Technollogy Application被測與回用葚!N的GP齣應(yīng)周摘要:基于凵-box公司的LEA-5S模塊,介紹了GPS在inux俄人式操作系統(tǒng)上的應(yīng)用以及具體買現(xiàn),并洋細(xì)分析了模塊的硬件實(shí)現(xiàn)以及軟件方面NEA數(shù)據(jù)的接收和解析的方法,最后在實(shí)際平臺(tái)進(jìn)行了調(diào)試與論證。結(jié)果表明,該模塊具有硬件簡單、定位精度高,穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn),相應(yīng)的軟件有較好的可移植性,實(shí)際應(yīng)用中效果良好關(guān)鍵詞:Lnux;GPs;NEMA;接收;解析中圖分類號(hào):TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-883×(2012)020018-04收稿日期:2011-12-12陳雪小引言隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)全面滲透到日常生活中的每個(gè)角落。嵌入式 linux操作系統(tǒng)由于它可以移植到多個(gè)不同的結(jié)構(gòu)的CPU和硬件平臺(tái)上,具有很好的穩(wěn)定性,各種性能的升級能力,并且其是開放的,提供標(biāo)準(zhǔn)的API,能夠方便地與眾多第三方的軟硬件溝通,使其得到了廣泛的應(yīng)用叫。GPS即全球定位系統(tǒng),這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻,地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到4顆衛(wèi)星,以保證用戶GPS模塊可以采集到各觀察點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度,以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。GPS模塊分為軟GPS和硬GPS。軟GPS一般需要主控芯片控制其運(yùn)行狀態(tài),直接輸出衛(wèi)星數(shù)據(jù),利用應(yīng)用處理器端進(jìn)行解析計(jì)算再轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)NMEA(國際海洋電子協(xié)會(huì)),因此驅(qū)動(dòng)相對復(fù)雜。而硬GPS是功能獨(dú)立的模塊,上電就可以運(yùn)行,直接輸出NMEA數(shù)據(jù)(。本文采用的是ubox公司生產(chǎn)的LEA-5S模塊介紹其硬件實(shí)現(xiàn)以及相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)。二、GPS模塊硬件GPS RFIN走線按500阻抗匹配實(shí)現(xiàn)LEA-5s模塊B定位精度為25m,定位性能優(yōu)異準(zhǔn)C:160803U60IT確,在防漫反射及數(shù)BHD OLT抗干擾能力方面十分強(qiáng)勁,并且其外圍電路十分簡單TMIEPLLSE中國煤化工其電路圖如圖1所圖1LEA5S外圍電路圖CNMHG示H傳感器世界201202Technology Application如圖1所示,模塊采用33V供電,需要注意的是: options. c cc[VTIME]可以通過UART、USB以及SPI與應(yīng)用和 options. c cc [Vmin對read函數(shù)影響處理器連接和通訊,本文采用UART接較大。VTME指定了等待的時(shí)間,VMIN口。圖中VANT引腳可以對有源天線的初始化指定了讀取字節(jié)的最小數(shù)量正常、開路及短路進(jìn)行檢測,并可以自2、NMEA數(shù)據(jù)的接收動(dòng)在NMEA數(shù)據(jù)里輸出。接收NMEA數(shù)據(jù)本文在非阻塞的方式下采用o多路轉(zhuǎn)接 select對串口文件描述符的狀態(tài)三、GPS模塊軟件實(shí)現(xiàn)解析NMEA數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視。 select函數(shù)原型為:int由于LEA58通過UART直接與處elect( int nfds, fd set * readfds, fd set理器進(jìn)行通訊,因此對處理器而言,驅(qū)顯示NMEA數(shù)據(jù).writefds, fd set*exceptfds, struct timeval動(dòng)主要為 linux標(biāo)準(zhǔn)的串口驅(qū)動(dòng),應(yīng)用時(shí)"timeout);當(dāng)串口句柄沒有變化時(shí),程序只要打開相應(yīng)串口即可。其程序的總體將阻塞,阻塞的時(shí)間取決于 select的第三框圖如圖2所示。圖2模塊總體程序流程圖個(gè)形參 struct timeval'" timeout 3.本文將1、模塊初始化timeout值設(shè)為NULL,程序?qū)⒁恢蓖Ａ裟K初始化主要是對GPS相關(guān)GPo直到串口句柄發(fā)生變化,即只有串口接的設(shè)置和串口的設(shè)置。首先設(shè)置引腳NMEA數(shù)據(jù)收到數(shù)據(jù)時(shí)才不會(huì)阻塞。解析GPS ON為高電平,處理器發(fā)出一個(gè)脈當(dāng)串口文件描述符發(fā)生變化后,調(diào)沖對引腳 GPS RST進(jìn)行復(fù)位,最后打開利用“,·解析出各數(shù)據(jù)域井用read函數(shù)讀取一個(gè)字符到緩存 buffer;電源對其供電。然后打開串口,設(shè)置波存于二維數(shù)據(jù) Comma[(n]中由于本文串口設(shè)置為: options.c_cc特率,數(shù)據(jù)位,奇偶校驗(yàn)位以及停止位[VTIME]=150; options. c cclVMIN]0等信息。 termios函數(shù)族提供了一個(gè)常規(guī)“GGA所以read調(diào)用讀到數(shù)據(jù)則立即返回,否的終端接口,用于控制非同步通信端口。則將為每個(gè)字符最多等待ⅤTIME時(shí)間。結(jié)構(gòu)體為:為使程序有較好的規(guī)范性和可移植hh: mmstruct termio性,本文在程序設(shè)計(jì)中采用狀態(tài)機(jī)的設(shè)經(jīng)度 Comma12]了符型轉(zhuǎn)化為計(jì)方法。由于所接收到的NMEA數(shù)據(jù)unsigned short c_iag,/·輸入模式標(biāo)整型“度分”格式首字符和次字符均為“$”和“G”,本文unsigned short c_onag;P·輸出模式標(biāo)緯度comm4]字子符型轉(zhuǎn)化為將依此為狀態(tài)改變的觸發(fā)條件。程序首志整型“度分格式先定義一個(gè)緩存數(shù)組 recvbuf并初始化一unsigned short c cflag;/·控制模式標(biāo)個(gè)起始狀態(tài),當(dāng)緩存buer收到首字符卩星使用數(shù)景 Comma[門字符型轉(zhuǎn)化為整型$”時(shí),觸發(fā)了狀態(tài)改變?yōu)榈诙€(gè)狀態(tài),unsigned short c Iflag: / local modeags·若不是,則歸為無效數(shù)據(jù),狀態(tài)機(jī)恢復(fù)unsigned char c_ line; / line discipline將 Comma(n全部顯示為起始狀態(tài),并清空 recvbuf緩存;當(dāng)串口接收到下個(gè)字符并判斷是否為“G”字unsigned char c cc[NCC]; / control符,若是,則觸發(fā)第三種狀態(tài),若不是,characters則為無效數(shù)據(jù),狀態(tài)機(jī)恢復(fù)為起始狀態(tài)。串口具體設(shè)置是首先定義了一個(gè)●●●其具體程序如下類型的結(jié)構(gòu)體通過#define STATE REC NULL O#define STATE REC FIRSt 1tcgetattr(fd,& options)來獲得設(shè)置,再對#define STATE REC SECOND 2options進(jìn)行設(shè)置,最后通過 tcsetattr(fd,TCSANOW,&apin.來實(shí)現(xiàn)設(shè)置和同圖3NMEA數(shù)據(jù)解析流程圖H中國煤化工CNMHG9 2012.02 SengoNworldTechnology Application被測與畫用char recvbuf[150 ];據(jù)格式上分析,所有的報(bào)文以“$”為起始標(biāo)志,“,”為switch(rec state)域分隔符,“·”為識(shí)別符,其后兩位為校驗(yàn)值,字符回if(revbuf ="S)4車和換行為結(jié)束符?；谝陨戏治?本文采用逗號(hào)來分rec state= STATE REC SECOND;隔各個(gè)數(shù)據(jù)域,把各個(gè)數(shù)據(jù)域的需要的UTC,經(jīng)度,緯r(shí)ecvbufncount++]=buffer;度等信息提取出來并分別存到數(shù)組中。具體的程序框圖如圖3所示ase STATE REC SECON整個(gè)過程對一幀GPS報(bào)文進(jìn)行解析,有著較高的解if( rebut=G”){析效率。我們利用C語言實(shí)現(xiàn)了該解析算法,因此代碼rec state STATE REC FULL:也具有很強(qiáng)的可移植性。recvbuf[ncount++]-buffer;3 elset表 I NMEA數(shù)據(jù)分析表ncount = 0144A APprintf("It received a unvalib character and the recvbuf序號(hào)數(shù)據(jù)域說明is %sn"recvbuf)1 SGPGGA語句ID,GPS定位信息memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));UTC時(shí)間, hhmmss sss,時(shí)分秒格式rec stateSTATE REC FIRST;34250.5緯度 damm, mmmm,度分格式(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)s緯度N(北緯)或S(南緯case STATE REC FULL:514718.5084經(jīng)度 dddmm mmmm,度分格式(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)recvbuf[ncount++]=buffer經(jīng)度E(東經(jīng))或W(西經(jīng))GPS狀態(tài),0=未定位,1=非差分定位parse nmea datai( recvbuf;/對接收數(shù)據(jù)進(jìn)行解析2=差分定位,3=無效PPS,6=正在估m(xù)emset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));rec state STATE REC FIRST;正在使用的衛(wèi)星數(shù)量(00-12)(前導(dǎo)位數(shù)不足則補(bǔ)0)breakHDOP水平精度因子00.5999)default:10海拔高度(99999999999printf("The data are not valid! n")19.7地球橢球面相對大地水準(zhǔn)面的高度break12M差分時(shí)間(從最近一次接收到差分信號(hào)開始的秒數(shù),如果不是差分定位將3、NMEA數(shù)據(jù)解析為空)NMEA-0183是一套定義了接收機(jī)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信息130000差分站ID號(hào)0000-1023(前導(dǎo)位數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)的NMEA數(shù)據(jù)包括$ GPGGA、 SGPGSA、$ GPGSV、足則補(bǔ)0,如果不是差分定位將為空)校驗(yàn)值SGPRMC、sGPⅤTG、 SGPGLL等。其中,GPGA定位信息, GPGSA—當(dāng)前衛(wèi)星信息, GPGSV.可見衛(wèi)星信息, GPRMC—推薦定位信息數(shù)據(jù)格式, GPVTG地面四、小結(jié)速度信息, GPGLL一地理定位信息。本文基于 linux嵌入式操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種GPS接收例: SGPGGA,092204999,機(jī),硬件方面介紹了U-blox的工作原理,軟件方面較詳細(xì)地介紹了如何接收和解析NMEA數(shù)據(jù)的過程,并基于4250.5589S,147185084,E,104,244,197,M,,0000*1FLF>linuκ操作系統(tǒng)OMAP3530處理器上用該模塊進(jìn)行連續(xù)運(yùn)(注:NMEA數(shù)據(jù)分析見表1)行,發(fā)現(xiàn)沒有任何錯(cuò)誤,我們將該程序用到實(shí)際應(yīng)用中,U-blox接收一幀有6個(gè)語句,我們需要某個(gè)語句中效果良好中國煤化工的幾個(gè)字段,所以必須對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。從數(shù)CNMHG下轉(zhuǎn)30傳感器世界201202www.sensonwordcomcProduct Feature參考文獻(xiàn)working principle structure characteristics and the[]劉迎春傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]北京:國防科技大學(xué)出版requirements to signal processing of Lvdt position sensor社198[2]譚尹耕.液壓試驗(yàn)設(shè)備與測試技術(shù)M北京:北京理工大學(xué)are analyzed. ICL8038 signal generation chip is used to出版社,1997generate LVDT excitation voltage signal. AD630 chip is[3]童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M]北京清華大學(xué)出版2000applied to demodulate the signals from LVdt displacement[4]何光渝. 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The讀者服務(wù)卡編號(hào)007口∷沁沉河河沉沉河∷沉沉沉沉沉沉污六沉沉沉河沉沉河污河污沉沉污沉沉沉沉沉沉沉沉沉深沉沉沉沉沉沉沉沉沉上接20頁)time, the hardware solution and the software design about參考文獻(xiàn)NMEA data reception and analysis are analyzed in details.[王苗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開發(fā)(第二版)[M].北京:清華And debugging and demonstration on the actual platform大學(xué)出版社are given at last. The results show that the module has some[2]韓超梁泉. Android系統(tǒng)原理及開發(fā)要點(diǎn)詳解[M]北京:電子工業(yè)出版社.2010advantages of simple hardware, high positioning accuracy3]史蒂文斯拉戈UNTX環(huán)境高級編程M]北京:人民郵電出版 and good stability. Moreover the software has better社.2006portability. And the system are applied well in the practical[4]肖遠(yuǎn)亮NMEA0183數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在GPS的應(yīng)用[J物探裝備,2003,13(2):127-133[5]劉宏斌.采用狀態(tài)機(jī)和消息機(jī)制的串口接收程序[門單片機(jī)Keywords: Linux; GPS; NEMA; reception; analysis與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2004,(10):72-73作者簡介Applications of GPS based on Linux陳雪小:廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院電子學(xué)實(shí)驗(yàn)室CheN Xue-xiao碩士研究生,研究方向:電子學(xué)(E| ectronics Laboratory, Physics and electrical地址:福建省廈門市思明區(qū)廈門大學(xué)科學(xué)樓33室Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, China)郵編:361005Abstract: Based on the LEA-5s module of u-blox IncE-mail:410333457@qq.comapplications and concrete realization of GPs on Linux中國煤化工編號(hào)004□embedded operating system are introduced. At the sameCNMHG2012.02 Sensorworld