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基于GPS的城市管道精确定位系统的单片机控制

2007-01-23 嵌入式在线收藏 | 打印

    阐述了利用全球定位系统GPS、地理信息系统GIS组成的测量系统对城市公益设施管道、路由的位置、深度的精确测量，并实现单片机与PC机串行通信。将信息存储于地图数据库，实现信息的综合处理和反馈。
　　The paper presents survey system composed of global position system and geography information system can measure firmly the positio n， depth of the city public conduit equipment and router， realized by serial c ommunication between single chip microcomputer and PC It stores information in to map Database， and realizes information′s integration management and feedback
　　
     1引言
　　全球定位系统GPS是由美国为高精度导航和定位而研制的全球性被动式无线电卫星系统，是集无线电导航、定位和定时于一体的多功能系统。将GPS接收机的小型化OEM板与单片机相结合，利用其输出的数据信息，配置相应的外围设备，即可开发GPS应用系统［1］。
　　一种简单有效的城市公益设施的定位系统由GPS和Radio Detection两种定位设备配合组成一种测量方案，并将所存信息输出到GIS系统，存入地图数据库。
　　GIS地理信息系统是计算机科学、地理学、测量学、地图学等多门学科综合的技术。他可以直观可视化显示空间数据信息和属性数据信息，能提供对数据的多种模型操纵，为决策提供支持帮助。GIS数据库的精确定位对当今科技的发展非常重要。每个国家的公益设施都有大量的地图详细定位了地下和地面管道、路由和电缆，这对日常操作和管理非常重要，这些信息的精确性能够节省投资和保证正常的生活。

    2系统组成原理
　　系统组成原理框图如图1所示。由Radio detection 设备探测到地下有管道、路由、电缆等设施测其距地面的深度，将信息通过RS232C串行口送入单片机，再由GPS准确定位其所在位置，把全部信息由单片机通过RS232C串行口送入PC机，存入地图数据库，也可通过键盘在液晶显示器上显示其信息。

    2.1GPS信号接收原理［2］
　　GPS接收机通过其数控接口，作为数据终端设备与计算机之间利用RS232C接口与计算机通讯口相连。通过对通讯口编程可实现GPS信号的接收。GPS信号有二进制和ASCII两种。本文主要用后一种即NMEA0183格式。

    2.2NMEA0183格式
　　NMEA0183格式以“$”开始，以“ ”结束，主要语句有GPGGA，GPGLL，GPVTG，GPRMC等，其中GPGGA为定位输出语句，包括时间及定位数据，应用比较广泛，具体格式如下：
　 $GPGGA hh mm ss (协调世界时UTC)，llll.llll(纬度)，N/S(北/南)，yyyy.yyyy（经度），E/W（东/西），X（定位状态），XX（使用的卫星数），XXX（HDOP值），O/-XXXX（无线高度），M（单位米），O/-XXX（地理高度），M（单位米），*hh（校验和） < LF>。

    2.3三端串行口芯片及其接口电路
　　SP2338DP多串口扩展芯片，可将一个高波特率UART串口扩展为3个较高波特率UART串口，主要为解决大多数8 b，16 b，32 b单片机UART接口太少而特别设计的专用串口扩展芯片，同时该芯片也很好的解决了许多使用双串口单片机的串口配置问题，接口电路如图2所示。

2.4液晶显示器及接口电路
　　为了更好地配合GIS系统的工作，设置了键盘显示电路，显示管道、路由、电缆的位置、深度，人为地将描述数字地图和GIS数据库相比较，使获得的信息更加准确。液晶图文显示器接口电路如图3所示。

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3系统软件设计
3.1GPS与单片机的通讯［3］
　　将GPS通讯协议设置为波特率：4 800 b/s；数据位：8 b；奇偶校验位：无；开始位：1 b；停止位：1 b。利用GPS接收系统每秒钟向外输出一次数据的特点，使单片机处于查询状态，检测到RS232C接收端RXD信号有效，开始接收数据。单片机用定时器T1工作于方式2作为周波发生器，PCON的SMOD设为0，用12 MHz晶振时，定时器T1初始值取为0F8H。和GPS协议一致，即选择串行方式1，波特率4 800 b/s，10 b UART，REN置为1，允许接收，单片机初始化程序如下：
　

3.2单片机与PC机通讯
　　PC机采用VB 6.0编程，他以高效、简单易学及功能强大的特点越来越被广大程序设计人员青睐。VB具有面向对象的程序设计、事件驱动、界面友好。在串行通讯时，只需设置监视Ms comm控件的属性和事件［4］，在发送或接收数据过程中触发Oncomm事件，通过编程访问commEvent属性就可以了解事件的类型，进行各自的处理。具体程序如下：
　
　

单片机接收到PC机发来的握手信号后，向PC机发送已接收信号，这样双方握手通讯成功。单片机具体实现程序如下［3］：

　

    4结语
　　城市管道星罗棋布，准确定位其位置、深度对经济的发展、基础设施的建设非常重要。本文采用的GPS与Radio detection 配合方案简单适用，具有精度高，误差范围小，而且可实现远距离跟踪。
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    参考文献

    ［1］刘基余，李征航.全球定位系统原理及其应用［M］.北京：北京测绘出版社，1998
    ［2］冯锡生，赵晓琳.GPS及其通信组网［M］.北京：中国铁道出版社，1996
    ［3］马家辰，孙玉德，张颖.MCS51单片机原理及接口技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998
    ［4］范逸之，陈立元. VisualBasic与RS232串行通信控制［M］.北京：清华大学出版社，2002