基于GPS的城市管道精確定位系統(tǒng)的單片機控制

1引言

全球定位系統(tǒng)GPS是由美國為高精度導(dǎo)航和定位而研制的全球性被動式無線電衛(wèi)星系統(tǒng)，是 集無線電導(dǎo)航、定位和定時于一體的多功能系統(tǒng)。將GPS接收機的小型化OEM板與單片機相結(jié)合，利用其輸出的數(shù)據(jù)信息，配置相應(yīng)的外圍設(shè)備，即可開發(fā)GPS應(yīng)用系統(tǒng)［1］。

一種簡單有效的城市公益設(shè)施的定位系統(tǒng)由GPS和Radio Detection兩種定位設(shè)備配合組成一種測量方案，并將所存信息輸出到GIS系統(tǒng)，存入地圖數(shù)據(jù)庫。

GIS地理信息系統(tǒng)是計算機科學(xué)、地理學(xué)、測量學(xué)、地圖學(xué)等多門學(xué)科綜合的技術(shù)。他可以 直觀可視化顯示空間數(shù)據(jù)信息和屬性數(shù)據(jù)信息，能提供對數(shù)據(jù)的多種模型操縱，為決策提供支持幫助。GIS數(shù)據(jù)庫的精確定位對當(dāng)今科技的發(fā)展非常重要。每個國家的公益設(shè)施都有大量的地圖詳細定位了地下和地面管道、路由和電纜，這對日常操作和管理非常重要，這些信息的精確性能夠節(jié)省投資和保證正常的生活。?

2系統(tǒng)組成原理

系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。由Radio detection 設(shè)備探測到地下有管道、路由、電纜等 設(shè)施測其距地面的深度，將信息通過RS232C串行口送入單片機，再由GPS準(zhǔn)確定位其所在位置，把全部信息由單片機通過RS232C串行口送入PC機，存入地圖數(shù)據(jù)庫，也可通過鍵盤在液晶顯示器上顯示其信息。??

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2.1GPS信號接收原理［2］?

GPS接收機通過其數(shù)控接口，作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機之間利用RS232C接口與計算機通訊 口相連。通過對通訊口編程可實現(xiàn)GPS信號的接收。GPS信號有二進制和ASCII兩種。本文主要用后一種即NMEA0183格式。

2.2NMEA0183格式

NMEA0183格式以“$”開始，以“<CR> <LF>”結(jié)束，主要語句有GPGGA，GPGLL，GPVTG，GPRMC等，其中GPGGA為定位輸出語句，包括時間及定位數(shù)據(jù)，應(yīng)用比較廣泛，具體格式如下：

$GPGGA  hh mm ss (協(xié)調(diào)世界時UTC)，llll.llll(緯度)，N/S(北/南)，yyyy.yyyy（經(jīng)度），E/W（東/西），X（定位狀態(tài)），XX（使用的衛(wèi)星數(shù)），XXX（HDOP值），O/-XXXX（無線高度），M（單位米），O/-XXX（地理高度），M（單位米），*hh（校驗和）<CR> < LF>。?

2.3三端串行口芯片及其接口電路

SP2338DP多串口擴展芯片，可將一個高波特率UART串口擴展為3個較高波特率UART串口，主要為解決大多數(shù)8 b，16 b，32 b單片機UART接口太少而特別設(shè)計的專用串口擴展芯片，同時該芯片也很好的解決了許多使用雙串口單片機的串口配置問題，接口電路如圖2所示。

2.4液晶顯示器及接口電路

為了更好地配合GIS系統(tǒng)的工作，設(shè)置了鍵盤顯示電路，顯示管道、路由、電纜的位置、深 度，人為地將描述數(shù)字地圖和GIS數(shù)據(jù)庫相比較，使獲得的信息更加準(zhǔn)確。液晶圖文顯示器接口電路如圖3所示。?

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1GPS與單片機的通訊［3］?

將GPS通訊協(xié)議設(shè)置為波特率：4 800 b/s；數(shù)據(jù)位：8 b；奇偶校驗位：無；開始位：1 b；停止位：1 b。利用GPS接收系統(tǒng)每秒鐘向外輸出一次數(shù)據(jù)的特點，使單片機處于查詢狀態(tài)， 檢測到RS232C接收端RXD信號有效，開始接收數(shù)據(jù)。單片機用定時器T1工作于方式2作為周波發(fā)生器，PCON的SMOD設(shè)為0，用12 MHz晶振時，定時器T1初始值取為0F8H。和GPS協(xié)議一致，即選擇串行方式1，波特率4 800 b/s，10 b UART，REN置為1，允許接收，單片機初始化程序。

3.2單片機與PC機通訊

PC機采用VB 6.0編程，他以高效、簡單易學(xué)及功能強大的特點越來越被廣大程序設(shè)計人員 青睞。VB具有面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計、事件驅(qū)動、界面友好。在串行通訊時，只需設(shè)置監(jiān)視Ms comm控件的屬性和事件［4］，在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)過程中觸發(fā)Oncomm事件，通過編程訪問commEvent屬性就可以了解事件的類型，進行各自的處理。具體程序如下：

單片機接收到PC機發(fā)來的握手信號后，向PC機發(fā)送已接收信號，這樣雙方握手通訊成功。單片機具體實現(xiàn)程序如下［3］：

4結(jié)語

城市管道星羅棋布，準(zhǔn)確定位其位置、深度對經(jīng)濟的發(fā)展、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)非常重要。本文 采用的GPS與Radio detection 配合方案簡單適用，具有精度高，誤差范圍小，而且可實現(xiàn) 遠距離跟蹤。

參考文獻
［1］劉基余，李征航.全球定位系統(tǒng)原理及其應(yīng)用［M］.北京：北京測繪出版 社，1998??
［2］馮錫生，趙曉琳.GPS及其通信組網(wǎng)［M］.北京：中國鐵道出版社，1996??
［3］馬家辰，孫玉德，張穎.MCS51單片機原理及接口技術(shù)［M］.哈爾濱：哈 爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1998??
［4］范逸之，陳立元. VisualBasic與RS232串行通信控制［M］.北京：清華大學(xué)出版 社，2002