摘要：为完结用户到方针点的间隔丈量和方向操控，规划并完结了依据加速度传感器ADXL345和EB3631的GPS模块的实时导航体系。体系选用EB3631建立GPS模块，经过串口与ATMEGA644P操控器通讯收集GPS定位信息;选用加速度传感器ADXL345，经过IIC协议与操控器通讯完结位移丈量。在0m-500m规模内，时体系安稳性和精确性的重复测验，终究完结了相对误差在10%以内的精确度较高的导航体系。
跟着GPS用户设备价格不断下降及GPS运用研究的不断深入，很多GPS定位导航体系被运用于帆海、飞机的导航、导弹卫星测控、精细授时、石油挖掘等方面。因为受丈量环境的搅扰或许信号被阻挠导致GPS不能定位，一起受GPS定位芯片的影响，使得GPS接纳机定位精度大大下降。为处理这些问题，取得精准的定位。文中以三轴加速度传感器ADXL345为根底，详细描述了依据第三代GPS芯片EB3631的硬件和软件规划方案，使得用户能够实时获取当时方位到方针方位的间隔及方位，体系实用性较高。
1 硬件规划
GPS测距体系总体规划结构如图1所示。主操控器选用依据AVR内核的8位低功耗操控器ATMEGA644P，芯片具有64K的片内FLASH，2K的EEPROM，4K的片内SRAM。芯片通用I/O接口32个，集成了IIC接口、SPI接口、JTAG接口及8通道的10为ADC转化接口，丰厚的外围接口，能更好的满意体系的规划要求。GPS MODULE选用台湾环天公司的EB3631为中心器材，因为选用TTL电平输出，能够直接经过串口与操控器进行通讯，为用户供给定位信息。三轴加速度传感器ADXL345完结加速度的丈量，然后得到用户位移。电源模块选用8节AA电池，经过π型滤波电路，LM7805稳压为ATMEGA644P、LCD1602液晶供给5 V电压，5 V电压经过AMS1117系列低压差稳压芯片稳压，为GPS模块和加速度传感器ADXL345供电。
1.1 加速度传感器接口电路
ADXL345是ANALOG DEVICES公司的一款数字式的三轴加速度感器，丈量规模最小+2g，丈量规模最大到达±16g。芯片输出数据选用16位的二进制补码办法，操控器能够经过三线制或四线制SPI接口拜访，也能够经过IIC接口拜访。ADXL345十分合适移动设备运用，不只能够丈量静态重力加速度，还能够丈量运动或许冲击导致的动态加速度。芯片分辨率十分高，能够丈量歪斜视点小于1°的改变。ADXL345的作业流程为：首先由三轴灵敏单元感知3个方向的比力，经过电子感应器材取得模拟量，经过AD转化为数字信号，经过数字滤波后送往操控欲中止逻辑，在命令字的操控下经过I/O口与操控器交互。
ADXL345在IIC形式下作业时，CS引脚有必要接VDD，芯片支撑单字节或多字节的读写，读写地址是由7位的IIC器材地址和R/W位组成。IIC器材地址与ALT ADDRESS引脚的逻辑电平密切相关，当ALT ADDRESS引脚处于高电平时，7位器材地址是0x1D，相应的读写地址就转化为0x3B，0x3A;当ALT ADDRESS引脚处于低电平时，7位器材地址是0x53，相应的读写地址就转化为0xA7，0xA6[4];加速度传感器的接口电路如图2所示。SCL作为IIC总线的时钟线，SDA是IIC总线的数据线，经过1～20K上拉电阻至VDD;INT1、INT2是ADXL345的中止引脚。
1.2 NMEA-0813协议
NMEA-0813是美国海洋电子协会为海用电子设备拟定的规范格局，数据输出选用ASCII码字符，现在广泛选用的版本是V2.0。数据传输以$开端，后边的是5个字母的句子头。其间句子头的前两个字母代表体系“ID”，如果是GP，则表明该句子归于GPS定位体系;如果是HC，则表明该句子归于罗经方位体系。句子“ID”由最终3个字母决议，句子头之后是数据调集，不同类型的数据字段以“，”切割，每条句子以回车换行符完毕。
$GPGGA是GPS定位体系中规范的GPS定位信息句子，$GPRMC是引荐最小的定位信息句子。GPS数据传输选用规范的RS232异步传输，通讯的波特率一般默许是4800，1个开始位，8个数据位，一个中止位，无奇偶校验位。
1.3 EB3631 GPS模块规划
GPS(Global Positioning System)，也是咱们一般所说的全球定位体系，一个完好的GPS定位体系由太空部分、监控部分、用户部分组成。用户部分由GPS接纳机、数据处理软件及相应的设备组成，GPS接纳机是由前置放大器、信号处理、操控与显现、记载和供电单元组成。GPS体系定位的原理：每颗GPS卫星时刻发送本身的方位和时刻信号，用户接纳机能够丈量出每颗卫星到接纳机的时刻延迟，依据信号传输的速度，将速度与时刻延迟相乘便可得出接纳机到不同卫星的间隔。三维坐标、速度和时刻的确认至少需求接纳到4颗卫星的数据才能解算。
依据EB3631的GPS接纳板，是高性能的、低功耗的GPS接纳板。中心器材选用第三代芯片SiRFstar III，高速的GPS芯片，-159dBm超高的灵敏度，4Mb的flash存储空间，该芯片具有两个串行口，便利与ATMEGA644P操控器通讯，选用NMEA-0183和SIRF binary协议，一次最大可接纳20颗卫星，即便在信号很弱小的环境，定位也很快。图3所示是GPS接口电路。
2%20软件规划
GPS测距体系的软件开发选用WINAVR/GCC编译器，程序规划选用模块化办法编写，其间包含ADXL345丈量程序、GPS接纳程序、LCD1602液晶驱动程序。在编写程序前需求收集方针点坐标，这些数据将存储在ATMEGA644P操控器的片内2K的EEPROM中，在PC机上经过Google地图取得方针点经纬度坐标。表1所示是阿坝师专学校坐标记载。
2.1 ADXL345程序
ATMEGA644P经过IIC总线拜访三轴加速度传感器ADXL345，IIC总线是飞利浦公司推出的一种串行总线，是具有多主机体系所需的总线判决和高低速器材同步功用的高性能串行总线。IIC总线由数据线SDA和时钟线SCL组成。IIC总线的数据线上供给开始、中止、应对、非应对四种信号。在运用ADXL345丈量加速度时，需求对电源寄存器、数据格局寄存器初始化，初始化完结后，方可丈量x、y、z方向的加速度。电源寄存器不只能够设定供电形式，并且合作BW_RATE寄存器，还可对数据速率进行设定，默许情况下是100 Hz。装备数据格局寄存器，能够设定SPI作业形式是三线制仍是四线制、分辨率位数、量程、是否将自测运用到传感器。以下是ADXL345初始化的首要代码。
本题中将三轴加速度传感器ADXL345的分辨率设置为13位，从寄存器DATAX0，DATAX1中读出数值，将DATAX1中低5位数据和DATAX0的数据进行拼接，DATAX1的高3为作为符号位，就能完结X方向的加速度丈量，Y轴、Z轴方向加速度读取办法与X轴方向共同。
2.2 GPS接纳程序
因为GPS板接纳到的句子格局不只一条，所以要完好的接纳到“$GPGGA*”数据，就有必要对句子头进行检测，当接纳的字符和这7个字符完全相同后，才能将数据进行存储，当接纳到“*”字符，表明该条句子接纳完毕，能够对数据进行处理。图4所示是串行口中止函数接纳子程序流程。
2.3 主程序
主程序的规划包含初始化相关寄存器、I/O端口、USART、I%&&&&&%以及LCD1602液晶初始化，初始化完结之后显现开机LOGO。在循环体中，先进行键盘扫描，以挑选方针点，ATMEGA644P操控器经过串口中止接纳GPS接纳板发回的$GPGGA数据，以取得当时的坐标，经过核算得到当时方位间隔方针点间隔及相对方向，经过LCD1602液晶显现。然后每隔5秒，判别是否需求收集当时的经纬度数据，经过公式(1)核算取得最新数据信息，以便数据信息及时更新。图5是主程序流程图。
d=R*arccos(θ)*PI/180
其间θ=sin(LatA)*sin(LatB)+cos(LatA)*cos(LatB)*cos(LongA-LongB)，(LatA，LongA)是A点的经纬度坐标，(LatB，LongB)是B点的经纬度坐标。经度依照东正西负来计，纬度依照北纬取90-纬度值，南纬取90+纬度值，地球半径R为6 371 004 m，PI取值3.141 592 6。
3 测验成果
在阿坝师专学校试运转，接纳当时方位信息时要保证接纳到3颗及以上的卫星，使得GPS定位精确，所收集的经纬度数据有用，取得较精确的间隔。表2所示是实测间隔成果是以行政楼作为当时方位。
经过表2能够看出丈量间隔在500 m以内，相对误差规模操控在10%以内，到达了较高的精度。
4 完毕语
文中规划了一种依据ATMEGA单片机的低功耗、低成本的盯梢体系。首要论述了整个体系的硬件规划原理、首要模块电路规划及软件规划流程，体系在户外运转，经过试验测得的数据误差较小，能供给长达8h以上接连安稳作业，为用户导航供给很大的协助。
