GPS数据采集系统的设计及实施研究

梁龙凯 呂绪浩 弓馨

摘 要科学技术的进步带动了各种技术的发展。在本文中，分别介绍了GPS数据采集系统的设计原则，并通过具体方法展现了GPS数据采集系统在设计过程中如何通过软硬件设备的结合来达到数据的采集、处理等过程，并在各领域充分发挥其作用。

【关键词】GPS 数据采集系统 设计

随着科学技术生产力的飞速发展，移动技术有了空前的飞跃，又一个新兴市场得到了开辟：定位导航。GPS（Global Positioning System，全球卫星定位系统），由美国发射的24颗地球定位卫星所组成，以高精度、全天时、全天候的特点，在定位、导航、授时、测距、遥感等领域有很多突出的优点，如测量精确度高、速度快、抗干扰能力强、用户无限制等，因此有广泛的应用前景。目前，GPS技术已经在军事、工农业生产、野外探险、交通运输等领域展开的研究与试验。数据采集，即通过传感器或是其他测试设备，从待测试目标中提取有用的模拟信息或数字信息的过程。在现代信息技术完善发展的前提下，数据采集技术在现代生活的很多方面都有越来越广泛的应用。因此，结合GPS的优势来设计数据采集系统已经成为一个热门方向。在这次的GPS数据采集系统中，主要通过GPS定位系统来得到具体地点的相关信息，通过软件处理得到实用性信息，并在其他方面加以利用。

1 GPS数据采集系统设计原则

在GPS数据采集系统的设计中，要遵守以下原则：

1.1 实用性原则

即在设计的过程中，以实用性为首要原则。

1.2 易操作原则

GPS数据采集系统的用户包括各个层次的管理和操作人员，故需要确保该系统方便操作。

1.3 安全及集成原则

在使用过程中，要求采集数据在不同地方都能准确处理、传输，并与其它相关系统无缝集成。

1.4 可扩展性原则

在采集数据中，可以根据不同时期的数据变化而调整。

2 GPS数据采集系统的体系结构设计

2.1 GPS数据采集系统整体描述

本次设计主要利用GPS定位功能，为发生事故的搜查和救援工作提供便利。其原理为：GPS输出的时间、定位信息经单片机接收后，将信息调整为便利标准，并用液晶终端显示经纬度、海拔高度、时间等相关信息，最终实现GPS数据的采集和转换工作。硬件系统由GPS射频前端、主控制器、液晶显示模块，数据传输单元构成。以MSP430F149单片机作为双串行接口，将定位信息传输至单片机，并对其进行采集和解析。该数据采集的整体系统框架图如图1所示。

2.2 GPS数据的格式和定位信息提取

GPS模块在工作时，每隔一定的时间段，则会返回一定格式的数据。数据格式包括：一个起始位，八个数据位以及一个停止位，在数据中，无奇偶校验。在输出中，默认的波特率为4800，在输出过程中，我们经常采用gprmc定位信息来获取所需要的信息，该gprmc语句如下：

$gprmc，utc时间（hhmmss格式），定位状态（A为有效定位，V为无效定位），纬度（ddmm.mmmm格式），纬度半球（N或S），经度（dddmm.mmmm格式），经度半球（E或W），地面速率，地面航向，utc日期（ddmmyy格式）……*hh

其中$是语句起始标志；gprmc为识别符；逗号为数据区分隔符；*为效验和识别符；hh为效验和；为语句结束符。

2.3 GPS数据采集系统的硬件系统设计

在该系统中，MSP430F149单片机具有集成度高、低功耗等优点。GPS模块则使用多功能独立型模组，以ROM为基础构架，能保证在任何可接收位置都可以拥有最佳定位性能，使GPS得到快速定位。GPS模块外部有多种接口，可以与单片机等无缝连接。

单片机完成定位信息采集和解析后，经USB接口将数据传入计算机进行下一步的处理。

2.4 GPS数据采集系统的软件系统设计

在数据采集系统中，软件系统的主要功能是用来完成接收单片机传送过来的时间、日期、经度、纬度、高度等定位参数信息，然后在计算机中，将经纬度信息转变为实用的高斯平面坐标。数据记录软件的职责主要有：数据格式解析、采样速率的设定、原始数据和计算结果显示、打包存储（txt文件）及数据处理功能等。

该软件系统使用标准图形化用户界面，汉化功能，可联机帮助，操作简单。各个功能可以按实际需求来灵活管理，也可以同时进行多任务的操作，如同时进行数据监视、数据处理等。各任务之间不影响。GPS数据采集系统应用软件的设计可以采用面向对象的编程技术，用C++或C语言实现，使用Linux++编译器，这样既可以保证软件的开发速度，同时也能具有良好的性能。

3 结语

随着科学技术的发展，人们发现GPS定位导航具有高精度，全天时等特点，在定位、导航、授时、测距、遥感等领域有很多突出的优点，在工农业、军事、交通运输等领域都有广泛的应用。因此GPS数据采集系统应运而生，现在已有很多基于GPS数据采集系统的设计方法。当然，我们更希望在此基础上，能在系统设计过程中，提高硬件设备和软件的编制过程，将软硬件更好地结合起来，将其应用于更多的领域中，充分发挥GPS导航定位的优势。

参考文献

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作者单位

东北师范大学人文学院 吉林省长春市 130117