基于ARM和WINCE的便攜式差分GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)及

2.2 設(shè)置HC12參數(shù)

通過(guò)串口建立差分GPS模塊與ARM或PC機(jī)的連接，借助NMEA0183指令，通過(guò)任意一串口均可以設(shè)置HC12。可用開(kāi)發(fā)軟件串口通信區(qū)“發(fā)送”命令按鈕或串口助手軟件(WINCE或WINXP均可)進(jìn)行通信，首先設(shè)置接收機(jī)應(yīng)用模式為SBAS，再設(shè)置串口通信波特率、串口輸出的NMEA語(yǔ)句及輸出速率，最后設(shè)置最大差分齡期和衛(wèi)星仰角。

差分GPS模塊串行通訊參數(shù)為：波特率=19200，數(shù)據(jù)位=8位，停止位=1位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。通過(guò)串口建立ARM和GPS的連接，GPS加電后便自動(dòng)搜索衛(wèi)星，并通過(guò)串口以每秒1次的頻率向ARM發(fā)送GPRMC格式的定位信息，在定位信息有效后ARM便可以提取所需要的定位信息。

2.3 讀取串口

獲取GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)實(shí)際上就是通過(guò)串口讀取HC12輸出的NMEA格式數(shù)據(jù)的過(guò)程，下面介紹WINCE下讀取串口程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

2.3.1 打開(kāi)串口

點(diǎn)擊“打開(kāi)”按鈕，進(jìn)入此按鈕的消息響應(yīng)函數(shù)，函數(shù)中執(zhí)行打開(kāi)串口和串口參數(shù)配置等操作。首先調(diào)用CreateFile()函數(shù)打開(kāi)指定的端口，接著對(duì)串口進(jìn)行參數(shù)配置，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等。參數(shù)設(shè)置過(guò)程為：先調(diào)用GetCommState()獲取串口的當(dāng)前配置，得到結(jié)構(gòu)體DCB(Device Control Block，設(shè)備控制塊)的指針，通過(guò)它給DCB結(jié)構(gòu)體賦值，然后傳給SetCommState()函數(shù)對(duì)串口進(jìn)行配置。

最后設(shè)置串口的超時(shí)參數(shù)，設(shè)置方法與上述參數(shù)設(shè)置類(lèi)似，先通過(guò)GetCommTimeouts()得到一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針，賦值后傳給Set Comm Time outs()進(jìn)行設(shè)置。

2.3.2 接收數(shù)據(jù)

串口打開(kāi)后，自動(dòng)開(kāi)始接收，函數(shù)中調(diào)用了CreateThread()開(kāi)辟了一個(gè)線(xiàn)程，用于接收串口數(shù)據(jù)。由于接受過(guò)程需要調(diào)用WaitCommEven()函數(shù)來(lái)不停地等待數(shù)據(jù)到來(lái)事件，會(huì)致使程序無(wú)法響應(yīng)其他操作，因此采用開(kāi)辟線(xiàn)程的辦法來(lái)防止信息擁堵。

圖4所示為接收串口數(shù)據(jù)的線(xiàn)程中執(zhí)行的操作流程。程序?qū)崿F(xiàn)了串口數(shù)據(jù)的接收，并把接收到的數(shù)據(jù)傳遞給Dig類(lèi)，用于后期進(jìn)行定位信息提取及顯示等操作。

2.4 提取定位數(shù)據(jù)

NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)的輸出數(shù)據(jù)采用的是ASCⅡ碼，主要有GGA、GLL、GSA、GSV、RMC、VCT等不同的結(jié)構(gòu)，每種類(lèi)型的幀均是以“$”開(kāi)頭，然后是兩個(gè)字母的“識(shí)別符”和3個(gè)字母的“語(yǔ)句名”組成ID信息頭，接著就是以逗號(hào)分割的數(shù)據(jù)體，末尾為校驗(yàn)和，以回車(chē)換行符結(jié)束。本設(shè)計(jì)只關(guān)心日期、時(shí)間、經(jīng)緯度、地面速度等，選用GPRMC語(yǔ)句，表1中對(duì)該語(yǔ)句結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)說(shuō)明，按圖5所示的流程即可完成GPS數(shù)據(jù)的提取。注意在編寫(xiě)程序中不要出現(xiàn)m_strRecv[i+k](k>0)這樣的表達(dá)式，例如以(m_strDataReceived[i]==‘$’m_strDataReceived[i+3]==‘R’)為判斷條件來(lái)提取ID頭，容易造成超出數(shù)組元素個(gè)數(shù)的錯(cuò)誤。

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及精度分析

實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)選在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)場(chǎng)開(kāi)闊處，先采用靜態(tài)內(nèi)符合法進(jìn)行精度測(cè)試。連接差分GPS天線(xiàn)，給系統(tǒng)上電，運(yùn)行開(kāi)發(fā)軟件，設(shè)置好串口參數(shù)，打開(kāi)串口COM2，待差分GPS模塊進(jìn)入穩(wěn)定差分定位后開(kāi)始保存數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)約3 000組，用MATLAB處理采集數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖6所示。

導(dǎo)航定位等功能測(cè)試：手持該系統(tǒng)進(jìn)行直線(xiàn)和圓形運(yùn)動(dòng)，觀(guān)察海圖區(qū)域航跡向軌跡形狀;設(shè)定1個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，畫(huà)半徑為200米的圓并設(shè)置航線(xiàn)，分別按直線(xiàn)和曲線(xiàn)前進(jìn)，觀(guān)察距離、偏離、方位等參數(shù)變化;對(duì)海圖進(jìn)行放大、縮小和平移，分別點(diǎn)選本艦居中和目標(biāo)居中，觀(guān)察海圖顯示變化。

測(cè)試表明，終端軟件能平穩(wěn)地運(yùn)行在嵌入式WINCE5.0系統(tǒng)上，操作界面簡(jiǎn)潔、直觀(guān)、實(shí)用、功能全面，具有良好的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)定位精度(2DRMS)優(yōu)于1 m。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中基于ARM硬件平臺(tái)，以WINCE為嵌入式操作系統(tǒng)，在Visual Studio2008下開(kāi)發(fā)了串口通信導(dǎo)航數(shù)據(jù)軟件，通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)差分GPS模塊與ARM之間的通信，構(gòu)建了一個(gè)體積小、功耗低、功能全面的便攜式差分GPS導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并給出了詳細(xì)的硬件和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)表明：該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示精度較高、持久有效的GPS定位數(shù)據(jù)，具有重要的實(shí)用價(jià)值和一定的參考意義。