基于GPS模块便携式面积测试仪.doc

基于GPS模块便携式面积测试仪.doc基于GPS模块便携式面积测试仪
（作者：卓临 发表时间：2014年“月） 论文关键词：农田面积测量仪GPS精细农业
论文摘要：全球定位系统在精细农业中起着十分重要的作用， 本文利用GPS的定位功能，研制了农田面积快速测量仪。测量仪由 低成本的GPS模块、单片机数据采集板、健盘及LCD显示等组 GPS定位信息的获取技术，多边形农田面积的计算方法， 测量仪软硬件的设计原理等。试验结果表明测量仪能够快速刚量任意 形状农田的面积，相对测量误差小于2%,并且农田面积愈大，测 量的相对精度愈高。
农田面积是农业生产管理中最基础的数据之一，田块的大小直 接决定了种子、化肥、农药等生产资料的投人量，也是农业机械进行 田间作业计算工时和收费的主要依据。传统的农田面积大多使用皮尺 测量，简单实用，但只适合于小面积的矩形状田块，对于大面积的田
块，则费时费力，易出差错，并且难以测量不规则田块的面积GPS 全球卫星定位系统能够提供实时的经度、纬度、高程等导航和定位信 息，是支撑精细农业实践的核心技术之一。利用GPS的定位功能， 能够测量农田各个点的坐标，从而为通过数学方法计算农田的距离、 面积等数据提供了可能。本文采用低成本的GPS模块研制了便携式 农田面积测量仪，实现对任意形状田块的面积进行快速的GPS定位 测量。
1 GPS定位信息的获取
通过GPS接收机就可以获得GPS的定位信息。常用的GPS 接收机可分为测量、导航、掌上机、OEM板等多种类型，其性能和 价格差别很大，如美国Trimble公司生产的AgGPS332是差分型 GPS接收机，具有亚米级的定位精度，在精细农业中应用相当广泛， 但价格较高，体积大、功耗高，不适合用于便携式仪器。为了便于携 带大多采用GPS模块（OEM板）进行二次开发接收机。
GPS模块支持NMEA-0183标准，可通过RS-232C串行口输 出定位信息，NMEA-0183语句是一组由ASCII字符组成的字符串， 以“ $”字符开头，以回车换行符结束，中间为数据段及校验和，数 据段之间以逗号分隔。GPS块能够输出多种格式的NMEA语句如 $GPGGA, $ GPGLL,$ GPZDA, $ GPRMC等，不同的语句包含不同 的GPS信息。
在农田面积定位测量中采用了推荐的$ GPRMC语句格式。
$ GPRMC语句中包含了常用的GPS定位信息，如经度、纬度、速 度、日期、时间、接收机状态等。该语句共由75字符组成，各个数 据段在语句中的位置是固定的，如纬度数据位于字符串的第19至27 字节，经度数据位于第31至40字节。读取相应区域的数据即可得 到所需的定位信息，然后将经纬度字符串转换成数字，再进一步计算 距离或面积。
2面积就算方法
手持GPS接收机沿农田的边界绕行一周，可测量到一组由多 个点组成的定位数据，按时间次序依次记为(X1,Y1 ), (X2,Y2 )，…,(Xn,Yn),其中X表示经度，Y表示维度。将这些点 依次连接线，则构成有n个顶点的多边形。
由于地球是一个椭球，为了精确计算距离或面积，一般采用投 影的方式转换成平面坐标。然而投影法计算十分复杂，难以在单片机 中实现。为了简化计算，我们将地球视为正球体。农田测量中的距离 较短，面积较小，通常4、于1km ,因此由于简化带来的误差