基于WinCE的GPS数据采集系统设计

摘要：由于数据采集设备利用Windows桌面系统在户外易受环境影响以及携带不方便等不足，设计采用ARM11处理器和WinCE 6．0操作系统作为硬件开发平台，设计出一种基于ARM-WinCE 6．0的便携式GPS数据采集系统，控制GPS模块接收数据信息，实现对数据进行采集、提取、显示、存储。这对深入理解嵌入式系统应用和GPS在导航组合中应用具有一定的实用价值，有利于提高工作效率并为定位性能的评定提供依据。
关键词：ARM11处理器；WinCE 6．0操作系统；GPS数据采集系统；导航组位

0 引言
GPS(Global Positioning System，全球卫星定位系统)以其高精度、全天候、全天时的特点，在定位、导航、测距、授时遥感等领域广泛应用，并得到了快速的发展。对于在低功耗、高便携性和高性能设备上实现GPS数据采集和分析技术也显得越发重要。传统的Windows桌面系统体积大，占用系统资源较多，也不利于野外作业，而基于嵌入式系统的ARM硬件平台则具有体积小、功耗低、性能高等特点。WinCE系统作为嵌入式系统的一种类型，相对于Linux和Andriod系统，其开发难度要比后两种系统要低，软件调试也比较容易、灵活，并且WinCE系统类似桌面系统在软件开发方面也较为便利。因此，在未来高性能的便携式设备领域，WinCE系统的应用空间将十分巨大。
本文根据GPS信号接收原理及嵌入式技术，并遵循NMEA-0183协议，接收并解析GPS模块的原始数据报文，设计出友好的人机界面环境，将系统所处的经度、纬度、高度、速度、日期时间等信息显示出来，解决了人工记录数据的不足，提高了工作效率，并为车辆运动参数估计提供了依据。

1 系统总体设计
GPS数据采集界面的设计采用面向对象的可编程技术，在Visual Studio 2005(VS 2005)编程环境下，运用C#语言实现。本设计采用飞凌公司研发的OK6410开发板，该开发板以ARM11内核架构为核心，并内嵌WinCE 6．0操作系统，硬件性能上能够满足对数据采集的需求。通过USB同步，完成PC机与ARM开发板之间的硬件平台搭建，这样就可以在PC机上进行应用程序的设计。

在VS 2005环境下，对设计完成的GPS数据采集应用程序进行编译，并将编译后生成的应用程序通过USB同步植入到ARM开发板的NAND FLA SH里。再通过串口扩展电路将ARM开发板与GPS模块进行连接完成通信，然后运行NAND FLASH里GPS数据采集的应用程序，对GPS模块接收来的数据进行采集、解析后送至外接的液晶，显示其需要的信息，从而完成WinCE 6．0环境下GPS数据采集系统的设计。GPS数据采集系统总体框图如图1所示，GPS数据采集开发系统如图2所示。

2 GPS协议分析及GPS数据数据格式
GPS数据遵循NMEA-0183协议，该数据标准是美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association)所指定的标准规格。GPS接收机根据NMEA-0183协议的标准规范，将位置、速度等信息通过串口传送到PC机、PDA等设备。NMEA-0183协议采用统一标准格式，输出采用ASCII码，数据传输以“语句”方式进行，每个语句均以“$”开头，然后是两个字母的“识别符”和三个字母的“语句名”，接着是以逗号分隔的数据体，语句末尾为校验和，整条语句以回车换行符结束。
NMEA-0183的数据信息种类较多，而一组正常的GPS数据则包括$GPGGA，$GPRMC，$GPVTG，$GPGLL。$GPGGA输出的是GPS的定位信息，$GPR MC则输出GPS推荐的最短数据信息，$GPVTG输出的是地面速度信息，$GPGLL输出的是大地坐标信息。现以最常见的$GPRMC为例分析其数据格式格式如下：
$GPRMC，1>，2>，3>，4>，5>，6>，7>，8>，9>，10>，11>，12>*hhCR>LF>
1>为UTC时间，格式：hhmmss(时分秒)；2>为定位状态，A=数据可用，V=数据不可用；3>为纬度，格式：ddmm．mmmm(度分)；4>为纬度区分，北半球(N)或南半球(S)；5>为经度，格式：ddmm．mmmm(度分)；6>为经度区分，东半球(E)或西半球(W)；7>为地面速率(000．0～999．9节)；8>为地面航向(000.0°～359．9°，以正北为参考基准)；9>为UTC日期，格式：ddmmyy(年月日)；10>为磁偏角(000．0°～180．0°)；11>为磁偏角方向，E(东)或W(西)；12>为模式指示。

3 GPS数据采集系统硬件设计
3．1 串口扩展电路
设计中所使用的ARM开发板，由于内嵌WinCE 6．0系统使得开发板的COM0端口被占用，作为系统调试所用，因此，要使得ARM开发板与GPS模块之间进行数据通信，需对开发板进行串口扩展。扩展电路如图3所示。图3中P1的9针串口可接GPS模块串口，MAX202E模块的TXD1、RTS N1、RXD1可分别接J13模块的RXD1，CTSN1，TXD2端口。J13模块的TXD1，RTSN1，RXD2接到ARM开发板的COM端。从而完成了系统的整体通信和数据传输。