单片机创意小制作,GPS记录器DIY
全球定位系统,小名GPS,大家一定不陌生,对于我们来说,它只有一个功能——定位,说白了,就是它能告诉我们现在所处的经纬度。
虽然功能简单,可由此衍生出来的应用可就不少了,比如车载导航仪,不光能告诉我们现在在哪,还能告诉我们怎么去想去的地方;又如某个车队要了解车辆的位置,那就给每个车子装个GPS和无线收发设备,实时了解车辆信息。
图12.1GPS记录器的显示界面除此之外,还有些另类的应用:比如GPS授时,所谓授时,就是告诉我们现在几点钟了。虽然这有点大材小用的意思,不过这时间是相当准确的,可以精确到毫秒级,可以作为许多应用的标准时钟。再有就是今天我们要DIY的这个“GPS记录器”(见图12.1)了,简单来说,就是把我们所经过的位置记录下来的装置。有人要问了,这有什么用呢?假如有驴友旅行过程中发现一段非常漂亮的路径,路上湖光山色,风景秀丽,他就可以利用这个装置将路径记录下来和朋友们分享;假如探险家外出探险,也可以利用这个装置将路径记录下来,探险结束后按原路安全返回。这,就是路径回溯功能。
接下来让我们了解一下必备的基础知识。
GPS原理简介
GPS应用已经非常普及,现在很多手机都集成了GPS导航的功能,但是光有导航仪或者是GPS接收器是不行的,它还得有天上挂着的24颗卫星作为信号的来源。这24颗卫星就像草莓外面的籽一样均匀地分布在地球上空,基本上在全球任意地方都能接收到GPS卫星的信号。接收器根据卫星发送的含有报文的信号来计算处于哪个位置。除此之外,我们不能将卫星发射上去之后就不管了,所以,地球上还有地面中心对这些卫星进行监控和数据修正。所以,完整的GPS系统包括GPS卫星、用户接收端、地面监控中心。
图12.2解析流程GPS接收端与通信协议
上面讲的GPS系统包含3部分,但是我们平时能接触到的只有接收端。别看现在市面上各种牌子的导航仪和接收器数不胜数,但上面用的GPS接收处理的芯片,全球就只有几家公司有能力设计。其中,SiRF的芯片占据了民用市场七八成的份额,而目前用的比较多的是年发布的SiRFstarIII,也就是所谓的“第3代”芯片。
接下来就是让其他产品能“听懂”从GPS芯片发出的数据是什么意思了,这时就需要有个通信协议。目前大部分GPS模块采用的是NMEA协议。这个协议涵盖了许多方面,GPS只是用到其中的一部分。
NMEA协议简介
NMEA是由美国全国海洋电子协会(TheNationalMarineElectronicsAssociation)制定的一套通信协议,是目前GPS最常见的通信协议。
以笔者的这个GPS模块为例,它将接收到的GPS卫星信号解码之后,通过串口以NMEA格式输出,而用到的语句只有4个:GPGGA、GPGSA、GPGSV、GPRMC,其中美元符号()代表前缀,表示语句开始;GP代表对象,代表用在GPS上;后面的GGA、GSA、GSV、RMC等是语句类型;每条语句的各个数据字段用半角逗号(,)分开;结尾为*XX,XX是整个语句的校验和,以检验收到的语句是否正确,代表回车和换行,表示该条语句结束。
我们所要做的就是将其接收下来,解析出我们要的数据,再进行下一步的应用。
数据解析和保存
有了从模块那里收到的数据,接下来就是解析出里面有用的数据了。图12.2所示为简单的解析流程。
由于使用的是单片机,所以最简单的保存数据的方案便是使用SPI接口的Flash。另外由于NMEA语句是为了便于传输,采用字符形式,所以“身材”比较大,基本上每次的数据量在~字节,由于Flash容量限制,不能将原始的NMEA语句直接保存,所以我们自己定义了一个存储格式,将其中有用的数据摘出来以二进制的格式保存,这样每次的数据顺利地缩小了。在实际应用中,每个点的数据只需要32字节。
如何浏览路径
说到这里,就必须请出神器——GoogleEarth了。这是谷歌出的一款可以看卫星图的软件,可惜的是目前的6.0版还不能直接支持NMEA协议。不过GoogleEarth支持另外一种语言,那就是KML。其全称是KeyholeMarkupLanguage,基于XML,同样,它包含了很多复杂和高级的内容,在此不再赘述,我们只需要用到其中一部分——在GoogleEarth中画路径。
下面是一个最简单的KML示例:
?xmlversion=1.0encoding=UTF-8?
kmlxmlns=
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