GPS是电子爱好者非常热衷的一个话题,GPS在民用,军用,航海航天领域都有广泛的应用。许多登山户外活动爱好者也都配备有GPS设备,用于野外导航。GPS模块的价格越来越平民化,让越来越多的产品嵌入了GPS模块,电子爱好者学习研究GPS模块也不再是奢侈的事。
    GPS模块的价格越来越平民化,让越来越多的产品嵌入了GPS模块,电子爱好者学习研究GPS模块也不再是奢侈的事。我们配备的GPS模块采用的是Gstar GS-89 GPS MODULE,模块是台湾生产,采用的MTK芯片组,在功耗,价格,体积上都有相当的优势。模块采用的是贴片封装,由于引脚特殊,焊接有点困难,为此,我们开发了带PCB板的GPS模块,然后将关键脚位做成2.54mm的排针接口,方便插板和用杜邦飞线调试,以便用户嵌入到自己的系统中去,或者直接与单片机或PC机进行连接调试GPS指令与数据。

gps模块
这是Gstar GS-89 模块的正面

gps开发板这是Gstar GS-89 模块的反面

    有关GPS开发板,笔者文章刊登于2010年7月《无线电》杂志“小巧实用的51单片机GPS开发板”一文,文章中我们介绍51单片机GPS开发板基本原理与应用,大家也可以翻阅查看。
    以下是我们在2010年7月《无线电》杂志刊登了我们GPS开发板的文章,有兴趣的朋友也可以直接参阅《无线电》杂志,新华书店均有出售。
无线电杂志

无线电

gs-89
GS-89模块参数


名称

主要参数

芯片组

SIRF3

灵敏度

-159DB

功耗 

搜索时: 45mA

定位后: 35 mA

外观尺寸

25.4(长) x25.4(宽) x3 (高) mm

重量

7克

操作溫度

摄氏 –40°C ---- +80°C

储存溫度

摄氏 –45°C ---- +85°C

工作电压

3.3 +/- 5%V(VDC)

卫星通道

20

定位资料更新

一秒

定位时间(平均值)

热启动:1 秒

暖启动:38秒

冷启动:42秒

定位精度

位置:10 米圆周誤差(CEP)

速度:0.1 米/秒

时间:1 微秒

使用范围

海拔高度: 小于18000 米

速度: 小于515 米/秒

输出格式

TTL

数据输出(nmea0183)

GPGGA, GPGSA, GPGSV, GPRMC, GPVTG,GPGLL可选.

地球坐标系

WGS84

传输速率

4800,9600,38400可选

天线连接方式

外接天线

备用电池

模块连接方式

贴片

    为方便用户测试开发,小板屏蔽了模块的外围电路,引出了供电脚(VCC和GND)和串口脚(RXD和TXD),仅需4根线就可以很容易的嵌入到你的开发系统中,避免了较为繁碎的电路搭焊。小板的示意图及尺寸如下 
gps模块
    同时为适应不同供电系统,我们使用了3.3V和5V两种供电方式。 
    在串口方面,提供了TTL电平和232电平,用户可自行根据需要选择不同配置。 
    实验如下: VCC=5V,TTL电平 
gps模块

gstar模块
给GPS模块连上外置天线和电源与串口线后,通过串口调试助手,我们得到的数据如下: 
串口调试助手

同时,我们为大家提供了上位机PC机端的GPS模块测试工具,在PC机界面上可以一览GPS模块的全部数据:
gps工具gps软件
gps测试
gps上位机
gps测试
GPS数据格式定义为(以数据手册为准): 
GPS 数据格式
GPRMC(建议使用最小GPS数据格式) 
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11><CR><LF>
1) 标准定位时间(UTC time)格式:时时分分秒秒.秒秒秒(hhmmss.sss)。
2) 定位状态,A = 数据可用,V = 数据不可用。
3) 纬度,格式:度度分分.分分分分(ddmm.mmmm)。
4) 纬度区分,北半球(N)或南半球(S)。
5) 经度,格式:度度分分.分分分分。
6) 经度区分,东(E)半球或西(W)半球。
7) 相对位移速度, 0.0 至 1851.8 knots
8) 相对位移方向,000.0 至 359.9度。实际值。
9) 日期,格式:日日月月年年(ddmmyy)。
10) 磁极变量,000.0 至180.0。
11) 度数。
12) Checksum.(检查位)
GPGSV(所示卫星格式) 
$GPGSV, <1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8><CR><LF>
1) 天空中收到讯号的卫星总数。
2) 定位的卫星总数。
3) 天空中的卫星总数,00 至 12。
4) 卫星编号, 01 至 32。
5) 卫星仰角, OO 至 90 度。
6) 卫星方位角, OOO 至 359 度。实际值。
7) 讯号噪声比(C/No), 00 至 99 dB;无表未接收到讯号。
8) Checksum.(检查位).
第<4>,<5>,<6>,<7>项个别卫星会重复出现,每行最多有四颗卫星。其余卫星信息会于次一行出现,若未使用,这些字段会空白。 
GPGSA(GPS精度指针及使用卫星格式)
$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7><CR><LF>
1)模式 2:M = 手动, A = 自动。
2)模式 1:定位型式 1 = 未定位, 2 = 二维定位, 3 = 三维定位。
3) PRN 数字:01 至 32 表天空使用中的卫星编号,最多可接收12颗卫星信息。
4) PDOP-位置精度稀释 0.5 至 99.9.
5) HDOP-水平精度稀释 0.5 to 99.9.
6) VDOP-垂直精度稀释 0.5 to 99.9.
7) Checksum.(检查位).
GPS固定数据输出语句($GPGGA)
这是一帧GPS定位的主要数据,也是使用最广的数据。为了便于理解,下面举例说明$GPGGA语句各部分的含义。例1是用GN-77N和笔者开发的软硬件接口,在笔者所在地接收到的$GPGGA语句的内容。
例1:$GPGGA,050901,3931.4449,N,11643.5123,E,1,07,1.4,76.2,M,-7.0,M,,*65
其标准格式为:$GPGGA,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),M,(10),M,(11),(12)*hh(CR)(LF)
各部分所对应的含义为:
(1)定位UTC时间:05时09分01秒
(2)纬度(格式ddmm.mmmm:即dd度,mm.mmmm分);
(3)N/S(北纬或南纬):北纬39度31.4449分;
(4)经度(格式dddmm.mmmm:即ddd度,mm.mmmm分);
(5)E/W(东经或西经):东经116度43.5123分;
(6)质量因子(0=没有定位,1=实时GPS,2=差分GPS):1=实时GPS;
(7)可使用的卫星数(0~8):可使用的卫星数=07;
(8)水平精度因子(1.0~99.9);水平精度因子=1.4;
(9)天线高程(海平面,-9999.9~99999.9,单位:m);天线高程=76.2m);
(10)大地椭球面相对海平面的高度(-999.9~9999.9,单位:m):-7.0m;
(11)差分GPS数据年龄,实时GPS时无:无;
(12)差分基准站号(0000~1023),实时GPS时无:无;
*总和校验域;
hh 总和校验数:65
(CR)(LF)回车,换行。 
b.可视卫星状态输出语句($GPGSV)
例2:$GPGSV,2,1,08,06,33,240,45,10,36,074,47,16,21,078,44,17,36,313,42*78
标准格式: $GPGSV,(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),…(4),(5),(6),(7)*hh(CR)(LF)
各部分含义为:
(1)总的GSV语句电文数;2;
(2)当前GSV语句号:1;
(3)可视卫星总数:08;
(4)卫星号:06;
(5)仰角(00~90度):33度;
(6)方位角(000~359度):240度;
(7)信噪比(00~99dB):45dB(后面依次为第10,16,17号卫星的信息);
*总和校验域;
hh 总和校验数:78;
(CR)(LF)回车,换行。
注:每条语句最多包括四颗卫星的信息,每颗卫星的信息有四个数据项,即:
(4)-卫星号,(5)-仰角,(6)-方位角,(7)-信噪比。 
小小麻雀,五脏俱全,给你带来方便,快捷,简单易用是我们不懈的追求。

下面是我们用GPS模块生产的GPS开发板实测演示照片:

    这是我们的51单片机GPS开发板,可以通过液晶屏实时显示GPS数据信息:卫星时间、经度、纬度、海拔高度等相关信息,开发板提供了12864液晶和TFT彩屏接口。开发板采用贴片元件设计工艺,供电可以使用外接电源或USB线缆供电,方便笔记本用户,以便到室外调试,用笔记本或上网本插个USB线就可以供电了,同时,开发板提供了RS232外部串行通信接口,可以通过PC机对开发板芯片进行在线烧写,同时,板上设有通信模式切换跳线,可以设置成3种串口通信模式,分别为:PC机--GPS模块;PC机--51单片机;51单片机--GPS模块,即三者之间两两通信。 对于开发板使用的元件全部为贴片优质器件,电解电容使用钽电容,价格昂贵,性能稳定,质量可靠。

gps开发板
这是我们的GPS开发板插上12864液晶显示屏的样子,板子右下角插上GPS外置天线。

gps开发板
现在我们通过上网本的USB口提供给板子供电。

gps开发板
打开电源开关,液晶屏显示开机提示信息:GPS 接收调试程序

gps开发板
之后,出现授时、海拔字样,这时候GPS数据还没有从卫星上获取,GPS开机的过程是需要一定时间的,一般需要几十秒的样子,具体看信号环境。

gps开发板
过一段时间后,屏幕出现GPS接收的卫星数据,刚开始数据不稳定,是会跳变的,过一会会稳定些。

gps开发板

gps开发板

gps开发板
下面我们用TFT彩屏进行GPS卫星数据的接收,拔掉12864液晶,插上TFT彩屏。

gps开发板
TFT彩屏显示GPS卫星数据,实际显示效果很漂亮,图中所示的数字有些地方看不到,是因为彩屏显示的刷屏原理,以及相机的快门速度匹配问题。

gps开发板
时间值是在变动的,实际显示效果,人眼看上去显示效果很漂亮。

gps开发板

gps开发板

gps开发板

gps模块

    这是我们的“GPS+GPRS开发板”的操作演示视频录像,我们使用奥迪A6L进行车载实验测试,流程为杭州<---->宁波舟山方向,进行合程高速的测试。大家可以下载视频文件进行观看,注意,为了达到最好的显示效果,请全屏播放进行观看
    视频文件下载:https://www.hificat.com/gps-grps/gps gprs.flv

奥迪A6L
我们使用奥迪A6L进行车载实验测试,车程为杭州<---->宁波舟山方向,进行全程高速的测试,测试中使用的是GPS+GPRS开发板,但使用的都是GS89的GPS模块,所以我们可以同样看到他的性能和效果。

奥迪A6
奥迪A6L带有GPS导航系统和人机交互系统,方便我们进行GPS数据的测试,其自带的GPS灵敏度非常高。

gps定位器
我们同时也使用外置式的纽曼S999车载导航仪,地图已经做了全新升级。当前所在地为杭州钱江二桥上,正好有火车迎面开过:)

gps定位器
由于时间还早,这时才5点半,所以导航仪显示屏幕为夜间模式,背景图案为黑色,当天亮后,背景图案将切换到白天模式。

gps定位器
因为在车上,所以本次测试我们使用12V蓄电池为开发板进行供电,盒中黑色的就是12V蓄电池,拿在手上沉甸甸的。

gps追踪器
我们连上GSM天线和GPS外置天线,同时打开纽曼导航仪,当前连接卫星颗数为10颗,信号强度也不错。

gps追踪器
我们用鳄鱼夹连上蓄电池,GPS天线因为有磁性,我们吸在挡风玻璃下,天线上方要保持没遮挡,保证最好的信号质量。

gps追踪器

gps导航
我们使用奥迪A6L自带的车载导航(导航软件是奥迪原厂提供的)和纽曼导航仪(使用凯利德导航软件)进行实测。

gps导航

gps导航
图中还有我们准备在行程中测试的GPS小模块,它们具体有TTL电平和RS232电平的接口,方便用户使用。

gps模块
图中为我们设计生产的GS89和GS92 GPS定位模块

gps模块

gps模块

gps模块

a6l
杭甬高速途中的服务区,我们暂作休息

gps定位实验

gps定位实验
这是前往舟山的跨海大桥,一个字:长,一眼望不到边。

gps定位实验

gps追踪实验

gps追踪实验

gps追踪实验

gps追踪实验

gps追踪实验
现在我们在岛上,远远望去,可以看到刚才经过的跨海大桥。

gps追踪实验
这是天上飞往各岛之间的另一交通工具,直升飞机,有幸见到,也一起拍下:)

gps追踪实验

gps监控
我们给开发板装上SIM卡,上电后,开发板开始工作,液晶屏将实时显示当前经纬度数据,同时我们与导航仪进行对比,蓝色部分为大海。

gps监控
工作时,指示灯闪烁,表示程序在跑,一切工作顺利。

gps监控

gps监控
我们在液晶屏上看到的信息分别为:卫星时间,经纬度信息,海拔高度,可以将其数据与导航仪实时显示的地图进行对比。

gps监控
我们在车上使用笔记本电脑来修改程序,车上实时调试。

gps车载定位

gps车载定位

gps车载定位
使用Keil软件可以编缉源程序中的目标计算机IP地址,即与服务器进行连接,将经纬度信息传到远端服务器上,改完程序后将STC烧写软件对开发板芯片进行在线刷写。所有的操作动作一定要快,笔记本的电源撑不了太长时间,所以编程步骤我们没有详细拍照。

gps车载定位

gps卫星定位
该路段限速70公里/小时,我们使用匀速运动进行测试。当然是使用定速巡航功能啦:)

gps定位开发板gps远程传输

gps卫星定位
进入隧道后,由于道路不太平和车辆颠簸原因,所拍照片比较模糊。

gps卫星定位
我们现在接近宁波定海区。

gps卫星定位
可以将液晶显示经纬度数据在Google map上进行定位,然后与导航仪地图所标进行比较。

gps卫星定位

gps卫星定位

gps卫星定位

gps卫星定位
又上高速后,我们使用110公里/小时的速度定速巡航。可以看到仪表盘中间的设定速度