安徽华菱汽车有限公司技术中心 万骞骞

1.引言

近年来，车载导航系统在我国得到了迅速的发展，基于全球定位系统（GPS）的导航系统几乎成了豪华汽车的基本装备，有效的改善了交通，为人们出行提供了极大的方便。车载导航系统巨大的市场潜力和发展前景，使大量汽车厂商和GIS企业纷纷投入大量人力物力，对导航系统进行研究开发。但是，我国的GPS导航技术还处于起步阶段，与日本、美国等发达国家相比还有极大的距离，核心技术方面还存在众多缺陷，对新兴技术的整合性应用也远远不足。尤其是在数据采集模块的设计上，我国技术还较落后。本文以可靠性、稳定性和低成本为出发点，对车载GPS导航仪数据采集模块进行设计。

2.车载GPS导航仪数据采集模块设计分析

GPS系统最初是为军事目的而建立的，但随着其应用的深入，在民用方面也得到了极大发展。从结构上来看，车载GPS导航系统实际上是一个单向的GPS信号接收机，可以接收来自天空导航卫星发出的定位信号。导航卫星共有24颗，使用L波段（22cm）进行信号传送，可传送L1和L2两种信号，其中L1的信号频率：

FL1=154*1O.23MHz=1575.42MHz，其波长λ=19.O3cm

L2的信号频率：

FL2=12O*1O.23MHz=1227.6OMHz，其波长λ=24.42cm

车载GPS导航系统只需接收L1信号，可以有效的消除掉由于电离层效应而引起的延迟误差。卫星传送的信号，先由GPS导航仪的天线接收，再由RF射频前端将高频信号转为中、低频信号，再传送到GPS基频模块，基频模块通过相关器比对找出正确的卫星编号，取照多颗卫星的万年历和广播卫星历等资料。其结构图如图1：

由于车载GPS导航仪由于工作环境十分恶劣，再加上采集器受电磁脉冲影响严重，所以首先必须考虑整个GPS导航仪的抗干扰能力，此外，车载GPS导航仪需要长时间不间断的工作，除了考虑抗干扰能力外，还必须考虑整个系统的可靠性。同时，采集器模块还必须能够对包含各种不同意义的信号进行采集，并对所采集的信号作相应的处理以进行传输和识别。在成本上，也必须在保证导航仪稳定性和可靠性的基础上，尽可能的降低成本。

3.数据采集模块硬件设计方案

为了在保证导航仪可靠性和稳定性的基础上，尽可能的降低成本，我们在这儿采用单片机为中心的通讯构造。由于AT89C51具有低功耗、高性能、体积小、价格低、集成度高易于扩展等特点，是8位CMOS微控制芯片，非常适合于作为移动车量定位系统，因此在这儿，我们采用AT89C51做为整个系统的中心，以协调各个模块的工作。

AT89C51没有内部A/D转换器，要将陀螺仪输出的直流电压信号转换为AT89C51能读取的8位数字信号，必须借助其它组件，这儿我们采用ADCO8O4作为A/D转换器，将陀螺仪输出的直流电压信号进行转换，同时增加外部电路，将输入电压扩展为-5V—+5V，以满足陀螺仪的需要。

转速仪是测量车速的组件，通过转速仪，可直接连接到单片机的定时/计数器上，对1秒钟内的脉冲数进行计算测得车速。

总之，本研究在神经细胞中证实，VPA可通过激活miR-34c-5p/ATG4B信号通路而抑制自噬，这可能是其影响神经细胞功能的一条重要通路，而靶向这一通路可能有助于改善其不良反应。

GPS信号接收装置，为了满足体积小、性能优良、价格便宜以及易于扩展等要求，我们采用GPS_25接收板，用以接收GPS天线的卫星信号，并对信号进行变频、放大、滤波等处理，采集位置信息、时间信息、星历信息、速度信息等，从而通过单片机运算，为车辆导航，提供实时的三维位置信

息等。其整体结构图如图2所示。

4.数据采集器软件模块设计方案

接收模块是采集器软件的最低层，主要功能是实现数据的采集，要在接收模块中实现GPS信号的接收、车速脉冲的计算以及陀螺信号A/D转换后信息的采集工作，以及A/D转换器的开启与信息采集的协调控制。

当接收模块采集信息，将之传递给信号处理模块后，信号处理模块根据不同意义的信号进行分解和提取，从中得到目标的当前位置信息和格林威治时间信息，然后进行坐标转换。对于采集信号中的噪音和干扰，在这里采用均值滤波和极值滤波的方法来消除。

数据采集器软件模块设计方案如图3。

5.信号分析

GPS信号是异步串行数据的周期信号，由帧头、帧尾、帧内数据组成。不同数据帧的帧头并不相头，有“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”、“$GPRMC”等，帧头对帧内数据的组成结构进行了标示，GPS信号中的数据如经纬度、速度、时间等，都可以通过“$GPGGA”帧中获取。各字段意义如下：

（1）时间，格式：hh mm ss

（2）经度，格式：dd mm mmmm

（3）经度方向，N或S

（4）续度，格式：ddd mm mmmm

（5）纠度方向，E或W

（6）GPS状态：O代表未定位，1代表无差分定位，2代表带差分定位

（7）使用卫星编号（OO～O8）

（8）精度百分比

（9）海平面高度

（1O）大地随球面相对海平面高度

（11）差分GPS信息

图1 GPS系统结构

图2 数据采集模块硬件组成

图3 软件设计模块

（12）差分站ID号OOOO-123

6.数据传输实现机制

6.1 总线技术

现在常用的异步通信接口有RS-232C、RS-232E、RS-449、USB通用接口和2OMA电流环，在这儿，我们采用美国电气工业协会推荐的RS-232C，利用25芯接口插件来实现RS－232标准接口的连接。通信方式有近程通信方式和远程通信方式之分，近程通信方式传输距离小于15M，采用RS－232C电缆直连的方式。15M以上的远程通信采用调制解调器进行连接。由于S-232C电平对地是对称的，同TTL、MOS完全不同，因此，必须将RS-232C驱动器和TTL电平连接进行转换，常用的电平转换芯片有MAX232、MAX232A、MAX2O2和ICL232几种。异步通信接口串口子程序如下：

（1）串口初始化代码：

设计思路，将串口始化为48OObit/s，利用方式a接收，用定时器a产生波特率

6.2 存储转发技术

存储转发技术，是为了实现采集器采集到的GPS信号、车速信号以及陀螺仪信号的存储功能，并在发送时刻以某种特定的方法将这些信号发送出去。通过存储转发技术，可以将这些信号形成为一个完整的信息帧。在采集器上电之后，首先检查GPS信号输入端，一旦检测到“SGPGGA”的帧头，便开始对这些数据进行存储并开启A/D转换骵集陀螺仪信号，直到检测到帧“*hh”时，才进行处理并保存。在数据读取完之后，启动发送程序，将帧头标记为“c#g”，以顺序发送保存好的GPS信号、陀螺仪信号和车速值，最后帧尾以“END”标记。

7.结束语

本设计方案，主要采用了PC机和RS-232串口通信功能，利用单片机通信及计算功能，对传感器所接收到的信号进行采集，并通过一定的标准进行处理和发送。在这儿，单片机采用AT89C51，以此作为整个系统的核心。AT89C51低功耗、高性能、小体积、低价格、高集成度、高扩展性的特点，完全满足了导航系统设计的要求，在保证稳定性和可靠性的同时降低了成本，运用于导航系统之中，具有良好的经济价值和社会价值。

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