《計算機(jī)論文：基于GPS的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計算機(jī)論文：基于GPS的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計（7頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、計算機(jī)論文：基于GPS的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計 論文摘要：針對 GPS 數(shù)據(jù)收集龐雜，數(shù)據(jù)處理繁復(fù)且不精準(zhǔn)的問題，提出通過采用 MSP430F149 型號單片機(jī)，并且以PL2302 芯片模塊設(shè)置虛擬串口，完成基于 GPS 的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)設(shè)計。以 GPS 為基礎(chǔ)，通過計算機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)采集，系統(tǒng)克服了以往 GPS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理慢、分析不夠準(zhǔn)確的特點，同時進(jìn)行了相應(yīng)的實驗研究，證明通過該計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行的 GPS 數(shù)據(jù)信息處理更為精確迅捷，能夠廣泛應(yīng)用于對 GPS 定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析精準(zhǔn)度要求較高的產(chǎn)品以及企業(yè)當(dāng)中，對具體的生活生產(chǎn)具有實際意義。

2、 關(guān)鍵詞：計算機(jī)論文；GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)；信息處理；MSP430F149 單片機(jī) 引 言 GPS（Global Positionging System）系 統(tǒng) 是 一 種 通 過空中衛(wèi)星進(jìn)行無線電式高精度化的全球性定位系統(tǒng)。GPS 定位系統(tǒng)的特點是其能夠進(jìn)行全方位、全天候、高精度的工作，工作性能不受天氣影響。由于上述優(yōu)點，GPS 定位系統(tǒng)普遍應(yīng)用于遙感、導(dǎo)航、定位以及測距等各種領(lǐng)域。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步的過程當(dāng)中，人們對 GPS 也有了更高的要求和期許。怎樣對 GPS 進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，使 GPS 可進(jìn)行更為復(fù)雜、精確的地形測量，并且對通過

3、 GPS 收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，成為具有極大研究意義的課題。通過嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行 GPS 相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和地形測量工作，以 MSP430F149 單片機(jī)以及計算機(jī)為硬件基礎(chǔ)，同時進(jìn)行相應(yīng)人機(jī)交互界面的設(shè)計，對相關(guān)地理信息進(jìn)行詳細(xì)顯示，以實現(xiàn)更好的計算機(jī)數(shù)據(jù)信息采集。 1 系統(tǒng)總述 1.1 整體系統(tǒng)介紹 設(shè)計采用德州儀器（TI）生產(chǎn)的 MSP430 系列的單片機(jī)，其具體型號為 MSP430F149。該單片機(jī)具有功耗超低且硬件兼容性突出的優(yōu)點。在系統(tǒng)具體設(shè)計當(dāng)中，GPS 對應(yīng)的接收模塊負(fù)責(zé)接收相應(yīng)的定位信息。信息接收完畢之后，相關(guān)的信息數(shù)據(jù)向單片機(jī)當(dāng)中傳

4、送。單片機(jī)接收數(shù)據(jù)，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，而后在外接液晶屏上顯示相關(guān)信息，如海拔高度、經(jīng)度、緯度以及時間等。同時，單片機(jī)的解析數(shù)據(jù)通過外部串口轉(zhuǎn)接至 USB，與計算機(jī)進(jìn)行連接并完成傳送。計算機(jī)將單片機(jī)收到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理得到相應(yīng)的高斯平面坐標(biāo)。計算機(jī)處理完成后，將相應(yīng)的高斯平面坐標(biāo)、海拔高度以及經(jīng)緯度進(jìn)行顯示，方便用戶進(jìn)行分析和處理。系統(tǒng)的整體流程圖如圖 1 所示。 1.2 GPS 簡述及其工作原理 全球定位系統(tǒng)（GPS）主要由用戶部分、地面部分以及監(jiān)控部分三個部分組成。其中，空間部分主要為 GPS衛(wèi)星，通常 GPS 衛(wèi)星按照工作分工不同可以

5、分為工作衛(wèi)星以及試驗衛(wèi)星兩大類。工作衛(wèi)星能夠進(jìn)行相互間的通信，同時具備進(jìn)行 AS 以及 SA 的能力。試驗衛(wèi)星是為了進(jìn)行對應(yīng)的實驗論證，為衛(wèi)星系統(tǒng)能夠做出進(jìn)一步的改進(jìn)而發(fā)射的衛(wèi)星。地面部分也是 GPS 衛(wèi)星的控制部分，按其職能種類不同可以分為主控站、注入站以及監(jiān)測站三種類型。主控站負(fù)責(zé)對地面監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)以及相關(guān)數(shù)據(jù)資料的分析，同時負(fù)責(zé)衛(wèi)星軌道調(diào)整；注入站負(fù)責(zé)將主控站發(fā)出的指令通過天線發(fā)射到衛(wèi)星；監(jiān)測站負(fù)責(zé) GPS 衛(wèi)星信號的監(jiān)測。用戶部分主要由四部分組成，包括微處理機(jī)、GPS 接收機(jī)、用于數(shù)據(jù)處理的軟硬件以及相應(yīng)的終端設(shè)備。用戶通過其終端設(shè)備進(jìn)行 GPS 信號的接收，同時按設(shè)備通過其軟硬件進(jìn)

6、行信號信息處理，以一定的精確度獲取用戶當(dāng)前所在位置以及用戶移動速度，實現(xiàn)通過GPS 為其導(dǎo)航的功能。利用 GPS 進(jìn)行定位，其基本原理是依據(jù)衛(wèi)星在高速運動時的瞬間位置為參考數(shù)據(jù)而計算的。對于用戶待測位置的確定，依據(jù)空間后方交匯的方式進(jìn)行計算。空間后方交匯的方式通過 3 個以上非同一直線上的衛(wèi)星點進(jìn)行共線方程的計算，以確定對應(yīng)待測點方位。 1.3 NMEA 0183 協(xié)議簡述 NMEA 0183 協(xié)議是針對 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的一種標(biāo)準(zhǔn) RTCM 協(xié)議，此協(xié)議對電子信號傳輸數(shù)據(jù)所需時間、傳輸過程的傳輸協(xié)議做出規(guī)范。其數(shù)據(jù)幀格式有以下幾種：RMC（最簡特性）、

7、LCGLL（對應(yīng)的地理信息當(dāng)中含有 LORAN ID）、PGRMT（狀態(tài)信息）、VTG（VTG 速度對應(yīng)的方向正北）、UTC（時間輸出）、PGRMV（對應(yīng)的3D 定位信息）、GGA（對應(yīng)的位置信息）、GSA（對應(yīng)的衛(wèi)星活動以及 GPS DOP）、LCVTG（對應(yīng)的速度及軌道信息當(dāng) 中 含 有 LORAN ID）、GSV（GPS 衛(wèi) 星 當(dāng) 前 所 處 的狀態(tài)）。在 GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)當(dāng)中，將 NMEA 0183 協(xié)議作為特定的通信協(xié)議，同時對其串行口對應(yīng)的通信參數(shù)做出以下要求：停止位應(yīng)為 1 位，波特率應(yīng)為 4 800，沒有奇偶校驗位，且數(shù)據(jù)位應(yīng)為 8 位。當(dāng) GPS 終端接收機(jī)開始工作

8、時，GPS 衛(wèi)星將對應(yīng)的定位導(dǎo)航數(shù)據(jù)傳送到GPS 終端接收機(jī)，接收機(jī)接收數(shù)據(jù)后經(jīng)由串口將其傳送到相關(guān)的計算機(jī)當(dāng)中。這些傳送信息是不能直接使用的，需要對其進(jìn)行分類并做出相關(guān)處理之后才能得到相應(yīng)的信息。具體上，首先應(yīng)當(dāng)借助電腦程序?qū)彺孀止?jié)流當(dāng)中各個字段的信息進(jìn)行提取，而后將所提取的信息轉(zhuǎn)化為可供使用的具有實際意義的導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)。在對 GPS 做出信息數(shù)據(jù)的提取之前，首先應(yīng)當(dāng)明確對應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)，而后以幀結(jié)構(gòu)為依據(jù)提取出對應(yīng)的定位信息。在相應(yīng)幀數(shù)據(jù)的確定上，通過 ASCII 碼“$”進(jìn)行判斷，而后通過終端機(jī)接收字符進(jìn)行信息類型的甄別與判斷。在進(jìn)行相應(yīng)的甄別之后，得到對應(yīng)的定位信息和相關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)計中對以

9、下數(shù)據(jù)信息包括海拔高度、經(jīng)度、緯度以及時間進(jìn)行分析處理，針對 GPGGA 以及 GPRMC兩種情況。 2 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計 2.1 GPS 模塊電路以及 MSP430F149 單片機(jī) GPS 模塊電路采用 NEO?5Q 型號芯片作為主芯片。NEO?5Q 芯片是由瑞士的 u?blox 公司生產(chǎn)的一款芯片模組，芯片是具有獨立性、多功能化的一種 GPS 模組。該芯片以 ROM 作為其基本架構(gòu)，具備體積小、成本低等優(yōu)點，同時由于其使用 u?blox 公司最新的相關(guān)技術(shù)，也即Kick Start 微弱信號攫取。因此無論是何種天線尺寸、天線位置

10、，都能夠最大程度地保證最優(yōu)的初始定位功能，且能夠做出相應(yīng)的快速衛(wèi)星定位處理。NEO?5Q 芯片具有超過 100 萬個相關(guān)引擎，同時能夠接收 50 個相關(guān)通道衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)?Galileo 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行同步追蹤。NEO?5Q 芯片的外部接口較多，其中包括 I2C，USB，UART 以及 SPI 等各種接口，因此，在與 ARM 以及 MSP430F149 單片機(jī)等微型控制器的連接當(dāng)中可以實現(xiàn)無縫對接，電路相對簡單。MSP430F149 單片機(jī)是由 TI 推出的新型單片機(jī)，其帶有 FLASH 且包含 16 位總線。MSP430F149 單片機(jī)集成度高且極具性價比，

11、是進(jìn)行 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計的合適選擇。由于其包含 16 位總線，同時內(nèi)存與外設(shè)能夠進(jìn)行統(tǒng)一的編址工作，因此尋址范圍能夠達(dá)到64 KB。MSP430F149 單片機(jī)可以進(jìn)行兩個儲存器位的外擴(kuò)展，能夠?qū)崿F(xiàn)中斷管理的統(tǒng)一化，且單片機(jī)的外圍模塊十分豐富。片內(nèi)包含一個看門狗（watchdog）定時器，16 位的定時器有 2 個，1 個 12 位 14 路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），精密的硬件乘法器，P 口有 6 個，USART 的通信端口有 2 路，比較器有 1 個，DOC 內(nèi)部振蕩器有 1 個，外部時鐘有 1 個，同時能夠?qū)?8 MHz 的時鐘進(jìn)行支持。由于其帶有 FLASH，因此單片機(jī)能夠執(zhí)

12、行在線下載以及調(diào)試，并且不需要借助其他仿真工具，JTAG 口能夠直接與場效應(yīng)晶體管（FET）進(jìn)行連接，相對其他型號單片機(jī)更為方便實用。同時，單片機(jī)具有超低功耗的工作模式，能在最大程度上減少對人體以及工作環(huán)境的輻射，具有極強(qiáng)的抗電干擾性，具有工業(yè)化運行的普適性。在設(shè)計當(dāng)中，通過 MSP430F149 單片機(jī)對 GPS 模塊當(dāng)中的導(dǎo)航定位信息數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和分析。通過串行接口進(jìn)行相關(guān)信息的采集，信息采集后進(jìn)行所需信息的選取。設(shè)計中需要采集的信息主要包括海拔高度、經(jīng)度、緯度以及時間信息。 2.2 串行口到 USB 接口的轉(zhuǎn)換電路 在 MSP430F149 單片機(jī)上對衛(wèi)星

13、導(dǎo)航信息進(jìn)行采集、解析以及選取過后，最終選定的信息一部分傳送到計算機(jī)中進(jìn)行顯示，另一部分在屏顯成本較低的 12864液晶屏當(dāng)中進(jìn)行顯示。由于當(dāng)下多數(shù)計算機(jī)沒有與之對應(yīng)的串口，因此選擇通過設(shè)計虛擬串口的方式進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的傳輸。具體上，采用 PL2302 對 USB 接口進(jìn)行對應(yīng)的串口虛擬工作，PL2302 對于 USB 1.1 協(xié)議完全遵從，能夠?qū)崿F(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的 RS 232 串行口與 USB 接口之間的相互轉(zhuǎn)換。同時，PL2302 芯片具備相對較快的信息數(shù)據(jù)傳輸速度，能夠使信息數(shù)據(jù)的傳輸效率得到大幅提升。 3 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)軟件設(shè)計 3.1 GPS 計算機(jī)

14、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)簡述 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)在能夠?qū)ζ洳杉臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行分析解析的同時，也能夠識別 HDOP 以及PDOP 等各種誤差。同時，系統(tǒng)能夠評估衛(wèi)星信號對應(yīng)的強(qiáng)弱狀態(tài)，從而實現(xiàn)實時監(jiān)控衛(wèi)星實際運行狀況的功能。GPS 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)輸出 NEMA 0183 協(xié)議的數(shù)據(jù)類型。其實現(xiàn)的具體過程可以表述如下：首先應(yīng)當(dāng)通過計算機(jī)串口（或通過 PL2302 芯片轉(zhuǎn)換的虛擬串口）進(jìn)行已采集導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)采集文件的接收。在數(shù)據(jù)文件完成接收之后，GPS 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)對接收的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行相應(yīng)的信息讀取，并且對已讀信息進(jìn)行分析與篩選，然后將選取的信息文件傳輸?shù)綄?yīng)的顯示屏，用戶

15、能夠通過顯示屏進(jìn)行相應(yīng)導(dǎo)航定位信息的讀取和使用。 3.2 系統(tǒng)相關(guān)細(xì)節(jié)分析 GPS 終端接收機(jī)主要負(fù)責(zé)將 GPS 衛(wèi)星收集傳送到終端的信息做出處理與加工，并將對應(yīng)的處理結(jié)果傳送到計算機(jī)。其具體的數(shù)據(jù)傳輸過程需要對應(yīng)的串行口實現(xiàn)，同時 GPS 終端接收機(jī)的數(shù)據(jù)傳送也需要相關(guān)的串行口完成。但是在 GPS 終端接收機(jī)當(dāng)中借助串行口傳輸數(shù)據(jù)時，信息數(shù)據(jù)還沒有進(jìn)行進(jìn)一步的加工處理，數(shù)據(jù)仍然是字節(jié)流的表現(xiàn)形式。通過串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存時，數(shù)據(jù)信息儲存在特定的位置，但是此時無法對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取。因此在進(jìn)行 GPS 終端接收機(jī)向計算機(jī)傳送導(dǎo)航定位信息數(shù)據(jù)時，需要先對信息數(shù)據(jù)加工

16、處理，待信息解析后可被讀取時才能夠向計算機(jī)傳輸信息數(shù)據(jù)。與此同時，對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的甄別和篩選，在計算機(jī)當(dāng)中呈現(xiàn)相應(yīng)所需信息數(shù)據(jù)。在 GPS 數(shù)據(jù)處理信息系統(tǒng)當(dāng)中，還應(yīng)當(dāng)注意在串行口執(zhí)行數(shù)據(jù)提取時，要保證數(shù)據(jù)相匹配，從而保障信息的有效提取，以及高效性和準(zhǔn)確性。 3.3 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的實現(xiàn) 設(shè)計完成的 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)對于MSP430F149 單片機(jī)與計算機(jī)之間的傳輸方式主要采用通過 PL2302 芯片轉(zhuǎn)換完成后的虛擬串口進(jìn)行傳輸。系統(tǒng)將 MSP430F149 單片機(jī)當(dāng)中收集到的海拔高度、經(jīng)度、緯度以及時間信息通過虛擬串口傳輸?shù)接?/p>

17、算機(jī)當(dāng)中。計算機(jī)在收到信息之后，將其所得經(jīng)度、緯度的參數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到用戶待測點所在位置的高斯平面坐標(biāo)。然后將數(shù)據(jù)信息傳送到對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，軟件需要設(shè)定相應(yīng)的采樣速率，并且對數(shù)據(jù)做出解析，顯示原始數(shù)據(jù)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。同時，軟件還應(yīng)當(dāng)將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行打包儲存，通常儲存的文件格式為 txt 文本格式的文件。系統(tǒng)采用的用戶界面為標(biāo)準(zhǔn)化的圖形界面，同時顯示相應(yīng)的聯(lián)機(jī)幫助選項。界面進(jìn)行漢化處理，做直觀簡單的數(shù)據(jù)顯示，并給出相應(yīng)的操作按鈕，方便用戶操作。功能模塊之間具備管理與配置的靈活性，能夠完成查詢相應(yīng)的歷史記錄、信息數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控、信息結(jié)果的顯示與打印等功能。系統(tǒng)可以進(jìn)行相關(guān)的采樣速率設(shè)置、端口

18、的選擇以及周期性的數(shù)據(jù)分析功能。 4 GPS 數(shù)據(jù)系統(tǒng)運行及結(jié)果分析 關(guān)于 GPS 計算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)實驗主要通過虛擬數(shù)值輸入的方式進(jìn)行。通過向單片機(jī)發(fā)送虛擬GPS 空間衛(wèi)星數(shù)值，驗證系統(tǒng)的可行性與精確性。運行結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確分析 GPS 空間衛(wèi)星傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)值顯示和相應(yīng)結(jié)果實現(xiàn)。 5 結(jié) 語 本文通過對基于 GPS 的計算機(jī)信息處理系統(tǒng)的研究設(shè)計，實現(xiàn)了通過 GPS 的地面測量定位以及信息整合的功能，進(jìn)一步提高了 GPS 定位的準(zhǔn)確性、高效性以及普適性。研究主要對 GPS 導(dǎo)航定位做出進(jìn)一步的優(yōu)化，以保證能夠獲得

19、更加直觀、快捷、實時的定位導(dǎo)航信息。 本篇論文參考文獻(xiàn) [1] 鄧天民，楊其芝，方芳，等 .基于非線性自適應(yīng)回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GPS/IMU 組合導(dǎo)航方法[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（24）：275?278. [2] 白書華 . 基于一種單片機(jī)的 GPS 定位控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析[J].電子測試，2016（9）：24?26. 以上是由畢業(yè)論文通為您分享的關(guān)于《基于GPS的計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計》的相關(guān)內(nèi)容，如需查看更多計算機(jī)論文、畢業(yè)論文范文、碩士論文模板、博士論文模板，了解畢業(yè)論文寫作方法，歡迎訪問畢業(yè)論文通。