基于PXA270嵌入式開發(fā)板GPS定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

作為衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，GPS具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，是迄今為止應(yīng)用最廣泛的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。將GPS與嵌入式技術(shù)融合在一起，形成一個(gè)嵌入式的地理平臺(tái)，是當(dāng)前GPS領(lǐng)域的一個(gè)重要趨勢(shì)。本文是在PXA270嵌入式開發(fā)板和GPS模塊上開發(fā)實(shí)現(xiàn)的。在Linux下的嵌入式開發(fā)環(huán)境中，利用C++設(shè)計(jì)完成定位。嵌入式系統(tǒng)利用軟件設(shè)計(jì)主要完成GPS定位信號(hào)的處理、電子地圖的移植、地球坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換、定位的顯示等功能。

1 系統(tǒng)概述

嵌入式系統(tǒng)是控制、監(jiān)視或者輔助裝置、機(jī)器和設(shè)備運(yùn)行裝置；是軟件和硬件的綜合體，可涵蓋機(jī)械等附屬裝置；有著友好的人機(jī)界面，支持LCD及GPS模塊；主要完成提取GPS定位信號(hào)的數(shù)據(jù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、電子地圖的顯示等功能。軟件設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

2 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2．1 GPS模塊輸出的信息的提取

GPS模塊通電后，會(huì)自動(dòng)搜索衛(wèi)星信號(hào)，并把計(jì)算數(shù)據(jù)從串口輸出。所有GPS接收機(jī)以通用的NMEA格式輸出數(shù)據(jù)。NMEA-0183協(xié)議定義的語句較多，但常用且兼容性較廣的語句只有：$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等。如圖2所示。

用串口連接宿主機(jī)與開發(fā)板的串口0。宿主機(jī)進(jìn)入Linux，打開Minicom終端。設(shè)置波特率115 200，8位數(shù)據(jù)，1位停止，無校驗(yàn)，無流控。串口的設(shè)備文件為/dev/ttyS*，其中，ttyS0為串口1，ttyS1為串口2，以此類推。在對(duì)串口通信之前，首先要對(duì)串口參數(shù)進(jìn)行初始化、設(shè)置它的屬性以保證通信雙方的通信參數(shù)保持一致。初始化完串口，就可以進(jìn)行讀取操作了。由于GPS發(fā)送的數(shù)據(jù)類型都是以&GPGGA符號(hào)開頭，所以檢測(cè)&GPGGA符號(hào)，進(jìn)而進(jìn)行下一步的處理。關(guān)鍵代碼如下：

2．2 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

GPS模塊輸出的地理坐標(biāo)是WGS-84坐標(biāo)系。而國(guó)內(nèi)地圖一般是以54北京坐標(biāo)系作高斯-克呂格平面投影。所以必須作一個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，即將GPS坐標(biāo)(WGS-84坐標(biāo)系)轉(zhuǎn)換到電子地圖坐標(biāo)(54北京坐標(biāo)系)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的具體步驟如下：

(1)空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成國(guó)家大地坐標(biāo)，國(guó)家大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成地圖平面坐標(biāo)。

(2)由于x，y的具體推算過程復(fù)雜，這里就不全部列舉，其結(jié)果如下

(3)地圖平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成屏幕坐標(biāo)。例地圖比例尺為1：k，窗口要顯示的區(qū)域長(zhǎng)、寬各為M和N，窗口像素點(diǎn)位A×B點(diǎn)，則定位數(shù)據(jù)xs，ys在窗口上坐標(biāo)分別為

2．3 電子地圖重構(gòu)

一般來說，電子地圖包含的數(shù)據(jù)格式都不能直接用在嵌入式平臺(tái)，所以需要對(duì)電子地圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、存儲(chǔ)、重構(gòu)。目前主要使用的是桌面電子地圖系統(tǒng)MapInfo，它是美國(guó)MapInfo公司的桌面地理信息系統(tǒng)軟件，具有數(shù)據(jù)可視化、信息地圖化的桌面解決方案。MapInfo數(shù)據(jù)格式主要分為tab和mif兩種格式。MIF格式是MapInfo公司提供的一種與外界交換數(shù)據(jù)的機(jī)制。它主要用于保存空間對(duì)象的幾何數(shù)據(jù)。將電子地圖的數(shù)據(jù)讀出后，再在嵌入式平臺(tái)下，用繪圖工具重新組成電子地圖即可。部分實(shí)現(xiàn)代碼如下

3 仿真測(cè)試

點(diǎn)測(cè)試、線測(cè)試、面測(cè)試如圖3所示。

4 結(jié)束語

整個(gè)測(cè)距定位系統(tǒng)在PXA270嵌入式開發(fā)系統(tǒng)下完成，工程系統(tǒng)龐大，整個(gè)系統(tǒng)基本功能已實(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)有較強(qiáng)的升級(jí)能力，許多指標(biāo)與功能可以進(jìn)一步完善與提高。從GPS定位數(shù)據(jù)到電子地圖數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，需要一系列復(fù)雜的算法，這些算法有待進(jìn)一步改進(jìn)和簡(jiǎn)化，以提高系統(tǒng)運(yùn)行效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。