全球定位系統(Global Positioning System，GPS)是美國從20世紀70年代開始研制，于1994年全面建成，以接收導航衛(wèi)星信號為基礎的非自主式導航與定位系統。他以全球覆蓋、全天候、連續(xù)實時提供高精度的三維位置、三維速度和時間信息的能力，很好地解決了人類導航和定位問題。隨著全球定位系統的不斷改進，軟硬件的不斷完善，應用領域正在不斷的開拓，無論在軍事還是民用領域都得到廣泛地應用和發(fā)展。實際應用中，GPS接收機收到軌道衛(wèi)星的信號后，經過解調輸出的，是標準格式的GPS定位數據，該數據必須經過進一步處理，才能在用戶數據終端上顯示?；?a class="contentlabel" href="http://cafeforensic.com/news/listbylabel/label/單片機">單片機的GPS信息處理硬件結構框圖如圖1所示。

　　1 GPS接收機輸出數據格式

　　NMEA-0183是美國國家海洋電子協會制定的用于航海儀器數據異步通信的通用接口標準，他是由ASCII字符組成的字符串。GPS接收機以NMEA-0183標準格式輸出GPS定位數據，數據終端設備需要實時從GPS輸出的NMEA0183數據流中得到位置信息、時間信息。GPS接收機提供了多種語句格式，有GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPZDA和GPGLL等。用戶可以根據需要選擇一種或多種語句輸出。本系統選擇接收并解析GPGLL和GPZDA，分別獲取地理位置信息和UTC時間信息(含日期)，UTC時間通過時差修正得到本地時間信息。

　　NMEA0183語句包含多個數據項，數據項之間以逗號分隔，語句以回車(CR)和換行(LF)符結尾。

　　GPZDA語句格式如下：

　　上述語句中，各數據項的意義如下：

　?、僬Z句類型：$GPZDA;②UTC時間：14523.62;③UTC日：01～31;④UTC月：01～12;⑤UTC：年2001;⑥本地時差：10時;⑦本地時差：34分;⑧校驗和：6E。其中校驗和包括$符。

　　GPGLL語句格式如下：

　　上述語句中，各數據項的意義如下：

　?、僬Z句類型：$GPGLL;②緯度值;③北緯;④經度值;⑤西經;⑥UTC時間，時時分分秒秒.秒秒秒格式;⑦狀態(tài)，A=定位，V=未定位;⑧校驗和：2C。其中校驗和包括$符。

　　接收上述GPS信息由AT89C2051單片機的UART完成。GPGLL為55個字符，GPZDA為38個字符?？紤]到單片機內部RAM單元有限，為適應GPS同時輸出的數據句型比較多，數據量比較大的情況，因此，需要對句型進行選擇性接收。

{{分頁}}

　　2 主程序設計

　　主程序主要包括以下幾個部分：初始化、接收GPS數據、GPS信息處理、超時處理判斷等。GPS數據采用中斷方式接收，數據處理由獨立子程序完成，主要包括時間、位置信息的提取。數據接收處理完畢后，傳送到LCD顯示。超時判斷時間間隔設定與GPS數據更新速度匹配即可，其目的是保證GPS提供的位置、時聞信息與用戶的可視信息同步。主程序流程圖如圖2所示。

　　GPS接收機通常采用RS 232C/RS 485/422標準：傳輸速率可以設定，有4 800 b/s等，數據位：8 b，停止位：1 b。

　　對于AT89C2051單片機，選擇定時器1作為波特率發(fā)生器，波特率取決于溢出速率。波特率計算公式如下：

　　系統時鐘取11.059 2 MHz，則對于波特率4 800 b/s，定時器1重載值為FAH。

　　3 數據處理子程序設計

　　接收緩沖區(qū)存儲的內容是ASCII碼(字符)，因此在處理成數據的時候要進行轉換。

　　對于時間數據，處理成壓縮BCD格式，如對于以下的GPZDA信息：

　　$GPZDA，114523，18，11，2006，10，34*6E

　　經處理后，得到如下信息：11 H(時)，45 H(分)，23 H(秒)，18 H(日)，11 H(月)，20 H(世紀)-06 H(年代)，10 H(時差)。

　　GPS數據處理子程序首先將接收的時間數據轉換為上述BCD數據。根據GPZDA得到UTC時間和本地時差后，可以修正為本地時間輸出。時間修正要考慮到進位和借位問題。在程序設計過程中閏年、大月小月需要分別處理。

{{分頁}}

　　帶時差修正的GPS信息處理流程圖如圖3所示。圖中，Hour表示UTC時，Min表示UTC分，Sec表示UTC秒，Day表示UTC日，Mon表示UTC月，YearH表示UTC世紀，YearL表示UTC年代;D_Hour和D_Min表示時差的時和分。

　　常用GPS接收機輸出NMEA0183數據有V2.1，V2.0和V1.5三種版本，其中V2.1版本時差修正到分鐘，而V2.0和V1.5只到小時。為滿足程序通用，在實際信息解析時以V2.1為準，當接收的信息為V2.0和V1.5時，只需將上述程序中D_min置為0即可。

　　4 結語

　　GPS信息處理系統解決了GPS標準數據式的解讀、信息的提取、轉換和顯示問題。另外，他具有時差修正功能，便于全球各地用戶使用。以AT89C2051單片機為控制核心，LCD和鍵盤作為人機界面，以較低的成本滿足了用戶的一般需求。目前，該系統已在船用導航系統中得到了成功應用。