论文研究-基于GPS的船舶数据模拟系统的研究 .pdf

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基于GPS的船舶数据模拟系统的研究,朱文凯,,本文主要研究了GPS数据模拟器,该模拟器的功能就是要模拟GPS的数据,实时显示船舶的动态位置与航向,航速,并把这些数据通过串口发��
山国技论文在线 )回车,换行。 3系统的工作特性 RS23214是由美国电子工业协会EA)正式公布的在异步串行通信中应用最为广泛的标 准总线。它包括了按位串行传输的电气和机槭方面的规定。适合短距离或带调制解调器的通 信场合。它适合于数据传输速率在0-20000b/s范围内的通信。这个标准的串行通信接口的有 关问题,如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通信设备商都生产与RS-232制式兼 容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前己在微机和单片机系统中广泛采用。 日前的许多航海仪器,如AIS,ARPA, RADAR等的通信接口都是标准的RS-232串行通信接口。 因此,为了与航海仪器连接调试,本系统的数据输出接∏也要求是标准的RS-232串行通信接 波特率是进行串行通信的关键参数,通信双方波特率的一致性直接影响到数据传输的正 确性。当误差较大时,无法进行正确通笮。在232的串凵通信标准中,波特率以12002400, 4800,9600最常见 机的串行通信控制器采用的是8250,其波特率是通过1.843 专用时种由16位除法器产生,可以精确的定出各种波特率。 4系统方案的设计与实现 GPS数据模拟器主要和模拟显示和信息传输两个模块组成。其中模拟显示是指船位信息显 π。模拟显示模块采用PC杋进行图形编程,用PC杋显示器显示。信息传输是指所模拟的GPS 数据的输出,并需要加以扩`展。信息传输模块由单片机系统实现。 GPS数据模拟器的操作界面采用 Windows图形显示模拟技术,操作方式、主要功能和操作响 应同实装GPS一样,能够完成在实装GPS所能进行的经度,纬度,航向,航速的显示。 由于WCS-51单片机输入、输出电平为TL电平,而PC机配置的是RS-232C标准串行接口, 者的电气规范不一致,因此要完成PC机与单片机的数据通讯,必须进行电平转换。该电平转 换电路的实现可由 MAXIM公司的MAX232集成芯片来完成 本系统采用232作为单片机电平和232电平的转换芯片。232芯片是 公司生产的一种-232的通信接口包含两路接收器和驱动器的芯片,适用于各种单片 山国技论文在线 232内部有一个电源电压变换器,可以把输入的5电源电压变换成232输出电 平所需的土10电压,所以使用此芯片只需要单一的+5电源即可。实际应用中,1,和2 可直接接 电平的51单片机的串行发送端 和 可直接接 TTL/ 电平的51单片机的串行接收端 直接接机的232 串口的接收端 可直接接PC机的RS-232串口的发送端TXD要注意其发送、接收 的引脚要对应。如使1IN接单片机的发送端,则机的-232的接收端一定要对应 接 引脚。同时, 接单片机的引脚、机的232的发送端对应接 引脚 设 备 机 TXD RXD单片机 串口 备 图1系统组成框图 木系统的输出有多路串口的功能,因为系统的输出数据要送给多个终端设备,如AIS,ARPA 等。4051是集成电路双列16脚,独立8通道多路数字转换开关 表14051真值表 接通通道 0 000000001 0 0 3 1 0 6 不接通 系统每隔一定时间自动输出位置和观测数据帧一次。输岀的数据是以数据流的形式输出, 采集的起始时刻未必是一帧数据的开始时刻,所以在数据采集时,必须先判断字头块,在接 山国技论文在线 收到字头后,才开始采集数据,所以判断和提取特征字“$GPGA,存储在单片内部存储器中, 根据仪器功能再做后续处理。 为了提高CP利用率,釆用中断方式而不是查询方式接收数据。当触发串口中断时,串口 中断程序对传送过米的数据按字节处理,读岀所需要的数据,如时间、经纬度、速度等。本 系统进入中断后,即开始判别,只有在判定识别符为“$GPGA”后,方可接收其后的定位数 据;如有任何不符,则放弃接收,重新开始接收过程,接收完一个包的数据后即返回。 8051单片机的全双工串行口1,通过异步通讯方式(),与串行传送信息的外设 相连接,或用于通过标准异步通讯协议进行全双工通讯的-51多机系统。51单片机 内部有个功能很强的全义L串行∏,该串行∏有四种上作方式,以供不同场合使用。波特 率可由软件设置,由片内的定时器/计数器产生。接收、发送均可工作在查询方式或中断方式, 使用灵活方便。 由于在设计中只会用到串行∏的工作方式1,所以在研究串行∏波特率设置时,只研究方 式1的波特率设置。若选择波特率=4800 -51单片机的定时时间常数计算公式 为:(令 256 256 其中为系统晶振时钟频率,N为时间常数,初始化定时器1,令1=0x。 木设计中的单片机与机进行串口通信所采用的波特率为4800,1位停止位、无奇偶校 验,单片机仿真器选用的晶振为14.7456在使用串行口之前,要对其编程进行初始化, 具体步骤如下 (1)确定定时器1的工作方式,设置寄存器为020,为常数自动装入的8位定时器 计数器 (2)计算定时器1的初值, (3)启动定时器1,设置1为1 (4)确定串行口的控制,令串行口工作在中淅方式,打开源中断 系统程序如图2所示: 山国技论文在线 主程序 中断程序入口 串∏初始化 是接收中断? 清发送中断 置初值 清接收中断 中断返回 开中断 接收数据 等中断 是 由通道发送 由通道发送 中断返回 中断返回 图程序流程图 5结论 本系统由信息显示模块和信息传输模块两个模块构成,实现了对接收数据的识别与扩展 传输,其数据传送效果和直接接入PC的OOM口一样。最终实现了所要求的功能,达到了设计的 目的。 参考文献 L」刘大杰,全球定位系统(GPS)的原理与数据处理,同济大学出版社,1996年 [2]蔡美琴,MS-51系列单片机系统及其应用,高等教育出版社,2)03牛 「31张淑芳,无线电导航原理与设备,大连海事大学信息工程学院,2000年 L4」陈显祯,单片微机开发调试与实验技术,四川大学出版社,1992年 山国技论文在线

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