作者/ 张婷 姚金杰 高虹 中北大学 信息勘探与处理技能要点试验室(山西 太原 030051)
摘要：卫星导航定位体系在不断地开展和完善，而导航定位体系的重要中心是终端。本文规划了以单片机ATmega128A为处理器、以惯性器材MPU6050和FLASH存储为中心的集成一体化的硬件接纳机终端。运用GPS/斗极模块接纳GPS/斗极卫星信号进行定位，运用微惯性丈量单元获取终端姿势信息，并发送到单片机串口，通过处理存储至FLASH存储芯片。将该技能运用到铁路巡线的导航定位终端中，铁路巡视完结后，通过串口获取数据，再通过短报文长途发送至软件监控渠道。通过测验，本体系能够安稳地得到终端的定位巡视信息。
导言
现在，铁路巡线仍存在作业难度大且办理不便利，铁路巡线工人是否履行职责关乎到铁路运转安全。但是，铁路巡线归于室外作业，其作业情况很难查核，传统作业报到记载办法简略被假造，且历史记载不易保存，很难对铁路巡道工的作业情况进行如实地查核和查验，在必定程度上会形成人员作业积极性和专业本质技能的下降。
针对上述问题，将卫星定位导航技能运用于铁路巡线将极大地便利铁路巡线的办理作业。本规划设备能够完结巡线人员和警犬的定位以及巡线轨道存储等功用，其间定位精度能够到达1m，存储深度达2GB。
1 卫星导航体系的组成
卫星导航体系首要有全球定位体系(GPS)和斗极卫星导航体系两种，首要由空间卫星单元、地上操控单元和用户接纳单元组成。地上操控单元是由主控站、地上操控站和监测站组成。用户接纳单元为GPS或斗极定位终端。
斗极卫星导航体系是国产体系，选用三球交汇的丈量原理，但实际上只用到了两颗卫星，其根本原理是以这两颗已知详细空间方位坐标的卫星为球心，以它们到用户的间隔为半径画球，再以地球的地心为球心，以用户到地心的间隔为半径画球，最终三个球必定相交于一点，这一点便是用户的方位。
2 体系规划
本文以GPS体系为主规划，一起也统筹斗极定位体系的运用。
2.1 硬件规划
2.1.1 高精度GPS模块
接纳卫星导航信号时，选用高精度GPS定位模块u-blox NEO-M8N，能够一起获取和盯梢不同的全球导航卫星(GNSS)体系并行接纳GPS和GLONASS或斗极信号。适应于即便在GPS信号差的环境下都需求最高的可用性和准确性的高功用运用。因为 GPS/SBAS操作在晴空城外条件下就可到达最佳定位，别的还装备了内置的智能主动切换功用，可根据GNSS卫星的可见性和牢靠性，主动切换到单一GNSS操作形式。
该接纳模块功耗低、重量轻、定位速度快，具有GNSS引擎，支撑GPS和斗极通讯，具有功耗低、导航精度高、费用低、支撑并行数据处理、体积细巧等特色。除此之外，NEO-M8系列供应了高灵敏度和低电压供应下的最小反应时间，一起为价格灵敏的运用做了优化，而且NEO-M8N也供应了更简略的RF射频集成，便于运用。
2.1.2 硬件模块的规划
计划中选用Atmel公司型号为ATmega128a的8位MCU，具有128KB的体系内可编程Flash的RISC结构，可通过ISP完结体系内编程。
定位终端是整个体系的硬件根底，应具有以下功用：
(1)定位功用
铁路巡线工人作业的时分将该导航定位终端带着在身上，待完结作业之后，将获取的数据读出即可反映出巡查的道路，这就要求双模定位终端能够接纳到GPS和斗极的双模定位信息。
(2)FLASH存储功用
方针手持多模定位终端可通过FLASH存储芯片将巡线过程中接纳到的定位信息保存，待铁路巡线结束后，将数据回传至上位机，然后通过短报文发送给中心监测渠道。
依照定位终端的需求，本体系首要分为三大模块，即斗极惯组定位模块、MCU操控模块和FLASH存储模块，其全体作业框图如图2所示。
MCU操控模块是整个硬件体系的中心部分，首要担任完结以下作业：
(1)读取卫星导航所定位的方位信息，并将其有用的信息进行提取;
(2)对提取的信息进行相关的数据处理，将处理后的数据传送到FALSH模块上存储。
GPS模块完结卫星导航数据的接纳，在Vcc供应电压端和芯片接地端用到了两个直流板上型电感L1、L2，首要意图是为了按捺电磁搅扰。
惯组电路模块完结了其在信号欠安或没有信号情况下的定位或导航。
本规划选用的是MT29F16G08ABABAWPITB系列FLASH存储器，直接连接到AVR的MCU上，首要用来寄存GPS/斗极芯片接纳到的定位数据。
考虑到设备的作业环境需求电源电压安稳与牢靠，本规划选用稳压NCV1117DT50T5G系列芯片，这是低压差正电压稳压器，具有较高精度，能够供应一个超越1.0A的输出电流。具有内部维护特色，包括输出电流约束，安全作业区补偿并支撑热关。该系列也具有很好的通用性，且运用范围十分广泛。
2.2 软件规划
本体系的软件规划首要是斗极数据收集处理。首要斗极定位模块开端作业，接纳到方位信息，然后对接纳到的信息进行数据处理，最终只输出经纬度等体系所需求的信息，将处理后的数据传输给MCU操控模块。MCU将收到的经纬度等信息传输给存储模块。
从定位模块所接纳到的NMEA句子信息中提取经度、纬度等数据。本终端所用定位芯片可接纳许多格局的句子，由NMEA0183协议能够看出，RMC格局的句子是包括完好的数据信息的、数据量最小的定位信息。因而，在该规划中，挑选$GNRMC句子来供应双模定位信息，$GNRMC句子的字段标明为：
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*<13>
其间，<3>,<4>,<5>,<6>代表了体系所需求的经纬度信息，因而，在数据处理中便是要提取出这四个字段的内容。
要使双模定位模块只输出$GNRMC句子，需求对其进行数据处理，本规划选用数组的方法来存储数据，首要判别串口收到的数据格局是否为$GNRMC，若不是$GNRMC，则接纳的数据过错;若是$GNRMC，则承受的数据正确。接纳到$GNRMC时，开端存储定位所要的数据，$GNRMC字段是以“，”分隔的，判别定位是否有用，是看第二个“，”后收到的数据，若是“A”，则定位有用，开端接纳之后的经纬度等数据;若是“N”，则定位无效，从头接纳数据。将接纳到的有用信息提取并保存到数组中，最终接纳到“*”终止符时，阐明本次数据接纳结束。斗极/GPS双模定位模块的数据处理根本流程图如图8所示。
3 接纳测验
验证接纳终端模块时，首要完结的使命是获取方针的方位信息，如图9所示。定位测验后就要对活动轨道的显现进行测验，能够使监控人员更直观地了解方针的动态，需求在地图上实时地显现方针所走过的轨道，如图10所示为监控方针的活动轨道。从图中能够很直观地看到方针行走的轨道，这便有利于监控人员把握铁路巡线员巡线状况。
4 总结
本文选用GPS/斗极模块和MCU规划了根据铁路巡线的卫星导航定位终端，完结了铁路巡线监测设备的硬件电路规划，给出了此设备中几个重要的模块电路原理图，供应了定位终端软件的根本流程，并对全体功用进行了测验。试验标明，体系的功用安稳，根本完结了所设定的功用要求，具有必定的运用推行远景。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第48页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
