系統(tǒng)工作可靠能提供有效的GPS定位數(shù)據(jù)。

［1］胡延霖，蘇永振，陳暉.基于ARM的無(wú)人機(jī)飛行控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2006.

［2］GPS-G03A(H)產(chǎn)品說(shuō)明書[Z].中國(guó)電子器件工業(yè)總公司，2005.

［3］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［4］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程（一）[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

［5］David Seal.ARM Architecture Reference Manual Second Edition[M].Pearson Education Limited.

［6］馬忠梅，等.ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003.