關鍵詞 GPS PDA 串口通信 Windows CE
引言
3PS即全球定位系統(tǒng)，主要有三大組成部分——空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設備部分。其中(GPS空間星座部分、地面監(jiān)控部分均為美國所控制；(GPS的用戶設備主要由接收機硬件和處理軟件組成。用戶通過用戶設備接收GPS衛(wèi)星信號，經信號處理而獲得用戶位置、速度等信息，最終實現(xiàn)利用GPS進行導航和定位的目的。目前，許多GPS廠商遵循NMEAO183協(xié)議針對PDA掌上電腦開發(fā)許多導航型GPS。
GPS通過串口與PDA實現(xiàn)數據通信，利用(3PS傳來的數據，可以在PDA上得到物體的實時位置、速度等參數。通過與GIS系統(tǒng)的集成，可以在PDA上實現(xiàn)數字導航，很直觀地在地圖上了解所處的位置等信息。下面具體說明如何實現(xiàn)GPS與PDA的串口通信。
1 串行通信
每個Pocket PC都配有一個串行端口，以便PocketPC與外部串行設備之間進行通信。串行端口的本質功能是作為芯片和串行設備之間的編碼轉換器。當數據從芯片經過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數據被轉換為串行的位。在接收數據時，串行的位將被轉換為字節(jié)數據。Windows CE使用了通信驅動程序Comm．drv，以便使用標準的Windows API函數發(fā)送和接收數據。驅動程序通常由串口設備制造商提供，以便將硬件與Windows CE連接。在程序設計中，模擬了一個COM6串口。先使用Comm6．PoxtOpen打開串口，設置Comm控件的屬性，Timer觸發(fā)OnComm接收GPS信號的事件，實現(xiàn)GPS信號的實時接收。GPS提供串行通信接口，串行通信參數為：波特率=57 600 bps，數據位=8位，開始位=1位，停止位=1位，無奇偶校驗。
2 GPS數據格式
NMEA0183協(xié)議是美國國家海洋電子協(xié)會(NationaIMarine Electronlcs Association)制定的GPS接口協(xié)議標準。NMEA0183定義了若干代表不同含義的語句，每個語句實際上是一個ASCII碼串。這種碼直觀，易于識別和應用。在試驗中，不需要了解NMEA0183通信協(xié)議的全部信息，僅需要從中挑選出需要的那部分定位數據，其余的信息忽略掉。
GPS與掌上電腦通信時，通過串口每秒鐘發(fā)送10條數據。實際導航應用讀取GPS的空間定位數據時，可以根據需要每隔幾秒鐘更新一次經緯度和時問數據，不必頻繁地更新數據，否則，會浪費掌上設備有限的電能。如果和衛(wèi)星通信正常，可以接收到的數據格式如下：$GPGGA，<l>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<u>，<12>*hh<cR><LF>。其具體信息如表l所列。
一個完整的NEMA0183語句是從起始符“$GPGGA”到終止符“<CR><LF>”為止的一段字符串。需要掌握的信息是經緯度、經緯度方向、GPS定位狀態(tài)和接收信號的時間。所以當接收到這樣一個完整的NEMA0183語句時，提取有用信息的方法是：先判定起始符$GPGGA的位置，從起始符開始讀人數據，再通過異或校驗后的語句中尋找字符“，”，然后截取前后兩個“，”之間的字符(串)獲得所關心的數據，并以回車符為一個CPS語句的終止符，得到一個完整的GPS信號。在提取出的GPS語句中，找尋經緯度所在的逗號位置，讀出經緯度坐標，再將經緯度坐標進行度數的轉換。因為地圖的坐標是以度數為標準的。
3 GPS信號處理
根據串行通信的原理，結合GPS數據的格式，可以設計GPS信號處理模塊以提取與(3PS位置相關的信息。由于一般用戶坐標系均為制圖坐標系，所以還要把從GPS信號中提取的坐標由WGS84坐標變換為相應的54、80坐標或地方坐標。
3.1 GPS信號處理模塊設計
GPS數據處理模塊的設計方案如圖l所示。GPS接收機通過串口6將定位數據(NMEA 0183 Ver2．O)傳給Pocket PC，并將GPS數據在電子地圖上定位。在EVB中，借助Comm控件將定位數據讀進來，接著進行定位數據的分類，并提取出所需要的信息，同時將這些有用的信息傳給主應用程序。主應用程序再將GPS接收機的控制信息整理成NEMA0183 VER2．O語句，通過Comm控件的傳遞并發(fā)送到GPS接收機。這樣，P0cket。PC與GPS接收機的串口通信和GPS定位數據處理功能通過進程外的ActiveX服務器封裝，將系統(tǒng)的實時性能通過操作系統(tǒng)的進程管理器來實現(xiàn)．從而繞過了EVB單線程的不足。
3.2 GPS信號接收和處理過程
GPS接收到位置信號后，系統(tǒng)將對GPS的定位信息進行分解并提取出有用數據。GPS信號接收和處理的過程：通過串口6將GPS輸出的數據傳遞給PDA，PDA主程序獲得目標當前的位置(經緯度坐標、海拔)，將接收機獲得的GPS數據進行分解，從中得到目標當前的位置和格林威治時間(該時間加上8小時即為我國標準時)，經過相應的坐標轉換，再將當前位置顯示在電子地圖上。GPS信號接收和處理如圖2所示。
3.3 GPS信號的接收程序實現(xiàn)
系統(tǒng)采用Embedded Visual Basic中的Comm通信控件和Timer定時器。定時器設置為每隔2 s更新1次經緯度和時間數據。每個Comm控件提供一個通信端口，實現(xiàn)數據傳輸。
開始實時接收。
Prlvate Sub mnustart()
Timerl.lrlteIval=2000
Timerl.Enabled=True
Comml．CommPort=6
Comml．Settings=″57600，N，8．1″
Comml．PortOpen=True
strsmsdata=Comml．Input ′去除串口Buffer中的暫存信息
Timerl_Timer
End Sub
Private Sub TimerLTimer()
Dim IngNextvbCrLf As Long′記錄下一個回車換行符位置
Dim IngFirstGPGGA As Long
Dim Message As String
Dim sDate As String
Dim cn
strsmsdata=Comml．Input
IngFirstGPGGA=Instr(1，strsmsclata，″＄GPGGA″)
If lngFirstGPGGA Then
IngNextVbCrLf=lnstr(IngFirstGPGGA+1，
strsmsdata，vbCrLf)
Message=Mid(Strsmsdata，ingFirstGPGGA，lngNextvb
CrLf-ingFirstGPGGA)
ParseNMEAMessage Message，dblXCoord，dblYCoord，sDate
ProcessInput dblXCoord,dblYCoord
End Tf
4 GPS坐標變換
GPS定位所得出的結果屬于WGS84坐標，而在工程上實用的大多是國家坐標系，或者是獨立坐標系。獨立坐標系一般是在國家坐標系基礎上形成的，因此，GPS定位結果的使用中就有與國家坐標系間的坐標轉換問題。一般要通過兩步轉換：首先將WGS84的大地坐標(L，B)轉換為對應于WGS84橢球的高斯平面坐標(X84、Y84)，然后再經過平面坐標轉換，將高斯平面坐標(X84、Y84)強制附合到本地高斯平面坐標系統(tǒng)。
4.1高斯換算
將GPS定位所得出的大地坐標(L，B)轉換為高斯平面坐標(X84、Y84)。有關的推導過程較復雜，本文只給出結果：
式中，ι=(L—L。)／p，ιo為投影帶中央子午線經度，ρ=206 265s/rad；酉圈曲率半徑橢球第一偏心率e=2α-α2；輔助變量t=tgB；輔助變量η=e′cosB；橢圓第二偏心率分別為參考橢球的長短半徑）；扁率α=（a-b）/a；X為赤道至緯度為B的平行圈的子午線弧長，其計算公式為
4.2平面坐標轉換
平面坐標轉換的目的就是將高斯平面坐標(X84、Y84)轉換為當地國家坐標系或獨立坐標系下的高斯平面坐標。本文設計了一種平均轉軸相似轉換法。以轉換為北京54坐標系中的(X54、Y54)為例，說明該方法的實現(xiàn)過程。
首先，根據公共點分別在WGS84坐標系和北京54坐標系中的高斯平面坐標，求出公共點在兩個坐標系中同一邊的方位角之差△a和長度比例系數k。然后，按下式計算任一點在北京54坐標系中的坐標。
式中：xo，yo分別為公共點在北京54中重心坐標；x′，y′o，分別為公共點在WGS84中重心坐標；k為同一邊在北京54與WGS84中的邊長之比，當有兩條以上公共邊時，分別求出，取平均值；△Aa為同一邊在北京54與WGS84中的方位角之差，△a=a54一a84，當有兩個以上公共點時，分別求出，取平均值。
4.3生成空間交換格式矢量數據
野外用GPS-PDA采集調查對象的幾何數據和屬性數據。該數據是一個自定義的格式，經處理后，將定位數據和屬性數據融合生成符合要求的空間矢量數據標準交換格式。這種標準格式的矢量數據文件由6部分組成：文件頭、要素類型參數、屬性數據結構、幾何圖形數據注記和屬性數據。
5 應用實例
選取聯(lián)想天璣XP208型PDA和NAVMAN GPS1010型CF卡式GPS接收設備，用自主開發(fā)的數據采集系統(tǒng)記錄GPS定位信息和屬性數據。
開機運行主程序，進入主界面，代碼設置和參數設置完成后，進入測量界面。首先，選擇測量模式，對于不規(guī)則地物一般采用“連續(xù)測量”模式，規(guī)則地物采用“間斷測量”模式。然后，點擊測量鍵，開始測量并記錄數據。默認觀測時間10 s，系統(tǒng)響鈴提示，按暫停鍵結束該點觀測數據的記錄。此時，在PDA屏幕上顯示出測得的第1點。同時在遷站過程中，GPS接收機繼續(xù)保持跟蹤衛(wèi)星，在下一個待測點上，按測量鍵繼續(xù)記錄，按暫停鍵結束該點觀測數據的記錄。依次測得余下的點并顯示。如果此時輸入屬性，則點擊輸入屬性鍵后．用“筆”在該圖斑中點任意一點，彈出對話框。選擇地物要素后，自動彈出圖斑的屬性錄入界面。實地測量結果如圖3所示。
結 語
通過本設計方法，可以將GPS定位導航信息從GPS接收機完整接收，經過坐標變換后存儲為空間矢量交換格式；處理后的空間數據可以為其他應用系統(tǒng)，如各種GIS、RS、ITS(Intelligent Transportatl011 System)等使用，實現(xiàn)在車載導航、智能交通、野外勘探、旅游等方面的應用。本文所講述的例子是在有線串口上實現(xiàn)的。在實際應用過程中，可以采用其他接口方式來實現(xiàn)GPS與PDA的互連，比如紅外接口、藍牙技術等。通過適當地修改，可以方便地應用到其中。
下載文檔
