CN1106596A - 电子地图化的gps接收机 - Google Patents

Abstract

一种GPS接收机，由天线，传感器，CPU，显示 器，地图卡，汉字库，键盘和存储器组成，具有坐标变 换功能，利用配置的电子地图和汉字库将已知的经纬 度值映射到地图卡相应的一幅子图上，实现了电子地 图定位以及信息的汉字显示。

Description

本发明涉及GPS接收机，特别涉及具有电子地图的GPS接收机。

GPS是“全球定位系统”（Global    Positioning    System）的简称，它是美国于1973年起实施的利用导航卫星对地面，海上和近空的舰只，飞机，车辆等活动目标进行导航的一个庞大系统。该系统由三部分组成：卫星网，地面站和用户接收设备。地面站对卫星网进行监视管理，卫星网向地球表面发送导航信息，用户接收设备采集导航信息并求出定位等导航数据，由于卫星发射的星历信息中含有空间定位数据和精确时钟数据，用户接收机利用这些数据可方便地求解出自身的速度和运动方位，所以用户接收机的基本功能和主要作用就是作空间定位，测量速度和报时，因为卫星信号传播速度很快且不受雷雨云层等大气压现象的阻挡，所以用户接收机的定位等功能处理是实时，全天候的，还因为定位卫星群的数量较多，共24颗，它们均匀地分布在6条轨道上，能保证在地球的任一地点的上空同时出现4颗以上的卫星，所以用户接收机使用的范围是全球性的，也就是说，GPS系统是一个全球性，全天候，实时的定位，测速和测时系统。由于以上优点，GPS在近年得到迅速发展。因为上述三个部分中的卫星网和地面站被美国控制，所以有关GPS的研究主要集中在上述三个部分中的用户接收设备方面，已经开发研制了功能各异的GPS接收机，纵观当前国外和国内的GPS接收机，尤其是导航型GPS接收机，绝大部分不能与数字地图结合起来，仅能标注目标的经纬度，这对广大陆地用户是极为不方便的，对于中国用户更有如下不便之处：中国地图采用1954年北京或1980年国家大地坐标系，国外GPS接收机不能报告这两种坐标系的经纬度，没有中国数字地图的配置，也没有汉字方式的信息显示，国内近年来陆续开发研制了一些GPS接收机，这些产品大致上可分为三种类型：

1.组装国外的GPS接收机散件，其缺点已如上所述;2.通信组网型GPS接收机，这类产品强化了其通信能力，实现了在局部区域内把一组分散游动目标控制于一个指挥中心的指挥模式，但对每一单个接收机，仍基本采用国外同类产品技术;3.国外GPS接收机与笔记本计算机结合的类型，这种类型的组合式GPS接收设备在物理上把GPS接收机和笔记本计算机用通信线路连接在一起，利用GPS产生的定位信号，通过计算机进行图上作业，显然，这种类型产品由于使用了仅适合于室内环境的计算机，不便于在野外环境下作业，另外由于计算机为通用型设备，其中的许多功能对GPS而言是多余的，所以整个系统的性能价格比较低。

为了克服已有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种以一CPU为核心控制器件的，配置了中国电子地图和具有汉字信息显示方式以及具有坐标变换功能的便携式结构的GPS接收机。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种具有定位，预置航路和掉电存储航路功能的GPS接收机。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种具有坐标变换功能的GPS接收机，从美国WGS84坐标系变换为1954年北京坐标系或1980年国家大地坐标系。

根据本发明的再一个方面，本发明提供了一种配置了数字电子地图，特别配置了中国电子地图的GPS接收机。数字地图有两种;全国分省区地图和全国分幅地图，它们均以交通要素为主;

根据本发明的再一方面，本发明提供了一种具有汉字显示功能的GPS接收机，使用了国家标准15×16点阵字模汉字库5199A;

根据本发明的再一个方面，本发明提供了一种单片机为核心控制器件的便携式一体化GPS接收机，在整机电路的地址译码电路部分中采用了GAL编程技术，简化了电路设计，节省元器件数量和减少布线量，设计灵活，可修改性强，有助于技术和数据保密，提高了接收机的性能价格比和可靠性。

本发明的上述和其它优点参看以下对照附图的描述将会更加清楚，其中

图1是本发明的GPS接收机的系统方框图;

图2是本发明的GPS接收机定位信息采集及加工电路的方框图;

图3是本发明的GPS接收机地图卡检索与显示电路的方框图;

图4是本发明的GPS接收机汉字库读取与显示电路的方框图;

图5是本发明的GPS接收机主控程序的流程图;

图6是本发明的GPS接收机定位处理程序的流程图;

图7是本发明的GPS接收机预定航线程序的流程图。

以下参看附图详细描述本发明。

首先参看图1，该图是本发明GPS接收机电路结构的方框图。由图可见本发明的GPS接收机以CPU3（此处为INTEL公司的单片机MCS-80C198）作为系统核心控制器件，ROM/RAM模块9是CPU的程序模块，CPU运行程序进程，实现对卫星信号的采集，定位数据的加工处理，地图库检索及相应定位数据的显示。

传感器2通过天线采集卫星导航数据，这些数据被处理为一组清晰的文本格式的定位数据，包括美国WGS    84坐标系表示的经纬度值，目标速度，高度，世界标准时以及供用户参考的有关卫星状态的信息。

地图库模块6是一个2兆字节的EPROM存储体，存储了覆盖国内一个给定区域的光栅格式的电子地图。这个给定区域的范围可以是一个行政省区，也可以是按照地图分幅标准划分的若干个幅区。为了解决大面积的地图与小尺寸的显示屏的矛盾，本发明将一幅地图裁剪成几十块子图并建立起不同子图间的相关关系，通过坐标变换与投影处理，把一个已知的经纬度点映射到相关的一幅子图上，然后把该子图从地图库中检索出来送入显示屏，地图库由全部子图数据和子图索引数据组成，以地图库的方式组织地图检索，本发明采用了两种数字地图;全国分省区地图和全国分幅地图，对于前者，以省为单位，每个省区制成一个地图卡，对于后者，以百万分之一图幅为单位，把全国分成40-50个区域，每个区域制成一个地图卡，由于省区地图在物理上把全国按省份（省，自治区和直辖市）分成30余个地图库，因此其光标标注精度不如分幅方式高。为了适应概略定位和精细定位的要求，对同一幅图分别生成三幅电子地图数据，通过功能键选择分别将其称为远景图幅，中景图幅和近景图幅的上述三种含有不同信息量的地图，上述每个地图库制成一块地图卡，插入主机机箱插槽内，用户根据需要插入所需的地图卡。

汉字库模块7是一个以汉字字模存储器为主的字模读取电路，库内存储有8000个按国家标准设计的计算机用15×16点阵的汉字。

键盘（KEY）8可设置15个功能键，主要有选取地图卡的取景键，光标键，预定航路键，键对应的功能通过程序控制来实现。

显示模块5由一块分辨率为640×480的单色图形液晶显示器。64K字节显示存储器和显示控制器组成（见图3），CPU产生的所有数据均需在显示器上显示出来，这些数据包括电子地图，定位光标，定位数据和系统状态的文本格式数据及其它用户所需的数据。

上述各外围设备通过总线4与CPU连接，

系统的全部功能由程序存储器RAM中的约3OK字节的程序实现，系统功能的总体流程是;

从传感器接收原始定位信息-->定位信息的坐标变换及地图投影-->根据投影坐标值从地图卡中检索相应区域图并送入显示画面-->投影坐标值以光标形式标注在画面中的地图上-->定位信息同时以数据方式用汉字显示到显示器的文本区-->访问操作面板，执行选中的功能键    -->回到流程始点，构成流程的循环，上述总体流程还将在以下对控制流程的详细描述中得到进一步说明。

图2是本发明GPS接收机中的定位信息采集及加工电路的方框图，这部分电路主要有天线1和传感器2，80C198    CPU    3，存储器ROM/RAM    9，串行通信TC    232以及GAL译码电路10。传感器与CPU间有-232电平转换电路TC    232，这个电路有两路通信口，另一通信口留给外机通信用，GAL电路完成CPU与主内存，CPU与显示存储器以及CPU与外围设备间的地址译码，CPU与ROM之间用8位数据（DATA）线连接，与RAM之间用16位地址（ADDR）线连接。

定位信息的采集及加工过程描述如下（用FORTH语言的伪码书写）;

：RECIVE    访问通信口    读取定位命令字

提取经纬度值    提取时间日期值

提取速度方位值    数值存入内存单元

：TRANS    取经纬度值B，L    B，L作54北京系变换

存入工作单元    B，L作80国家系变换

存入工作单元    54系的B，L值作地图投    影变换    存入工作单元

取世界标准时作北    京时间转换    存入工作单元;

图3是本发明GPS接收机的地图卡检索与显示电路的方框图，这部分电路主要有地图卡6，液晶晶示器5和CPU    3，GAL电路10作用同上，地图卡上由2兆字节的EPROM及相关的地址译码器组成，卡上有远景/中景/近景三套不同信息量的区域数字地图，还有标题字与索引控制表等管理信息。CPU通过总线访问地图卡。系统初始化或执行取景功能键时把标题字和索引控制表读入内存，以备检索地图，显示器的组成是控制器1351F，液晶板和显示存储器RAM，CPU通过总线访问控制器1351F，把显示数据（图形和文本）写入显存RAM，控制器对液晶板逐行扫描刷新。

电路工作过程用FORTH语言伪码描述如下：

：DISPMAP    取投影变换值X，Y    X，Y在索引控制表中检索相应的区域图号I，图号I求出地图卡地址，长度。

DO    取卡址一个字节    字节写入显示存储区    LOOP;

在上述的电图卡检索与显示电路中，液晶显示控制器1351F是专为微处理器设计的，如80286，Z80等，但在本发明中是用单片机控制驱动中分辨率（640×480）的图形液晶显示器，因此在80C198与1351F的连接中前者不能满足后者的数据读写等待时间，所以仅用硬件技术（如上述电路连接）就会在CPU读取显示存储器时出现丢失数据现象，为此，本发明还通过软件的方式在内存中设计了一个局部显存映射区，该映射区是1351F所控制的一个局部显存区的图形映射，当需从显存读取图形数据时，不直接从显存读取，而是从映射区读取，这样就克服了数据丢失的现象。

图4是本发明GPS接收机中的汉字库读取与显示电路，这部分电路主要包括CPU    3，汉字库电路与显示器，汉字库选用的是国家标准汉字点阵芯片GB    5199    A，该苡片有15    16点阵汉字模8000个，汉字库电路除GB5199    A外，还有配套的代码-地址转换电路B202。连续读取32字节的计数器，数据缓冲和地址译码等与CPU的接口电路。

需要显示汉字时，CPU把汉字国标码写入汉字库电路，汉字库电路依此码从汉字芯片中顺序读取32字节长的字模，CPU相继读到32字节的字模后转送入显示存储器中预先指定的位置，于是在屏面的指定处产生一个汉字。

上述过程的FORTH语言伪码描述如下：

：DISPCHINES国标码写入汉字库置光标值32    O    DO取一字节字模    字模写入显示

以下描述本发明的GPS接收机的运行程序。

GPS接收机的运行程序设计采用模块化的自顶向下的结构，用FORTH语言来实现，程序量约27K字节，固化在一片32K的EPROM中，所有软件模块被组织成单词，存储到FORTH词典中，词典约包括600余个单词，这些单词可归纳为以下几类：

主菜单（主控）单词

预置导航路线单词

定位单词

地图卡检索程序

坐标变换和投影单词

航点记录单词

图形/汉字显示单词

传感器定位数据采集单词

键盘扫描单词

故障检测和处理单词

首先参看图5描述主控程序，该程序流程图如图5所示，在步骤1中进入主控程序，接着在步骤2中判断是否插入地图卡，若没有插入地图卡，则接收机仅执行定位显示处理，显示的内容仅包括定位的文本数据（经、纬度和时间等），没有地图显示功能，在这种状态下，接收机将作为普通的GPS导航定位仪使用，如步骤4所示，如果插入了地图卡，程序到达步骤3显示主菜单，在硬件设计中对RAM存储体安装了电池维持供电，所以在整机切断外部电源后仍能维持已行进的路线和预定航线，保证下次开机后与以前导航结果的连续性，当用户不再需要以前的历史记录时，可选择“清除已保持的航路”之主菜单功能，如步骤6所示，将存储航路的记录区清零，当然，用户也可以选择步骤5所示的“预置导航路线”之主菜单，最后程序都返回到步骤3。

在图6中进一步描述上述程序流程中的“定位显示处理”步骤。在步骤1进入“定位显示处理”程序，在步骤2判断是否接收到有效的卫星定位信号，若无则程序返回，若有则到达步骤3，提取MGS84坐标系的经纬度，世界标准时等传感器数据，接着在步骤4中将WGS84坐标系的经纬度值变换为北京54坐标系和国家80坐标系的经纬度值，在步骤5中将世界标准时变换为北京时间并存储当前速度与方位值，在步骤6中判断北京54坐标系的经纬度值是否超出当前地图卡范围或当前有否地图卡？若超限或无卡，则在步骤7中仅显示文本方式的定位数据，然后程序返回到其起始处，否则在步骤8中将北京54坐标系的经纬度值投影到地图平面，包括双纬标和高斯投影，接着在步骤9和10中分别将地图平面坐标变换到显示坐标Xd，Yd和将Xd，Yd变换到当前图幅坐标Xw，Yw.在步骤11中判断上述Xw，Yw是否位于当前显示窗口？若是，则程序到达到步骤14，在步骤12中计算Xw，Yw所对应的窗口地址，在步骤13中从地图卡中检索相应窗口并在显示屏上显示该窗口地图。在步骤14之后程序将到达步骤15，扫描键盘，判断是否有键被按下，若无键被按下，程序返回该步骤继续扫描键盘，若有键被按下，根据按下的不同功能键，例如远景键，中景键，近景键和闪航线键等，分别在步骤16，17，18和19中执行相应功能，例如在步骤16中置远景图幅并显示之，在步骤17中置中景图幅并显示Xd，Yd所在的窗口，在步骤18中置近景图幅并显示Xd，Yd所在的窗口，在步骤19中显示预定航线及已走航线，等等，执行完相应功能后程序返回到程序起始点。

现参看图7详细描述“预置导航路线”步骤，如图所示，在步骤1中进入“预置导航路线”程序，在步骤2中预置远景图幅并显示预置的当前光标，接着在步骤3中扫描键盘，判断是否有键被按下？若无，则程序返回该步骤继续扫描键盘，若有键被按下，则如在上一程序中一样，根据按下的不同功能键执行相应的功能，这些功能键包括“光标移动键”，“步长设定键”，“存点键”，“删点键”和“选景键”，它们分别对应步骤4，5，6，7和8。在步骤4中对当前光标移位，移位长度为步长值，在步骤5中修改步长值，在步骤6中把当前光标处的显示坐标值Xd，Yd存入预定航线缓冲器并显示该航线，在步骤7中删除最后一次存入的航点，在步骤8中改变当前设定的图幅，显示新图幅的一个窗口地图，在执行完上述各功能后程序都返回到步骤3，继续扫描键盘，，准备执行新的功能。

如上所述，本发明的GPS接收机由于配置了数字地图，特别是配置了中国电子地图，方便了广大的国内陆地用户，同时提供的定位，测速，测时功能和导航操作以及汉字显示等更是极大地方便了用户的使用操作。

Claims (4)

1、一种GPS接收机，由天线1，传感器2，CPU3，显示器5，存储器ROM/RAM和键盘8等组成，其特征在于该接收机还包括数字地图卡6和汉字库7，CPU与上述各部件的连接通过总线4来实现，CPU从传感器采集有关定位，测速与测时的基本数据信号，然后对这些信号进行处理，负责管理电子地图数据库，驱动显示器和控制键盘的操作，存储在存储器中的运行软件实现了坐标变换功能，将已知的经纬度映射到地图卡相应的一幅子图上，实现了电子地图定位以及显示信息的汉字显示。

2、根据权利要求1的GPS接收机，其特征在予其中所述地图卡是一个EPROM存储体，存储了覆盖一个给定区域的光栅格式的电子地图.这个给定区域的范围可以是一个行政省区，或是按照地图分幅标准划分的若干个幅区，每一幅图分别生成了三幅含有不同信息量的地图.分别称之为远景图幅，中景图幅和近景图幅。

3、根据权利要求2的GPS接收机，其特征在于CPU对内存的地址译码，显示存储器/内存的地址切换，汉字库接口和显示控制器的地址译码采用了GAL芯片实现。

4、根据权利要求3的GPS接收机，其特征在于所述的CPU可以是一单片机，单片机对显示控制器的驱动除硬件连接外还使用了在内存中设置了一个局部映射区的软件技术，该映射区是显示控制器所控制的一个局部显示存储区的图形映射，需从显示存储器读取图形数据时不直接读取该显示存储器而是读取该映射区。

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