1 导言
GPS以其高精度，全天候，全球掩盖，便利灵敏和优质价廉招引全世界许多用户。GPS的广泛应用改变了人们的作业方法，进步作业功率，带来巨大的经济效益。这儿提出一种根据EM411 GPS接纳模块和PIC18F2550单片机的手持式GPS定位体系规划方案。该体系选用点阵字符液晶屏显现接纳GPS卫星数据，并用SD卡记载所接纳到的GPS信息，然后完结GPS数据导入电子地图。
2 NEMA协议简介
现在，GPS选用NMEA-0183协议做为发送和接纳数据的规范，NMEA-0183是美国国家海洋电子协会（NationalMarine Electronics Association）为一致海洋导航规范而拟定的规范，该格局规范已成为世界通用的一种格局，协议内容在兼容NMEA-180和NMEA-0182的基础上。添加了GPS、测深仪、罗经方位体系等多种设备接口和通讯协议界说，一起还答应一些特定厂商对其设备通讯自定协议。NMEA-0183格局数据串的一切数据都选用ASCⅡ文本字符表明，数据传输以“$”最初，后边是句子头。句子头由5个字母组成。其前2个字母表明“体系ID”，即表明该句子是归于何种体系或设备，例如GP表明该句子归于GPS定位体系，HC表明该句子归于罗经方位体系；后3个字母表明“句子ID“，表明该句子是关于何方面的数据。句子头后是数据体，包含不同的数据体字段，句子结尾为校验码（可选），以回车换行符《CR》《LF》完毕，也便是ACSII字符 “回车”（十六进制的0D）和“换行”（十六进制的0A）。数据字段以逗号分隔辨认，空字段保存逗号。在GPS体系中常用句子有GPGGA（GPS定位信息），GPGSA（当时卫星信息），GPGSV（可见卫星信息），GPRMC（引荐定位信息），GPGLL（定位地理信息），GPVTG（地上速度信息） 等。GPS数据传输是以规范异步串行方法发送，其串行通讯波特率为4 800 b／s、数据位8位、中止位1位、无奇偶校验位。文献［2］给出各种GPS句子的具体数据格局。
3 EM411 GPS接纳模块简介
GPS接纳模块功用首要决定于其内部运用的GPS中心芯片组，GPS芯片组SiRF Star III经过选用20万次／频率的相关器（Correlators）进步了灵敏度并能在室内定位。冷开机／暖开机／热开机的时刻别离到达42 s／38 s／1 s，可一起追寻20个卫星信道。
EM411型GPS接纳模块选用SiRF Star III高效能GPS芯片组，其具有特色：极佳的灵敏度（追寻感度：-159 dBm）；信号弱小时，TTFF（Time to First Fix）定位仍十分迅速；支撑NMEA 0183言语格局：GGA，GSA，GSV，RMC，GLL，VTG；内建超大电容，可储存快速获取的卫星信号数据；内建陶瓷天线；LED指示灯显现卫星定位情况：LED不亮时接纳器封闭，LED恒亮时未定位或搜索信号，LED闪耀时已定位。此外，EM411体积细巧，外形尺寸为30 mm×30 mm×10．5 mm，作业时供电电压为4．5～6．5 V，耗费电流为60 mA。对外供给6个引脚，运用时引脚1、5接地，引脚2接电源，引脚3为串口输出数据线，引脚4为串口输入数据线，引脚6悬空。
4 体系硬件规划
4．1 GPS接纳部分
图1为便携式GPS接纳机的GPS接纳部分的电路，因为该体系规划是手持式便携设备，一切器材选型都应考虑节约本钱，节能。图1中，MCU选用 PIC18F2520，它是选用纳瓦技能的低功耗8位单片机，具有一系列能在作业时明显下降功耗的功用，十分合适手持便携式设备运用。该器材内部具有32 K Flash程序存储器，具有SPI、UART、I2C等接口以及1O位A／D转化器，凭借于内部PLL倍频器，时钟速度可高达40 MHz；可经过其UART接口（引脚RC6和RC7）完结与EM411 GPS接纳模块的通讯，因为EM411串口输出的最大电平为2．85 V，低于PIC18F2520 UART端口所要求的最小驱动电平4 V，因而在PIC18F2520和EM411之间需添加由U2（74HCT04）构成的TTL/RS232电平转化电路，不然PIC18F2520将不能接纳EM411的定位信息。PIC18F2520经过其SPI接口（引脚RC0，RC3，RC4，RC5）与SD卡通讯。SD卡对外供给两种拜访形式：SD形式和SPI形式。SD形式答应4线的高速数据传输。SPI形式运用通用的SPI接口，比较SD形式传输速率有所下降，运用SPI。接口的长处是仅用4根数据线即可完结SD卡的读写。通讯形式不同，SD卡引脚功用也不同。因为PIC18F2520内部具有SPI接口，本方案选用SPI形式完结对 SD卡的拜访，图1中CS（RC0）为MCU向卡发送的片选信号，SCLK（RC3）为MCU向卡发送的时钟信号。SDI为MCU向卡发送的单向数据信号，SD0为卡向MCU发送的单向数据信号，此外一切的SD卡插座还具有CD与WP两个引脚，CD引脚是SD卡检测信号引脚，当有卡插人时，该引脚对地短路（在插座内部衔接）。WP是写保护信号引脚，在卡刺进且没有写保护时，该引脚对地短路（在插座内部衔接）。
该体系规划选用20×4的点阵字符液晶显现器显现所接纳的GPS定位信息，液晶显现器设置于4 bit作业方法，MCU经过4根数据线以及使能引脚操控LCD的显现以节约MCUI／O端口资源。该体系设置2个按键用于操控SD卡的数据存储。当SW1 键按下时，经过软件延时设定数据保存时刻距离，SW2键按下时，体系将接纳到的GPS定位信息写入SD卡。图1中，开关K2用于翻开、封闭LCD背光电源：PIC18F2520的RA端口资源暂未运用。可留下今后体系升级时运用，例如将电池输出的直流模仿电压信号输入到RA端口，运用 PIC18F2520的10 bit A／D转化器将其转化为数字信号后。在LCD上显现电池电量，便于用户运用。
4．2 电源部分
便携式GPS接纳机选用两节AA型1．5 V电池供电，运用微功耗、高功率DC－DC变换器LT1300，将3 V电压转化为5 V以供电路运用，LT1300最低输入电压低至1．8 V，转化功率高达88％。当输入电压为2 V、输出电压为5 V时，LT1300的输出电流可达220 mA。LT1300选用8引脚SOIC封装，引脚1为信号地（GND），引脚2为输出挑选（SEL），当其与输入电源相接时，输出5 V电压，当该引脚接地时则LT1300输出3．3 V电压。引脚3（SHUTDOWN）用于挑选作业方法，该引脚接地时，LT1300为正常作业方法；当该引脚接高电平时，LT1300为掉电作业形式。引脚4（SENSE）是LT1300的输出端。其引脚5为限流，当该引脚接地时，其最大的开关电流为400 mA。LT1300的引脚6～8别离为电源输入、输出开关、电源地。图2为LT1300构成的GPS接纳机电源电路。图2中开关K1是GPS接纳机的总电源开关。因为GPS接纳机的主机部分运用5 V电压，因而LT1300的引脚2、引脚6与电池的正极相连，引脚3、引脚5、引脚1、引脚8接地。作业时引脚7需外接电感和二极管，其作用是当电池电量耗费过大时，LT1300内部的开关效应会引起电感L1上的电流替换增大，此刻二极管VD1会将这部分能量转储到电容C4中，以进步LT1300的输出电压。该部分规划的二极管以及电感L1、电解%&&&&&%C4参数挑选均参阅LT1300数据资料中引荐的类型和参数。需求留意的是，因为LT1300是高速、高电流器材，因而在PCB板布局时应尽量使电感L1接近引脚7放置，走线应尽量短，并应将电源地与信号地相连以削减电路中的搅扰噪声。
5 体系软件规划
图3为便携式GPS接纳机的主程序流程。首先是PIC18F2520的初始化，首要包含通用I／O端口，UART，SPI，以及LCD初始化，并在 LCD 上显现开机初始信息。接着PIC18F2520开端接纳从EM411传送的GPS定位信息，该体系规划的PIC18F2520只接纳GPSGGA以及 GPSRMC句子信息并将保存接纳到的信息。然后从中提取要显现在LCD上的信息，并将其写入预先界说的显现用缓存数组中再送往LCD显现。然后键盘扫描，如果有键按下则进行键盘中止程序的处理。当SW1键按下时，软件经过延时子程序设定一个固定的保存时刻距离。当SW2键按下时，软件履行SD卡驱动子程序，微芯公司供给了PIC单片机运用的完好的SD卡驱动程序代码，能够便利地将GPS定位信息以FAT文件格局保存到SD卡中，并可在Windows操作体系下翻开这些文件。SD卡驱动子程序首要完结SD卡初始化、卡刺进检测、写保护检测、SD卡读/写指令的发送／接纳、文件的更名、文件数据的传送等使命。文献［6］给出了微芯公司有关 PIC单片机SD卡驱动程序的具体阐明。
6 完毕语
电路搭建好后，挑选室外空阔地带、写字楼室内、富贵大街、汽车内等环境对便携式GPS接纳机进行测验，在室外、室内以及移动的汽车内该GPS接纳机均能很好的接纳多颗卫星的GPS定位信息，封闭LCD背光显现的情况下，可接连作业超越10 h。凭借SD卡以及PC机可完结将接纳到的GPS数据导入到Google Earth等电子地图中。由EN411 GPS接纳模块以及P%&&&&&%18F2520构成的手持式GPS接纳机具有电路简略、本钱低、灵敏度高级长处，接纳到的数据能以FAT文件格局保存到SD卡中，具有较高的实用价值，该体系规划可广泛应用于野外作业、户外运动等范畴。
