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基于GPS的电子定位系统电力设备设计

沈继晨，石二达

中国吉林省NEDU自动化工程学院

摘要：为了解决电力设备定位的问题具有较少的硬件资源，配合GPS的定位系统MapInfo电子地图和Windows下的无线数据传输介绍了操作系统。 系统集中计算机控制，使用无线数据传输和串行转换器实现在计算机和GPS接收模块之间进行互通，显示电力设备的实时，当前地理位置在计算机上使用MapInfo电子地图。 实验结果表明定位系统结合GPS，MapInfo电子地图与无线数据传输性能稳定，硬件成本低，定位精度高准确度，可以满足一般电力部门的要求电力设备定位。

关键词：电力设备定位；MapInfo电子地图；无线数据传输

1.研究背景

随着社会的发展和城市增长领域的扩大，电力设备部署日益增多;有效管理电力设备和精确定位得到越来越多的关注。在近年来，由于计算机技术的飞速发展，全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）引起了广泛的关注和应用，特别是组合GPS定位的综合应用与数字映射。这不仅实现了GPS的可视化和集成数字地图上的位置信息，还跟踪目标和显示位置信息实时动态[1]。 GPS由美国部门创建1973年的国防部（DOD），成立了卫星导航系统在20年内投资超过1亿。空间（轨道）段组成的24颗卫星，并为用户提供准确的位置和时间信息天气，24小时/天，世界各地。电子地图（电子地图），即数字地图是在计算机上以数字形式存储和显示地图数据的过程。电子地图具有地图的性质，包括电脑屏幕上的符号显示，功能丰富的信息，易于理解，易于更新，以及灵活，受到用户的广泛欢迎。 本文设计了一种定位系统将GPS与MapInfo电子地图和无线数据传输相结合;允许所产生的系统有效提供监控，调度和服务的服务定位/位置。

2.系统总体设计

系统由客户端和服务器端两部分构成系统如图1所示。客户端包括一个GPS接收模块，一个MCU，和无线数据传输模块; 它通过接收和发送信息MCU。 服务器端包括计算机和无线数据接收模块。 在这个系统，一般由电脑控制[2]。

客户端接收卫星信号，获取与时间，速度，经纬度通过GPS天线，并通过MCU传输到MCU

端口TXD以二进制码的形式。 经过必要的选择和分析通过MCU对GPS数据包进行地理位置信息提取与现场点相关的内容。 在此基础上，提取位置信息通过MCU然后传输到RXD端口和WTXD无线数据传输模块，向无线数据传输模块发送命令提取位置信息到服务器端。 配备服务器端计算机与MapInfo电子地图软件，使无线之间的通信数据接收模块和计算机通过串行转换器，显示在电子地图上收到数据。

3.系统硬件的设计与实现

客户侧电路包括GPS信息接收模块，MCU和MCU无线数据传输模块。 客户端电路图如图2所示。

3.1 GPS信息接收模块

GPS信息接收模块采用LEA-5系列GPS定位由美国U-Blox公司设计的模块[3]。 模块的核心是该公司的第五代定位引擎 - u-blox5，并拥有搜索引擎有50个频道，100万个相关者; 标准NMEA0183信号输出低工作电压（2.7V〜3.6V），工作电流（50mA），接收灵敏度高达-160dBm; TTL电平数据输出，同时跟踪GPS和GALILEO卫星信号，并完成卫星信号的定位1秒。

3.2 主控模块

MCU控制模块采用12位低功耗微控制器C8051F410供电电源电压为2.0V〜5.25V，2KB数据存储器和32KB闪存芯片。 C8051F410具有24个通用I / O口，可同时使用SMBusTM（I2CT兼容），SPITM和UART串行端口，12位ADC和24外部输入。 它具有可编程看门狗定时器和片上振荡器和JTAG测试接口与IEEE 1149.1规范兼容。 这个界面可以同时采用全速，非侵入式芯片系统调试，允许现场更新和轻松升级。

3.3无线数据传输模块

无线数据传输模块采用KYL-1020L无线深圳KYL通信设备生产的通信模块有限公司该模块具有低功率传输（500mW）和长传输功能距离（3Km），为用户提供双向数据信号传输，检测和控制; 提供通信波特率1200bps，2400bps，4800bps，9600bps，19200bps和38400bps。 无线传输是成比例的接口波特率，可满足需要各种设备的需求的波特率。 它还具有体积小，抗干扰能力强的特点可靠的数据传输[4]。

3.4服务器端硬件的连接

目前，大多数笔记本电脑没有安装串行接口，所以系统使用一个串行转换器在本系统中通过使用a连接无线数据与计算机无线数据接收模块直接从USB端口供电。电路主要由USB-RS232和无线数据接收模块组成[5]。该服务器端电路图如图3所示。

4系统软件设计与实现

4.1 GPS数据包分析

GPS信息接收模块符合NMEA-0183通信美国国家海洋电子协会的标准 - 数据包有六个格式，如GGA，GLL，GSA，GSV，RMC，VTG和数据的每个字段数据包用逗号分隔。 由于系统只需要有关时间的信息，纬度，经度，高度，地面速度和卫星，GGA数据格式使用[6]。 数据框架的结构和解释领域如下：

$ GPGGA，lt;1gt;，lt;2gt;，lt;3gt;，lt;4gt;，lt;5gt;，lt;6gt;，lt;7gt;，lt;8gt;，lt;9gt;，M，lt;10gt;，M，lt;11gt;，lt;12gt; * xx lt;CRgt; lt;LFgt;

$ GPGGA：开始指导符号和语句格式;

UTC时间格式hhmmss.sss;

纬度，格式为ddmm.mmmm;

纬度半球，N或S（北纬或南纬）

经度，格式为dddmm.mmmm;

lt;5gt;经度半球，E或W（E或W）

lt;6gt;定位质量指示，0 =方向无效，1 =定位和

有效;

lt;7gt;使用卫星，00到12

lt;8gt;精度水平，0.5〜99.9

lt;9gt;海平面天线高度-9999.9〜9999.9米

M是指米的单位

lt;10gt;大地水准面高度，-9999.9至9999.9米

M是指米的单位

lt;11gt;差分GPS数据周期（RTCM SC-104），最后设定数量

秒发送RTCM

差分参考站ID，0000〜1023。

*结束语句标识符

xx从$到*全部ASCII码XOR校验和

lt;CRgt;输入

lt;LFgt;包装

4.2 GPS数据的提取和传输

当提取GPS数据时，系统首先确定初始标识符是否为“$”。仅在收到“$”字符后才会收到日期。作为GGA数据格式需要输出系统的初始配置，语句的正确性标识符不被检查，但是以GGA格式接收。确定后数据类别，系统然后确定什么样的位置参数由数据中的逗号分配。字符“*”表示结束数据。因此，当接收到“*”字符时，接收到消息完成[7]。由于UTC（协调世界时）与系统不一致时间，这可能导致数据传输的丢失，结果北京时间已经到了调整为标准时间。在提取的数据中，一些数据不是必需的位置信息，为了简化传输的数据，一些数据是有选择地删除[8]。最后，数据被合并并传输到无线数据传输模块，然后发送到服务器端。数据提取和传输流程图如图4所示。

5制作电子地图

Maplnfo电子地图矢量化的方法包括数字化矢量化，屏幕矢量化和自动矢量化。屏幕矢量化方法是在此系统中选择。屏幕矢量化是目前常用的数字方法用于映射。虽然数字化仪的精度并不高，但其优点是那个人不需要依赖数字设备，它很容易使用，成本低，而且辅助图像处理软件可以控制精度。作为Maplnfo屏幕不提供自动矢量化屏幕的功能，手册必须选择屏幕向量化，通过手动跟踪鼠标来实现画。基于Maplnfo屏幕向量化，诸如注册网格图像，建立新的表单和层次，手动跟踪鼠标等。在MapInfo中，矢量图通过附加到网格图像[9]产生。矢量化必须是注册网格地图之前，通过完成Maplnfo位置准确地理计算。具体生产步骤：

(1)通过扫描将法线贴图转换成网格图。

(2)在Maplnfo下打开并注册网格图。首先，投影模式是选择，然后控制点的精度提高。应该加入考虑到控制点的选择均匀分布在（或）的中心周围）整个图形，每个图像至少有四个控制点适当增加（一般在20以上）可以改善地图准确性。

(3)建立新的表和层。建立新的表和层是为创建地图矢量化表和图层。当创建新表时，字段

信息将根据实际需要进行选择。性格是通常选择标记道路和街道的财产信息。按图形分层技术，各种图形元素分层结合根据实际要求;因此得到的地图将分为不同层。通过手动跟踪鼠标创建新的矢量图层;地图对象在层中通过关联数据表进行创建，并完成创建空间数据和属性数据。

(4)传输向量化数据。 应用“转出”功能Maplnfo，所需的数据将被转换。 Maplnfo电子地图转移out如图5所示。

6实验结果与分析

显示了使用Maplnfo电子地图产生的实验结果在图6中，上半部分是Maplnfo软件界面，较低一半是GoogleEarth屏幕截图，并将它们与测试结果进行比较[10]。在实验中，客户端被假设为真实的电力设备，放在东北电力大学第一所教学楼的主入口，服务器端被认定为控制中心，成立于904自动化实验室工程。最新的定位信息由客户端发送，位置时间：13:25:45;纬度：126°5011.47“N;经度：43°8248.90”E;速度：0.048米/秒。在上半部分，最新的目标位置信息可以是看到 - 图的下半部分的黑色小圆圈表示位置位置从GoogleEarth获取的结果与位置标识几乎相同Maplnfo电子地图。与结果相比，误差约为6m通过GoogleEarth软件中的距离工具测量的实际位置客户端，主要由GPS的定位精度决定模块。

7结论

实验结果表明，该系统稳定可靠，远程定位设备可以实现。 通过结合GPS技术，MapInfo数字地图随着无线数据传输，使用较少的硬件资源来解决问题的设备定位。 定位技术可应用于各种领域然而，远程定位是GPS定位数据的固有问题传输将对系统的实时使用产生影响。 这很可能是远程定位技术本文提出的将会更广泛地应用于GPS定位技术和GIS技术的不断发展。确认。 我们要感谢东北电力的支持大学自动化实验室和化学实验室。 我们也想

感谢万先生和刘女士在系统硬件方面的巧妙协助。

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