基于AVR主從式GPS數據采集系統設計

馬　欣,齊　云,周永華（西南石油大學　理學院,成都　610500）

基于AVR主從式GPS數據采集系統設計

馬欣,齊云,周永華
（西南石油大學理學院,成都610500）

本文基于AVR單片機核心控制器，設計了一套主從式GPS數據采集系統。該系統采用主從式數據采集系統，對一定范圍內不同地理位置信息進行采集與處理，對多點位置信息數據進行融合解算，實現多點信息相互關聯。

AVR；GPS；主從式；數據采集

0　引言

GPS全球定位系統作為目前世界范圍內通用的定位系統，已經應用于國民經濟的各個方面，其技術具有全天候、精度高和自動測量等特點。但是，簡易GPS系統僅僅能夠進行單點獨立信息解算以及運動速率測量，無法滿足相對多點的數據融合解算。GPS數據采集系統的主從式設計，可以將多點的數據信息融合，相互關聯解算，實現多個地理信息點的位置關聯。

1　總體設計方案

系統分為主機和從機兩個子系統。從機對GPS信號進行采集和信息解算，同時將信息不經處理直接發送給主機系統。主機系統將信息進行解算后，通過串口發送給PC機，由PC機通過多點信息融合算法，對用多點信息進行融合，將各點信息進行關聯，得到多個地點相對主機的位置，以及相互之間的相對位置關系。如圖1所示。

2　硬件結構設計

系統主要由最小系統板、GPS數據采集模塊、無線通信模塊、顯示模塊、電源模塊以及按鍵模塊等主要部分組成。系統硬件結構設計如圖2所示。

2.1最小系統板

該系統采用AVR系列的ATmega16L單片機芯片，它是基于增強的AVRRISC結構的低功耗8位CMOS微控制器。該單片機內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器，片內ISPFlash允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進行編程[1]。通過將8 位RISCCPU與系統內可編程的Flash集成在一個芯片內。最小系統電路原理圖如圖3所示。

2.2GPS數據采集模塊

GPS數據采集模塊采用HOLUXGR-87智慧型衛星接收模組，是一個完整的衛星定位接收器，它可以儲存衛星資料[2,3]。GR-87接口協議是基于美國國家海洋電子協會的NMEA-0183ASCII的接口規范上的，默認的NMEA通信參數波特率為4800波特，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位[4]。參數記錄形式及意義如下表所示。

參數記錄形式及意義

2.3無線通信模塊

無線通信模塊的主要作用是將從機采集到的GPS數據信息發送給主機，是以PT2262和PT2272無線發射接收芯片對為核心的傳輸模塊。發送模塊將串行數據進行調制后，以344MHz的頻率信號發射出去；接收模塊接收到信號后，對信號進行解調，得到數據信息。

2.4顯示模塊

顯示模塊以128×64的LCD液晶為主，結合偏壓電路、數據總線和控制總線組成。該液晶顯示模塊可以顯示漢字和圖形，內置8192個16×16點陣的中文漢字、128個8×16的字符以及64×256點陣顯示RAM。可與單片機以串行和8位并行數據總線的形式進行連接。因此，采用該模塊方便顯示表達多樣的地理位置信息，增強了系統的可讀性和可操作性。

2.5電源模塊

在系統中主要對以下單元供電，分別是Atm ege16L單片機最小系統、液晶顯示單元、GPS數據接收單元和無線發射接收單元。前三個單元都需要5V電源供電，而無線發射單元需要12V電源供電，這就需要輸入的總電源至少不低于12V，同時還要有相應的降壓、穩壓部分，保證穩定供電。系統選取AMS1117系列電源芯片以及濾波電容為各個單元提供穩定電源。

2.6按鍵模塊

按鍵模塊由獨立按鍵組成。獨立按鍵用于顯示信息的選取、顯示信息翻頁以及時間校對功能的調節等。

3　軟件模塊設計

程序運用C語言在ICCAVR環境下進行編寫，以JTAG方式將編譯的程序下載至Atmege16L單片機。程序運行后，首先對顯示模塊、GPS數據讀取模塊、單片機串口等模塊進行初始化。

進入中斷服務程序后，立即關閉中斷，讀取出UDR緩沖器中的數據，然后對局部變量進行甄別之前，用發送函數將其通過單片機的TXD串口發送出去[5]。由于每次讀取的UDR中的數據為8位，即一個字節也是一個ASCII碼的長度，進而對每次讀取的ASCII碼值進行甄別，若字頭不是“$GPGGA”則對所有局部變量清0，開中斷后，中斷返回，從斷點處開始執行后面的程序，直到字頭為“$GPGGA”的信息到來。

當甄別到字頭為“$GPGGA”的信息到來后，根據NMEA-0183通信協議特點，對逗號“，”個數進行計數，將所需要的逗號后面的信息存入預先設置的全局數組中，以便顯示函數的讀取。

4　結束語

本文介紹了基于AVR系列Atmege16L芯片的主從式GPS數據采集系統。利用GPS數據采集模塊對衛星數據信號進行分析處理，對各個從機采集到的數據信息進行分離提取，應用無線通信模塊將信息傳送回主機并通過PC機進行解算。實現了多點地理位置信息的數據融合，進而實現從機與主機、從機與從機之間相互位置信息關聯。

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