基于GPS技术的电子导游机定位模块研究

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基于GPS 技术的电子导游机定位模块研究
王险峰
(重庆梅安森科技股份有限公司 重庆 400039)
摘要：通过对现有的电子导游机进行研究，提出应用GPS 定位技术和GPRS 通信技术的方案。方案中
仅对系统中定位模块进行了研究，设计了电子导游机定位模块的软件和硬件，最后对所在学校的几
处建筑物做了验证性的实验，在定位精度范围内，与实际情形一致。表明电子导游机能实现全天候、
全球性、精度高、实时定位的导游服务。
关键词：GPS 电子导游 GPRS 网络 MCU
中图法分类号： TN91 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）07-0077-03
Abstract：Through doing research on the existing electronic guide device, this paper
proposed a new program using the GPS positioning technology and the GPRS communication .The
program only research the positioning module of the system and design the software and
hardware of positioning module of electronic guide machine. Finally, we do a confirmatory
experiment of several buildings in the school .In the scope of positioning accuracy, the
result consistent with the actual situation. Experiments show that the electronic guide
can achieve all-weather, global, high precision, real-time location of the guide service.
Key words：GPS electronic guide GPRS network MCU
随着社会经济的发展，人们的流动性越来越强。越来越多的人把旅游作为一种工作之余的休闲
方式，旅游经济也是持续升温。在旅游过程中，很多旅游者采取传统的旅游模式——参加旅行社组
织的旅游团，委托旅行社负责旅行过程中的问题，并支付相应的费用。传统旅游模式存在一些弊病，
比如，旅游行程、时间安排等完全听命于旅行社；游览景点时必须紧跟导游才能听到解说；导游手
举高音喇叭为游客讲解，噪音大，诸如此类的问题。在实际使用过程中发现电子导游产品能有效克
服传统旅游的弊端[1]。文中提出了今后的电子导游产品应具备自动定位、自动导游、通知通告、求
助报警等功能，电子导游以现代科技为支撑，正在为人们创造一种新型的、方便快捷、灵活自由和
更人性化的旅游模式。
1 系统总体方案
系统由GPS 定位模块、单片机控制模块、GPRS 通信模块、影音文件模块和I/O 口模块组成。
图1 中GPS 模块接收来自卫星的定位信息，GPRS 模块实现导游终端和监控中心之间的通信，影
音文件是和景区有关的语音或视频文件，I/O 模块提供游客和导游机的人机交互，比如，液晶屏等。
控制模块完成各部分的数据通信、转换和逻辑判断等。监控中心除了能发送通知、通告、接收导游
终端的信息外，也可以完成游客登记、计算游览人数等任务。监控中心PC 外接短信猫来发送通知通
告；通信网络也可采用GSM 网络。
GPS
模块
GPRS
通信模块
GPRS/GSM
基站
监控中心
影音
文件
I/O
MCU
控制模块
图1 系统总体框图
2 GPS 定位模块设计
定位模块主要的功能是从GPS 数据中获取有用信息，这也是本系统的关键之处所在，是后续信
号处理的重要来源。在本系统中定位模块获取景区的经度和纬度信息，是完成景区的准确定位的关
键，因此定位信息的处理也是必不可少的。在定位信息的准确判断过程中，控制模块起着重要作用，
单片机准确的读取定位模块的信息，也就是准确的读取景区的信息，再通过单片机和语音模块之间
的连接，通过单片机的控制作用，调用语音信息资料，从而实时地播报景区资料。具体的电路连接
是：GPS 通过RF_IN(引脚)接收定位信息，并将定位信息存储在RAM 中，GPS 的读写数据线接在单片
机的串行输入、输出口，即接在单片机的P3.0(RXD)和P3.1(TXD)，图2 是定位模块原理图。
图2 定位模块原理图 图3 系统数据处理流程图
3 系统软件设计
图3 是系统数据处理流程图，说明了系统中各个模块工作时的数据处理流程。
3.1 软件模块设计
GPS
RF
天 线
缓 冲
数据解包
计算/逻辑判
断及播放
播放景点
语音信息
语
音
模
块
主
控
模
块
GPS 模块
图4 主程序流程图
初始化完成开机上电后对单片机和GPS 模块的初始化工作。对单片机设置串口工作模式、设置
波特率和中断工作模式，保证单片机和GPS 模块串口的成功通信。数据接收和处理模块负责处理从
GPS 接收机接收到的数据。在单片机串口收到信息后，首先需要判断数据是否有效(在GPRMC 语句中
[2][3]，A 为有效，V 为无效)。当接收完数据后，还要进行一次检错过程，将所有收到的数据异或求和
之后，与校验和“hh”进行比较，如果两者相同，则整个数据接收正确，然后对数据进行处理；若
接收不正确，则重新进行接收。对收到的数据进行处理时，则要参考各语句的字节格式，提取所需
要的字节，去除不需要的字节。同时，由于GPS 的数据格式符合NMEA -0183 ASCII 码接口协议[4][5]，
所以对接收到的数据要转换为需要的信息。另外，由于GPS OEM 板发送的时间是世界统一时间，与
我国的时区相差八个小时，所以还要将时间做转换，转换时间要考虑到年月日的变更，数据更新率
为每秒一次。系统工作时单片机不断得到新的数据，单片机不断刷新RAM。
主程序中计算/逻辑判断及播放具体的实现过程：
(1)比较各景点的经、纬度数据，当各数据经、纬度差分别小于0.0077mm 和0.0015mm 就提取景
点的数据信息。
(2)计算游客当前位置和提取的数据信息所在景点之间的距离d1、d2、d3、d4??，比较各d1、
d2、d3、d4??取dmin，当dmin5m 时继续提取新的信息数据，计算新的d1、d2、d3、d4??，比较各d1、
d2、d3、d4??取新的dmin，与(2)中的dmin 进行比较，看是否是同一个景点，从而判断游客的运
动方向。
(4)在本系统中当经、纬度分别为11423.2588mm 和3026.1675mm 表明游客已经到达主校门。
语音模块中首先将景点(如用学校校园内主要建筑来模拟)的资料录音转换成wav 文件并将其存
在语音模块中的Flash 中。每个景点的语音资料对应一个8 位物理地址。物理地址与景点的对应关
系为：00H－主校门，01H－综合教学楼，02H－图书馆，03H－主教学楼，04H－食堂，05H－学生宿
舍，可扩展至224 个景点。物理地址同时存放在主控模块中。单片机完成计算和逻辑判断后，直接
将需要播放的语音文件的物理地址发送给语音模块，供语音模块定位语音文件再进行播放。
开 始
初始化变量
初始化串口
中断
接收数据
判断数据
是否正确
计算/逻辑
判断及播放
定时到
Y
N
N
Y
3.2 单片机获取定位信息程序算法与实现
3.2.1 数据结构与算法设计
数据结构与算法为应用服务。我们必须先了解应用的需求，再寻找或设计与实际应用相匹配的
数据结构与算法。从GPS 中获得了大量信息。关心的主要是定位信息，同时为了GPS 与单片机的通
信的方便，与上层程序调用方便[6][7]。需要将定位信息集中定义为一个结构体，定位数据结构体的伪
码设计如下：
typedef struct
{
时间；
日期；
纬度；
纬度半球N(北半球)或S(南半球)；
经度；
经度半球E(东经)或W(西经)；
海拔高度；
地面速率；
定位状态； A=有效定位，V=无效定位
}GPS_DATA ；
3.2.2 GPS 数据解析
系统从串口缓冲区取得GPS 数据并存放在一个数据缓冲区Buffer 中，我们需要从这些数据提取
出要用到的信息。通过windows 附件中的超级终端，我们可以观察到GPS 接收机所发送出的数据格
式，本系统中的GPS 接收器具有美国国家海洋电子协会(National Marine Electronics Association，
NMEA)所制定的标准规格NMEA 0183，这一标准规格订定了所有航海电子仪器间的通讯标准，包含传
输资料的格式以及传输资料的通讯协议。
数据解析算法的设计和实现中，我们用一个类似词法分析器的算法即可实现GPS 数据的解析，
扼要介绍其算法如下：
(1)初始化程序：设置缓冲区，设置布尔量标志GGA_Rflag，RMC_Rflag，GSA_Rflag，GSV_Rflag
均为TRUE，用来判断数据是否被接收过。
(2)通过数据头，判断数据开始。
(3)因为接收的数据只有以上四类，所以可以通过判断第五个字符来区别数据类型，若为‘G’，
则是GGA，若为‘M’，则是RMC，若为‘S’，则是GSV 或GSA。
(4)如判断为GSV 或GSA，则通过判断下一个字符区分。
(5)根据所需字段所在位置，提取相应的数据，放入缓冲区，以便传递给数据结构gpsinfo 中的
相应字段。提取数据的同时，将相应的标志设为FALSE。
(6)判断标志位，当全部标志位均为FALSE，即GGA，RMC，GSA，GS 四项数据全部解析，将缓冲
区数据移入结构gpsinfo。完成数据解析[8][9]。图5 是GPS 定位数据接收、处理流程图[10]。
帧起始$判断
时
分
秒
提
取
日
期
提
取
有
效
性
提
取
纬
度
信
息
提
取
经
度
信
息
提
取
数据处理、储存
帧头RMC判断
数据分段提取
图5 GPS 定位数据接收、处理示意图
4 结语
利用GPS 和GPRS 技术研制出的电子导游机克服了传统导游的诸多缺点，本系统其具有全天候、
全球性、精度高、速度快、费用低、使用方便灵活等诸多优点，更好的促进旅游行业的发展。
参考文献
[1] 齐琳.电子导游在我国旅游景点的应用前景分析[J].商场现代化,2006.11.
[2] 胡友健,罗昀,曾云.全球定位系统(GPS)原理与应用[M].中国地质大学出版社.
[3] 李明峰,冯宝红,刘三枝.GPS 定位技术及其应用[M].国防工业出版社.
[4](美)卡普兰(Kaplan,E.D.)GPS 原理与应用[M].电子工业出版社,2007.7
[5] 李天文.CPS 原理及应用[M].科学出版社.
[6] 边春元,李文涛,江杰等.C51 单片机典型模块设计与应用[M].机械工业出版社.
[7] 孙育才,王荣兴,孙华芳.ATMEL 新型AT89S52 系列单片机及应用[M].清华大学出版社.
[8] 汤竞南,沈国琴.51 单片机C 语言开发与实例[M].人民邮电出版社.
[9] 谭浩强.C 程序设计(第二版)[M].清华大学出版社.
[10] 马忠梅,籍顺心,张凯等.单片机的C 语言应用程序设计(第3 版)[M].北京航空航天大学出版社.
作者简介：王险峰(1983-)，男，湖北麻城人，硕士研究生，主要研究方向为现代汽车电子技术。】
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2014-10-1 06:40 上传

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