基于51单片机的GPS定位系统.docx

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1、基于51单片机的GPS定位系统全球定位系统(GPS)是由美国国防部开发的一种先进的无线电导航系统。该系统能够全天候、全方位的为海陆空用户提供连续的、高精度的三维坐标、三维速度和时间等信息。它所具有的诸多优点是其他导航设备所无法比拟地。现在，GPS接收机作为一种先进的导航和定位仪器，已在军事及民用领域得到广泛的应用。本设计详细介绍了一种成本低又能满足性能使用要求的经济型GPS接收机的设计方案。此方案基于单片机、GPS模块和1602液晶显示屏等硬件，并应用C语言实现了GPS信号的提取、显示及基本的键盘控制操作等。经过实践测试，这种接收机可以达到基本GPS信息接收以及显示，可以做到体积小、精度高、连

2、续导航，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。关键词：GPS；单片机；上位机；1CD1602ABSTRACTG1oba1PositioningSystem(GPS)isthemostadvancedradionavigationsystemwhichwasdeve1opedbytheU.SDepartmentofDefence.Thesystemcanbeusedunderanyweatherconditions,a11day1ongandanywhereontheearth.Itcanprovide1and,marineandairborneuserwithconti

3、nuous,high1yaccuratethree-dimensionposition,ve1ocity,timedataetc.Ithasvariousadvantagesthatareunexamp1edotherkindofnavigationequipment.NowGPSreceivers,asatypeofadvancedequipmentonnavigationandpositioning,havebeenwide1yusedinbothmi1itaryandcivi1fie1d.Thisdesignintroducedindetai1onekindof1ow-costecono

4、myGPSreceiversdesignproposa1whichcansatisfytheperformanceoperationrequirements.Thisp1anisbasedonsing1echipcomputerGPSand16021iquidcrysta1disp1aymonitors,andhasrea1izedtheGPSsigna1extraction,thedemonstrationandthebasickeyboardcontro1operationandsoonusingtheC1anguage.Bypractica1measurement,thereceiver

5、canachieveGPSinformationreceiveanddisp1ay.Ithassma11sizeand1owcost,canbeusedinwi1dadventuretourism,taxipositioningandoperationsatsea.KEYWORDS:GPS;MCU;PC;1CD1602前言3第1章GPS系统简介及设计方案选择41.1 GPS系统简介41.1.1 GPS由来及发展41.1.2 GPS定位基本原理41.1.3 GPS接收机定位流程51.1.4 任务的描述51.2 设计方案选择61.2.1 方案一61.2.2 方案二6第2章系统硬件设计72.1 单片

6、机72.2 GPS模块72.2.1 概述122.2.2 主要技术参数错误!未定义书签。2.2.3 管脚介绍错误!未定义书签。2.3 显示部分152.4 电源部分212.5 晶体振荡器222.6 键盘部分22第3章系统相关协议介绍243.1 GR-87协议243.1.1 协议简介243.1.2 数据格式243.2 串行通信253.2.1 异步通信特点253.2.2 异步通信协议253.2.3 中断263.3 液晶显小协议3.3.1 基本操作时序,3.3.2 显示与控制命令第4章系统软件设计4.1 系统软件概述4.2 软件程序的编写4.2.1 初始化模块.4.2.2 数据处理模块4.2.3 人机对

7、话模块4.3 代码实现结论谢辞参考文献2929303232333333错误!未定义书签。36373839错误!未定义书签。外文资料翻译“，a刖百GPS主系统是美国发射运行的卫星系统，包含了27颗能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星，24个正常使用，3个备用，这些卫星平均分布运行在六个轨道上。一般来说，在地面上的GPS接收器能接收512个卫星信号，而为了获得地面上的定位坐标，GPS导航至少需要4个卫星信号，三个用来确定GPS接收器的纬度、经度和海拔高度，第四个则提供同步校正时间。全球定位系统由三部分构成：太空卫星部份：由24颗绕极使用卫星所组成，分成六个轨道，运行于约20230公里的高空，

8、绕行地球一周约12小时。每个卫星均持续着发射载有卫星轨道数据及时间的无线电波，提供地球上的各种接收机来应用。地面管制部份：这是为了追踪及控制上述卫星运转，所设置的地面管制站，主要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数数据，以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收。使用者接收机：追踪所有的GPS卫星，并实时地计算出接收机所在位置的坐标、移动速度及时间，各种蓝牙GPS即属于此部份。我们通常所说的GPS,就是第3部分。它可以实时提供全天候、全球性的三维定位、测速与授时功能的卫星系统，具有测量精度高、速度快、用户数量不限、抗干扰能力强等一系列优点，除了可用于军事领域外，还可以

9、广泛用于工农业生产、交通运输、野外探险等领域。自20世纪90年代GPS系统向全世界免费开放以来，GPS系统已广泛应用在导航、大地测量、精确授时、线路巡检及车辆防盗等领域。接收机是获得GPS系统服务的关键设备，目前已有从手持式到台式数百种型号的接收机可供用户选择。通用接收机功能齐全，除了信号接收单元外，往往还配置有显示单元和人机对话设备。这一方面为用户提供了极大的方便但GPS定位接收机价格比较昂贵而且使用灵活性低，难以满足特定条件下的应用需求，造成了资金浪费。因此，众多用户期望按照自己的使用环境和性能要求设计和使用个性化的GPS定位接收机。1GPS系统简介及设计方案选择1.1 GPS系统简介1.

10、1.1 GPS由来及发展导航卫星定时测距全球定位系统（NavigationSate11iteTimingandRangingG1oba1PositionSystemGPS）是美国第二代卫星导航系统。它在1973年底由美国陆海空三军等单位协调分工提出的能取代旧式的导航设备，为军用舰船、飞机车辆等用户提供全球全天候、连续实时服务的高精度三维导航系统。系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。定位服务包括精密定位服务（PPS）和标准定位服务（SPS）oPPS授权的精密定位系统用户需要密码设备和特殊的接收机。SPS对于普通民用用户，供全世界用户免费、无限制地使用。由于GPS具有全球覆盖以及精度

11、高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等特点，近年来在国内外得到广泛的应用，在各个领域发挥了极大的作用，已成为信时代不可缺少的一部分。各种GPS民用产品的开发，已是经济和社会发展的必然要求，其前景将会非常广阔和光明，尤其是在我国，通过这些年来对它认识不断加深，我国的GPS开发应用也一定会以科技力量推动经济和社会发展的一颗巨星，对我国的经济和社会的发展产生重大的影响。1.1.2 GPS定位基本原理GPS定位技术的基本原理是采用测量学中通用的测距交会方法.GPS接收机在某一时刻接收到4颗以上的GPS卫星信号导航电文，通过变频、放大、滤波等一系列处理过程，实现对GPS卫星号的跟踪、锁定、测量，从而产

12、生计算位置的数据信息（包括：纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等），经由I/O口输出串行数据.1.1.3 GPS接收机定位流程1 .搜索可用卫星，接收卫星信号，与卫星信号同步，提取导航电文信息；2 .从导航电文中获取计算位置所需的信息，这些信息应该包括时钟信息和星历等数据；3 .计算卫星的准确位置，这包括计算卫星的高度和方位角，从而进行必要的对流层校正；4 .计算伪距，并进行电离层校正等；5 .重复上述过程，对所有可用卫星进行相应的计算；6 .进行其他必要的校正，例如根据卫星信号到达GPS接收机的时间，校正地球旋转所造成的卫星位置的偏差；7 .根据定位原理，计算出GPS接收机的

13、初始位置，并将其转换成所需的坐标格式进行显示或输出；8 .加入闰秒和UTC(标准世界时)时间补偿计算当前精确的时间；9 .分析可用卫星的信息，计算最好的DoP(DiIUtionofPrecision),进行选星，并计算和修正GPS接收机的位置，给出GPS接收机的三维坐标和准确的时间信息。1.1.4任务的描述我们针对全球定位系统GPS,自行研制了一套GPS接收机，具有接收、处理、显示信息能力并能进行键盘操作。本设计着重对NMEA-0183语句的数据格式、单片机串行通信、液晶显示格式进行了详细论述，同时给出了硬件电路和软件设计。工作要求：准确地进行定位，显示出纬度、经度、速度、时间、方位角、天空中

14、的卫星总数以及使用的卫星数。通过按键可以进行复位与页面切换功能。1.2.1 方案一系统由GPS-OEM板、电平转换电路（MAX232）、控制电路（8051单片机）、显示部分（SEDI335彩色液晶显示器）组成。但在和单片机进行串行通信时由于电平不同，必须附加电平转换电路（MAX232）而且价格比较昂贵。单片机采用8051功能全面，但其内部RoM一般是掩膜ROM,不可更新改写。SED1335彩色液晶显示器其有效显示点阵为320240,显示颜色为4色，但根据我们设计要求，单色显示完全可以。故不采用。1.2.2 方案二系统由GPS模块（GR-87）、控制电路（89C51单片机）、显示部分（SMCI6

15、02液晶显示器）组成。HO1UXGR-87是一个高性能，低功耗，小型的并且很容易联合的GPS模块。该芯片每次将跟踪12枚卫星，应用广泛。而且不用附加电平转换电路，可以直接与单片机进行串行通信。单片机采用89C51,其功能完全可以满足设计要求，而且相对于8051,其内部ROM是F1ASH-ROM,可多次更新改写，价格也便宜。1602字符型液晶模块是一种用5x7位图形来显示字符的单色液晶显示器，显示2行16个字，可以满足设计要求而且经济实惠。可以看出方案二更加实用，根据现实生活的需要，设计采用此方案。2系统硬件设计课题要求研制的GPS接收机要具有接收、处理、显示信息、键盘操作，硬件上必须有相应的接收处理部分、显示部分和配置输入部分。同时需要处理器实现各部分功能的联结。由于单片机集成度高，系统结构简单，价格低廉，同时技术成熟，处理器部分使用单片机实现。本课题设计的硬件系统主要由：单片机、GPS模块、显示部分等组成。如图2-1所示：图27系统框图2.1单片机2.1.1单片机概述STC89C52是51系列单片机的一个型号，它是STC公司生产的。STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的F1ash只读程序存储