基于单片机的GPS／电子罗盘测姿定位系统

2．2 串行通信接口电路

在信息传输模块中，由丁C8051F021引脚的信号电平为TTL类型，而上位机串口的异步串行通信是基于RS232标准的，两者通信信号的逻辑电平不一致，必须进行信号电平转换。而MAX3232芯片能直接将单片机输出的TTL电平转换成上位机能接收的RS232电平，或将PC机输出的RS232电平转换成单片机能接收的TTL电平，故采用MAX3232来实现其中的电平转换，从而实现系统的串行通信。本系统的串行通信硬件结构框图如图3所示。

3 系统软件设计

系统的软件实现采用C语言，C语言具有功能丰富的标准函数库，具有运算速度快和可移植性强等特点。用C语言来编写软件会大大缩短开发周期，增强软件的可读性，便于改进和扩充。

对于串口的数据处理有两种方法：一种是查询的方法，另一种是中断的方法。查询的方法是不断地检测接收和发送标志位，当查询到有数据进入到SBUF时对SBUF数据进行判断，是否为所需的数据，如果是则存储到数据寄存器中。由于查询方法在编写程序时比较复杂，需要反复地查询标志位，但是相较于其他算法对于实现循环比较简单。本系统对串口接收和发送的数据采用的是查询的方法。

单片机信息处理流程如图4所示。首先，待单片机初始化后，开启中断0，关闭中断1，开始通过串口0接收电子罗盘信息。电子罗盘HMR33 00更新频率为8 Hz，即每秒最多可更新8次。为了保证其稳定输出，每秒钟提取4次电子罗盘信息。然后，以判断回车来表示接收完一次罗盘信息，即hmr[i]=10。待接收完毕后，开启中断1，关闭中断0，通过串口1接收GPS定位信息。iTrax03-02更新速率为1fix／s。提取定位信息时，每秒钟提取一次GPS信息。接收到一条完整的语句后将其放入GPS数据存储区。同样地，我们以判断回车来表示接收完一次GPS信息，即gps[i]=10。

GPS信息接收完毕后，再开启中断0，关闭中断1，接收电子罗盘信息。同时，将采集到的姿态和定位信息通过串口0传送给MAX3232后，不断发送给上位机。在中断0中接收电子罗盘的数据时，需要提取的是其航向、俯仰和滚动信息，应判定接收到的数据是否为起始标志位，若是则开始采集数据，读取第二位数，进行采集的同时保存数据；如不是，则继续判定。

由于采用的是非定长通信，因此，在采集数据的同时还要判定当前位是否为结束标志位，若是则进行CRC校验。若正确则对得到的数据进行HPR分离；若否则开始新的采集。同样，在中断1中应在接收有效后，判断是否接收到GGA语句，若是再进行分析处理。也可直接发送指令给GPS接收机，使GPS接收机只输出所需要的语句信息。同样的操作也适用于电子罗盘HMR3300。

4 实验验证

为了验证所设计系统的正确性和有效性，笔者进行了地面跑车实验。将该系统固定于汽车内，实验过程中可见卫星数为11颗，可用卫星为7颗。实验后，将采集到的数据运用MATLAB软件进行数据处理并对结果进行了分析。跑车实验数据分析如图5所示。结论如下：