嵌入式GPS数据采集系统的设计与实现

　　1　引　　言

　　嵌入式系统是以应用为中心,计算机技术为基础,软硬件可裁剪,对功能、可靠性、成本、体积、功耗等有严格要求的专用计算机系统。使用嵌入式系统不仅对稳定性有很大的改善,而且使应用模块化,极大提高程序的可读性、可扩展性和可移植性[1]。全球定位系统(Global Position System,GPS)是可在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位的新一代卫星导航定位系统,具有全天候、高精度和高效益等特点,现GPS已在各领域得到广泛应用[2]。

　　本文采用嵌入式操作系统μC/OS-II,控制OEM板接收导航信息,并对GPS数据采集系统的硬件和软件提出了详细的设计方案,给出了提取GPS特征数据的算法,这些对研究嵌入式系统应用、GPS定位及其在组合导航中的应用以及对OEM板的二次开发等都是实用的。

　　2　系统总体设计

　　嵌入式GPS数据采集系统由接收部分(OEM板)、电平转换部分(MAX232)、控制部分、显示部分组成,硬件结构如图1所示。

　　OEM板通过天线接收来自GPS的导航数据并经过电平转换后发送给EP7312, EP7312接收OEM板发来的数据并存储、显示。EP7312与OEM板之间采用异步串行方式通信,帧格式1位起始位,8位数据位,1位停止位,无校验位,波特率为9600 bit.s-1。通过软件控制EP7312对GPS信号进行实时处理,以获得当前的经度、纬度坐标等所需信息,并通过液晶显示。

　　3　系统硬件配置

　　3.1　接收模块

　　GPS-OEM板主要是由变频器、标频器、信号通道、微处理器和存储单元等构成。在上电完成初始自检后,它将自动地接收来自天线的GPS射频信号,经过变频、放大、相关、混频等一系列处理后,完成并行通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪,并且测出信号从卫星到接收天线的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,最后经由I/0口输出串行数据,这些数据主要是向用户提供定位信息,包括纬度、经度、速度、时间等。

　　系统接收部分选用的Jupiter TU30-D410 -031,是美国Rockwell公司生产的并行12通道OEM板。该OEM板具有体积小、定时时间短、无静态漂移等特点,能够提供位置、速度、时间、定位与导航信息,以载波相位输出、1PPS时标和10kHz方波输出,适合各种导航定位的应用。

　　3.2　控制模块

　　系统采用Cirrus Logic公司的32位嵌入式处理器EP7312。该ARM处理器内带8K缓存,支持Thumb指令。EP7312资源丰富,功能强大,有27个通用I/O,2个UART,2个定时器,并内带LCD控制器,可直接连接单色、彩色LCD。EP7312功耗很低,最大不超过90mW。

　　采用EP7312构成的GPS应用系统,具有功耗低、体积小、使用灵活的特点,系统的结构和功能可以根据需求的不同进行个性化配置,而且可以很方便地进行系统外设的扩展。