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笔记本电脑上安装GPS通用位置测量芯片模块及其应用与性能评估

  • 大陆
    2013/07/28
    药物分析
  • 私聊

其他仪器综合讨论

  • 为了增加野外移动仪器设备工作的便利性,需要在仪器测量软件中实时加入位置信息,专门配置一套GPS系统的代价较高而且携带不便,想到GPS的功能归根到底只是一根天线加一块小尺寸芯片而已,于是决定将笔记本加装GPS模块,对GPS进行接口编程,并对其性能进行评估。

    1、第一步,购买GPS芯片,花人民币1262元购买一个由台北Globalsat制造的ET-313 SiRF III型GPS芯片,上正反面图片如图01,02。



    图01 购置gps芯片照片正面



    图02 gps芯片背面安装板

    2、将GPS固定在电脑主板上,并根据芯片的应用电路图(图03)接好与天线的射频接头与电源及通讯线缆,如图04所示。



    图03 gps芯片的应用原理示意图



    图04 gps芯片在笔记本电脑上的安装位置照片

    3、开机,寻找新增GPS芯片的通讯接口(使用NI的visa工具),并使用软件打开芯片接口(这里使用NI的labview),分别如图05、06所示。



    图05 gps模块的接口检索

    图06 gps模块的接口通讯的软件实现图

    4、分析芯片获得的原始数据,并将其根据通用gps格式转化成经度、纬度和海拔信息,这里主要使用GPGGA关键字,格式如 $GPGGA,161229.487,3723.2475,N,12158.3416,W,1,07,1.0,9.0,M,,,,0000*18,并完成GPS软件模块的程序编写,分别如图07、08所示。


    图07 gps芯片原始数据格式分析


    图08 自己编写的gps软件模块

    5、设定程序,为了评估GPS精度,让笔记本保持静止不动的前提下,让其每隔10分钟取一个点,每点测量获取经度、纬度和海拔信息,一共采几千个点,连续运行月1个月之后,获得测量数据结果并进行分析,分析方法将经纬度合在一起做极坐标处理,海拔信息单独分析,其结果如图09、10所示。



    图09 gps芯片的水平面内定位精度测量结果图



    图10 gps芯片海拔信息定位精度测量结果图

    6、性能分析小结,首先,通用GPS芯片的定位精度约为被测点为中心半径为100米的球形范围内。这是对GPS芯片后续应用所必须铭记的关键信息。其次,仔细分析图09,不难看出经度与纬度的测量精度差异明显,极坐标中点为长条形分布,而非圆形,具体看数据,后者约为100米,而前者则仅为50米,这可能与测量位置点的纬度有关。还有,仔细分析图10,海拔数据与测量时间呈一定规律的起伏,但又不是和日周期24小时相关,可能与可用定位卫星的个数以及其在轨道上的相对位置有关系,定位卫星近则精度较差。此外,分析gps上的时间数据,可用卫星数目一般在每天凌晨3点左右最多,同时,采数据的本地时间和gps上的时间呈现有规律的波动,二者时间差在早晨5点和下午14点左右差异最小,而其他时刻差异多超过两小时,如图11所示。



    图11 gps定位性能随时间波动数据结果图
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  • 大陆

    第1楼2013/07/28

    更多详细的gps信息格式如附件所示。

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  • tutm

    第2楼2013/07/28

    高手玩家啊。

    不过花1262元买那个芯片是不是太贵啦?

    目前市场上可接电脑的USB导航仪,也是你这个型号的芯片,硬件带软件外加地图一共才100元左右啊!




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  • 大陆

    第3楼2013/07/28

    谢谢提供更低价格信息,考虑使用这对成本敏感的应用来说将很必要。

    我购买的价格较高的技术原因可能有二:

    1、芯片一样,差别可能在天线,如图01中,我购买的这个支持两类天线接口。更加复杂的1.6GHz微波段工作频段的天线+滤波电路会增加成本;

    2、商品和定制的差异,前者需求用户群大,价格较低;后者用户群小,价格低不了。

    tutm(tutm) 发表:高手玩家啊。

    不过花1262元买那个芯片是不是太贵啦?

    目前市场上可接电脑的USB导航仪,也是你这个型号的芯片,硬件带软件外加地图一共才100元左右啊!




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  • qianguiyun1

    第4楼2013/07/28

    应助达人

    楼主太厉害了,我是看不懂的。

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  • 大陆

    第5楼2013/07/28

    呵呵,看不懂怎么能判断厉害与否呢?

    qianguiyun1(qianguiyun1) 发表:楼主太厉害了,我是看不懂的。

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  • 大陆

    第6楼2013/07/28

    新增加了图11,gps性能与时间关系曲线图,可以看出一个明显规律是凌晨3-6点之间的可用卫星数目最多。

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  • zhw19811005

    第7楼2013/07/28

    这也算是DIY吧

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  • tutm

    第8楼2013/07/28

    佩服大陆同志的动手能力。

    前一阵子,想让人做一些不同加液方式的反应实验,满地寻找可多段编程的注射装置,结果没有一个现成可用的。自己不会整,生产单位又没兴趣做,只能请人改装现有的线性步进注射泵。又找了好几家单位,总算有个协作单位技术人员热情,接受了下来。前后折腾了近半年,最近才算可用了。因此,对大陆的精神和能力羡慕ing.......

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  • 大陆

    第9楼2013/07/29

    屠老师以后要有仪器编程、二次研发什么的找我好了,这是我的职业。呵呵。

    tutm(tutm) 发表:佩服大陆同志的动手能力。

    前一阵子,想让人做一些不同加液方式的反应实验,满地寻找可多段编程的注射装置,结果没有一个现成可用的。自己不会整,生产单位又没兴趣做,只能请人改装现有的线性步进注射泵。又找了好几家单位,总算有个协作单位技术人员热情,接受了下来。前后折腾了近半年,最近才算可用了。因此,对大陆的精神和能力羡慕ing.......

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  • tutm

    第10楼2013/07/29

    好啊,谢谢!有技术支持后盾了,以后有这类问题首先咨询你。

    大陆(handsomeland) 发表:屠老师以后要有仪器编程、二次研发什么的找我好了,这是我的职业。呵呵。

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