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96 學年度 電機工程學系 專題製作競賽 PowerPoint PPT Presentation


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96 學年度 電機工程學系 專題製作競賽. 題目:以 MATLAB 為基礎之 GPS 定位系統製作. 參賽組別:控制組 指導老師:李贊鑫 教授 參賽學生:葉人慈、方泰翔 2008/6/4. PC or Notebook. 全球定位系統. GPS 衛星. MATLAB. 描繪路徑點 (waypoint). 天線. 擷取與分析資料. 串列埠介面. GPS Sensor. 即時顯示地圖. 傳送資料. 系統示意圖. 系統裝置. Sensor: GARMIN GPS 15H. antenna. notebook. serial port (RS232).

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96 學年度 電機工程學系 專題製作競賽

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Presentation Transcript


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96學年度 電機工程學系 專題製作競賽

題目:以MATLAB為基礎之GPS定位系統製作

參賽組別:控制組

指導老師:李贊鑫 教授

參賽學生:葉人慈、方泰翔

2008/6/4


96

PC or Notebook

全球定位系統

GPS衛星

MATLAB

描繪路徑點(waypoint)

天線

擷取與分析資料

串列埠介面

GPS Sensor

即時顯示地圖

傳送資料

系統示意圖


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系統裝置

Sensor: GARMIN GPS 15H

antenna

notebook

serial port (RS232)


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GPS 接收器

主程式

地圖影像檔

串列埠

地圖程式

地圖產生器

位元組可用觸發事件 計時器觸發事件

持續接收資訊狀態

取得字句

地圖目錄檔

顯示路徑圖

分析字句

選擇模式

start

顯示地圖

儲存資料

調整圖軸邊際

NMEA 0183

文字檔

衛星資料

文字檔

定位資料

文字檔

系統主要功能及架構

  • 系統功能:

    • 接收GPS衛星資訊

    • 即時記錄資料

    • 即時顯示地圖及軌跡

    • 兼具智慧型與人性化的地圖顯示及操作介面

    • 使用現有之地圖圖像檔

    • 組態GPS感測器

    • 離線模式模擬

  • 系統架構流程圖:


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主視窗設計

模式選擇

NMEA字句

UTC↓

臺灣時間

經緯度、高度

knot→

km/hr

GPS衛星狀態

GPS衛星位置圖

資料記錄

組態GPS Sensor


Nmea national marine electronics association

NMEA協定 (National Marine Electronics Association)

  • 版本:NMEA 0183

  • 由GPS sensor接收:Received NMEA 0183 sentences

  • 由GPSsensor送出:Transmitted NMEA0183 sentences

  • Transmitted sentences 摘要:


Nmea sentences

處理 NMEASentences

  • NMEA0183句型,以RMC為例:

  • 讀取原則:

    • 以<CR><LF>為終止字元(terminator) (carriage return, line feed)

    • 確認起始記號($)與終止記號(*)

    • 以句型種類決定讀取程序

  • 偵錯法:

    • 判斷偵錯碼(checksum)

    • 確認欄位數符合該句型的格式

    • $GPGSV,3,1,10,K,,N,N*31$GPGSA,A,3,03,,11,13,16,W*61兩者的checksum都正確,所以偵錯碼偵錯結果沒有問題。但是其實這兩個句子是不合NMEA協定的,部分欄位(field)出現該欄位不該出現的值,甚至欄位的個數跟標準協定不符,但checksum是對的。

起始記號

UTC時間

緯度

對地速度

UTC日期

偵錯碼

<CR><LF>

$GPRMC,025219,A,2432.5300,N,12048.6776,E,031.5,160.9,211107,003.3,W*6A

句型

GPS狀態

經度

對地航徑

磁偏角

終止記號


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回轉檔案定位器

取得一列字句

記錄字句

分析字句

取得的字句的種類順序

RMC

Go_fixdata = 1

(End_fixdata = 1)

顯示字句

GPS接收器

GGA

NMEA文字檔

GSA

GSV

第一GSV字句

Go_satellitesdata = 1

最後GSV字句

End_satellitesdata = 1

Go_satellitesdata = 0

記錄定位資料

End_satellitesdata == 1

顯示定位資料

記錄衛星資料

End_fixddata = 0

顯示衛星資料

顯示衛星位置示意圖

PGRME

Go_fixdata == 1

End_fixdsdata = 1

Go_fixdata = 0

End_satellitesdata = 0

End_fixdata == 1

PGRMM

顯示地圖座標系統資訊

PGRMB

PGRMT

顯示GPS裝置資訊

取得與分析字句之程式流程


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地圖視窗設計

地圖 & 軌跡

定位顯示

路徑點

顯示範圍

刻度尺大小設定

軌跡點數

設定

2D

3D

地圖檔

來源設定

高度

整批軌跡顯示


Xlim ylim

路徑點追蹤範圍

追蹤路徑點──調整圖軸邊際(XLim、YLim)

  • 控制XY軸邊際,使路徑點及地圖保持在畫面顯示的範圍內

  • 多重目的整合的設計:

    • 即時顯示路徑點時:判斷單點

    • 顯示歷史路徑點時:判斷多點

    • 調整刻度尺大小時:針對中心點(定點)

waypoints

0 2 4 6 8 10

‧‧‧‧‧‧

圖軸中心點


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ypixel

y1

lat1

lat

y2

lat2

long

lat0

0

0

xpixel

long0

x1

x2

long1

long2

  • 已知其中任意兩點的經緯度座標

  • 南北為縱向、東西為橫向

  • 經緯刻度間隔分別為定值

  • 格式化結果:

    • 取得圖檔的經緯度分佈範圍

    • 存成地圖目錄(文字檔)

現成地圖的格式化


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決定地圖的顯示

  • 給定地圖間距的最小截距(R),算出用來判斷地圖的位置點座標。

  • 當R=1時,則判斷點座標為畫面的四個角落。

YLim(2)

Xp(0)

Xp(1)

Xp(2)

Xp(3)

YLim(1)

R

R

R

XLim(1)

XLim(2)

X = XLim(2) – XLim(1) = YLim(2) – YLim(2)

N = ceil( X / R ); ceil: round toward +infinity

n = 0 →N

Xp = XLim + X/N*n


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1個路徑點座標

判斷該點是否在「地圖結構」的範圍內:

isinmapregion

該地圖是否「顯示中」

從「地圖目錄檔」中搜尋:

開啟檔案→搜索地圖範圍

確認範圍:

check region

插入地圖

*藉由「地圖結構陣列」的識別碼插入

該點位置已經有地圖顯示,此時不必做與地圖相關的動作

*將地圖資訊存入「地圖結構」中

插入地圖

*藉由「地圖結構陣列」的識別碼插入

該點位置沒有找到相對應的地圖可以顯示

顯示地圖之程式流程

  • 對某位置點判斷包含該點之地圖圖檔,顯示之。

  • 利用地圖結構(cell array: Im)存放地圖資訊,減少開啟地圖目錄檔的頻率。


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實測成果

  • 實測時間:96年11月21日 上午10:00至12:00

  • 實測路徑:聯合大學(尖豐公路)→後汶公路

    →經國路→新東大橋→苗栗交流道→國道1號

    →三義交流道→國道1號→後汶公路→聯合大學


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專題實測成果

  • 路徑點顯示

  • 移動速度顯示

新東大橋

速度顯示(km/hr)

新東大橋實景實測路徑圖(新東大橋)


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專題實測成果

  • 高度 (高程圖)顯示

高速公路上坡路段實景

高度圖顯示(上坡中)

實測高度圖(坡度顯示)


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  • 即時記錄NMEA字句、定位資訊、衛星資訊

專題實測成果


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聯合大學

  • 全部路徑點顯示

苗栗交流道(132.8 km)

國道1號

中山高速公路

專題實測成果

三義交流道(150.2 km)


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謝謝大家!!!


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取得路徑點追蹤範圍欄位的值

路徑點追蹤範圍欄位的值

若大於10則重設為10;

若小於0則重設為0

求出路徑點追蹤範圍的圓的邊界(點到圖軸中心的距離),即路徑點追蹤範圍的圓的半徑:bound_focus = (scale / 2) * precise_focus

求出圖軸中心的座標:

xc, yc分別為xlim, ylim的平均值

將路徑點追蹤範圍欄位的值(0~10)除以10,成為精密度百分比:precise_focus%

求出某點或多點與圖軸中心的最大距離p2c

取得刻度尺滑軸的值:scale

取得目前圖軸的邊際值:xlim, ylim

判斷p2c是否超出路徑點追蹤範圍的半徑

若p2c大於scale/2,則改變scale(使p2c = scale * pof)

重設圖軸中心點xc, yc:

在單點時以該點為圖軸中心;

在多點時把所有點的幾何中心作為圖軸中心

完成圖軸邊際設定

調整圖軸邊際之程式流程圖*


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調整圖軸邊際之運算狀態表*


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