CN103728627A - 基于Ublox GPS模块的嵌入式定位*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***，电路包括主控制部分、定位部分、通信部分、数据采集部分和显示部分；主控制部分的主控模块采用三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式***平台，包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块电路、JTAG接口电路、串行口电路、LCD接口、SPI接口以及按键电路，定位部分采用了自行设计和制作的基于瑞士Ublox公司的LEA-4S芯片的GPS接收模块；通信部分包括串行口，SPI接口以及按键电路；数据采集部分包括GPS有源天线，LEA-4S芯片；显示部分包括LCD显示模块；主控模块通过串行口或SPI接口与GPS接收模块连接；通过LCD接口与扩展模块LCD连接；有益效果是：针对实际需要，通过电路设计，使***的性能、集成度和可扩展性大大提高。

Description

基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***。

 

背景技术

定位***作为信息***的重要部分，利用GPS等装置，以一定精度实现相关设备定位，包含位置，速度和行向等信息。继一些国家之后，我国一些科研院所和高校也开始研究自己的定位***，市场空前地繁荣 但是传统***功能单一，集成度不高。随着ARM处理器在全球范围的流行，32位的RISC嵌入式处理器已经成为嵌入式应用和设计的主流，同时嵌入式Linux是一个通用的免费操作***内核，具有稳定、良好的移植性，优秀的网络功能，完备的各种文件***的支持以及标准丰富的API等特点。因此，需要设计一套具有先进性及工程实用性的定位***整体解决方案，以使得***的性能、集成度和可扩展性大大提高。

 

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对实际需要，提供一种基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***解决方案，以使得***的性能、集成度和可扩展性大大提高。

    本发明是通过这样的技术方案实现的：基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***，其特征在于，***电路包括主控制部分、定位部分、通信部分、数据采集部分和显示部分；主控制部分的主控模块采用三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式***平台，包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块电路、JTAG接口电路、串行口电路、LCD接口、SPI接口以及按键电路，定位部分采用了自行设计和制作的基于瑞士Ublox公司的LEA-4S芯片的GPS接收模块 ；

通信部分包括串行口，SPI接口以及按键电路；       

数据采集部分包括GPS有源天线，LEA-4S芯片；

显示部分包括LCD显示模块；

      主控模块通过串行口或SPI接口与GPS接收模块连接，通过LCD接口与扩展模块LCD连接。

    利用基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***进行定位，其信号处理过程包括：

1、连接好GPS有源天线，将天线的接收端放在开阔的户外，接收GPS卫星信息；

2、从有源天线接收到的GPS卫星信息进入LEA-4S芯片，LEA-4S芯片对卫星信息进行信号解调与汇聚，形成GPS信息格式帧；

3、GPS信息格式帧从LEA-4S芯片的串行口或SPI接口发送到主控制部分；

4、主控制部分对GPS信息格式帧进行处理，进行所需信息筛选，并汇总成相应的显示信息；

5、显示信息通过LCD接口发送到LCD显示模块，LCD显示模块显示相应的定位信息。

本发明的有益效果：针对实际需要，提供一种基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***解决方案，通过新的电路设计，使得***的性能、集成度和可扩展性大大提高。

附图说明

图1、定位***总体框图；

图2、GPS接收模块框图；

图3、***流程图。

具体实施方式

    为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

如图1至图3所示，基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***，其特征在于，***电路包括主控制部分、定位部分、通信部分、数据采集部分和显示部分；

 主控制部分的主控模块采用三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式***平台，包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块电路、JTAG接口电路、串行口电路、LCD接口、SPI接口以及按键电路；定位部分采用了自行设计和制作的基于瑞士Ublox公司的LEA-4S芯片的GPS接收模块；         

通信部分包括串行口，SPI接口以及按键电路；       

数据采集部分包括GPS有源天线，LEA-4S芯片；

显示部分包括LCD显示模块；

      主控模块通过串行口或SPI接口与GPS接收模块连接；

      通过LCD接口与扩展模块LCD连接；

定位部分采用了自行设计和制作的基于瑞士Ublox公司的LEA-4S芯片的GPS接收模块。GPS接收模块的整体设计，如图2所示。

u-blox的GPS部分分为两部分，采取数字/模拟分开设计的方法，有效提高了模块的抗干扰能力。在硬件的设计制作过程中，也是分为两步，即模块部分和数字部分。模拟部分主要由天线接入端及天线供电部分/检测电路构成。

天线选用3V供电的有源天线，增益27dB左右，噪声系数1. 5dB左右 天线接入模块较为复杂，从GPS有源天线天线接收的信号频率高达1. 575G，属于微波范围 PCB设计需要满足天线座到模块RF_ IN端的阻抗匹配为50欧姆。

模块供电电源稳压电路为5V转3V的五脚LDO，对电压稳定精度较高，要求输出纹波在50mV以下，电流为150mA左右，这里选用精工的SOT-23-5封装的LDO S-1112 3. 0V，能满足电源供应的要求。后备3V可充电微型锂电池则为数据保存作用。

选择电路为波特率的选择及速率选择，或是启动速度之类的选择，一般可以用默认值。

数字部分硬件相对简单，LEA-4S为两路TTL电平输出，分别为9600 /11520 波 特 率，分 别 支 持 国 际 通 用GPS协 议NMEA及u-blox公司的UBX二进制格式 在本设计中，通过串口提取ASCII码，串口数据通过MAX232电平转换为RS232电平 另外，将GPS模块的发送端和接收端经电平转换后与串口DB9交叉相连。

主控制部分的主控模块采用三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式***平台，包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块电路、JTAG接口电路、串行口电路、LCD接口、SPI接口以及按键电路；

1.平台的搭建

***的平台的搭建其实就是嵌入式linux 操作***的移植工作，主要包括4步: 建立交叉编译环境； 移植引导程序； 编译内核； 生成根文件***。

交叉编译工具主要由gcc binutils和glibc这几部分组成由于重新建立一个交叉编译工具链比较复杂也没有任何意义，所以本文使用已经做好的工具链。因此建立      交叉编译环境的过程实际就是对工具包cross－3. 3. 2. tar. bz2解包的过程。

本文移植的Bootloader是韩国Mizi公司开发的vivi 首先。在根目录下创建一个armsys2410目录，对vivi_ armsys.tgz执行解压命令 解压完成后进入vivi _ armsys 执行命令make menuconfig，然后选择 Load on Alternate Configuration File 菜单，再写入arch /def-configs /smdk2410，进行vivi的裁剪。执行make命令进行编译，在vivi_ armsys目录下生成vivi二进制文件，最后将其烧写到Flash。

内核的编译通过命令make menuconfig进行内核的配置； 通过命令make dep建立依赖关系； 通过命令make zImage建立内核，得到Linux内核压缩映像zImage，最后通过vivi命令提示模式下使用下载命令，将压缩映像文件zImage装载到flash存储器中。

Linux支持多种文件*** cramfs是Linus Torvalds撰写的只具备最基本特性的文件*** 本文使用mkcramfs工具对主机里已有cramfs文件***进行制作和压缩，最后也要烧写到flash的相应部分。

2.GPS模块驱动的开发

2.1 初始化/清除模块

在初始化程序段中要完成对GPS设备的注册，设备节点的

创建和对串口相关寄存器的初始化 部分代码如下:

if( (register_chrdev(GPS_MAJOR，GPS_NAME，&gps_fops) )< 0)

{/ /注册GPS字符设备

printk(KERN _ INFO［registering of GPS is failed］\n ) ；

return ret；

}

devfs_GPS_dir = devfs_mk_dir(NULL，GPS，NULL) ；

devfs_handle = devfs_register(devfs_GPS_dir，GPS DEVFS_FL_DEFAULT，GPS_MAJOR，0，S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR，&GPS_fops，NULL) ；

printk( GPS suecessfully initialized \n) ；

* UCON0 = OxO211；/ /串口工作模式定义

* UBDRO = OxOO17；/ /波特率的选择

相反，清除模块函数GPS_Cleanup()，完成注销字符设备

devfs_unregister_chrdev(GPS_MAJOR，GPS_NAME)；

printk( GPSmoduleremoved \n) ；

2.2 两个数据结构定义

模块驱动的最终目的就是取得GPS信息，因此规范GPS数据是对数据传递的可靠性和速率都是有益的

struct GPS_DATA{

unsigned int hour；/ /小时，24小时制

unsigned int minute；/ /分

unsigned long Second；/ /秒，精度小数点后三位

unsigned long latitude；/ /纬度

unsigned char southornorth；/ /纬度属于南北的标志码

unsigned long longitude；/ /经度

unsigned char eastorwest；/ /经度属于东西的标志码

} ；/ /其中包括了在导航***中所需的几个重要数据

另外还有对驱动模块文件操作结构的定义 即:

static struct file_operations gps_fops ={

ead:gps_read，

rite:gps_write，

octl:gps_ioctl，

open:gps_ open，

E     lease:gps_release，

} ；/ /定义了设备操作映射函数结构

2.3 驱动程序的模块操作

在***进入GPS定位模式时，***首先是将GPS模块注册到操作***中，实现初始化过程，再通过gps_ open函数打开设备，此过程中完成对中断、缓冲区以及定时器等资源的申请，为GPS数据读取做准备 通过gps_ write ( ) 向模块写命令字来是自主地选择工作模式，gps_ ioctl ( )则是选择串口传输模式，使之与GPS模块传输模式相匹配。之后的应用程序将创立一个独立的进程来进行GPS数据的读取gps_ read ( )，该进程没有数据时进程一直处于睡眠状态等待数据，有数据来，进入中断处理模块，完成数据的分析，生成GPS_ DATA数据结构，供定位使用。这个进程是随着定位模式的切换而终止的，此时除了关闭进程外，还需调用gps_ release ( ) 释放申请的所有资源，并关闭设备。

2.4 应用程序的实现

GPS模块通过串口输出NMEAO183语句，而应用程序主要完成对GPS数据的采集与解析 NMEA0183输出语句多达十余种，任意一种定位语句都包含一定的定位数据，由于以 $ GPRMC 开头的语句包含了本***所需的所有定位信息，本***只需处理该类型。

$ GPRMC，<1>，<2>，<3>，<4>，<5>，<6>，<7>，<8>，<9>，<10>，<11>，* hh，<CR>，<LF>等该类型定位数据的各个符号位的含义如下

$ GPRMC 定位语句起始标志

<1>协调世界时UTC          <2>GPS定位状态指示，A为有效定位，V为无效定位

<3>纬度                    <4>纬度标志，N为北纬，S为南纬

<5>经度                    <6>经度标志，E为东经，W为西经

<7>相对于地面的速度        <8> 轨道相对于地面的夹角

<9>TC日期，日月年         <10>磁偏角

* hh 校验标志符            <CR>，<LF>语句中止符

应用程序的整体设计流程如图3所示，从图3可以看出，***开始运行后首先对串口的初始化就是对GPS模块初始化，包括设置波特率、数据位、校验位等；然后开始接收GPS数据，即从串口读数据，并将读到的数据保存到BUF中；接着进入数据的解析和提取阶段，通过BUF[5]等不等于c判断是否为$ GPRMC，若是则开始提取经纬度、时间等信息并存入结构体GPS_ DATA中，最后通过LCD显示出来。

    根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***，其特征在于，***电路包括主控制部分、定位部分、通信部分、数据采集部分和显示部分；主控制部分的主控模块采用三星公司基于ARM920T的S3C2410和Linux的嵌入式***平台，包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储模块电路、JTAG接口电路、串行口电路、LCD接口、SPI接口以及按键电路，定位部分采用了自行设计和制作的基于瑞士Ublox公司的LEA-4S芯片的GPS接收模块 ；通信部分包括串行口，SPI接口以及按键电路；数据采集部分包括GPS有源天线，LEA-4S芯片；显示部分包括LCD显示模块；主控模块通过串行口或SPI接口与GPS接收模块连接，通过LCD接口与扩展模块LCD连接；

    利用基于Ublox GPS模块的嵌入式定位***进行定位，其信号处理过程包括：

1、连接好GPS有源天线，将天线的接收端放在开阔的户外，接收卫星信息；

2、从有源天线接收到的卫星信息进入LEA-4S芯片，LEA-4S芯片对卫星信息进行解析，形成GPS信息格式帧；

3、GPS信息格式帧从LEA-4S芯片的串行口或SPI接口发送到主控制部分；

4、主控制部分对GPS信息格式帧进行处理，进行所需信息筛选，并汇总成相应的显示信息；

5、显示信息通过LCD接口发送到LCD显示模块，LCD显示模块显示相应的定位信息。

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