DOC《南京林业大学》

南京林业大学 本科毕业设计(论文) 题目:GPS定位信息显示器设计 学院:机械电子工程学院 专业: 自动化 学号:

080304228 学生姓名: 钟晨c 指导教师: 邹红艳 职称: 讲师 二O一二 年五月十八 日摘要全球定位系统(GPS)是由美国的国防部开发地一种先进的无线电导航系统.

该系统能够全天全方位的为海陆的空用户提供连续高精度的三维坐标和时间信息.其具有的诸多优点是其他导航系统所无法相提并论的.如今,GPS接收机作为一种先进的导航定位仪器,已在军事及民用领域得到了非常广泛的应用.本设计详细介绍了一种成本低,但又满足性能要求的经济型GPS接收机的方案,此方案基于单片机、GPS模块和12232液晶显示屏等硬件,并应用了C语言实现了对GPS信号的提取、显示以及基本的键盘控制等.本设计虽然比较简单,但是较为完整地完成了设计所需要求.并且经过实验测试,该接受器可以较完整地达到信息的接受与显示,做到了体积小,高精度,持续导航,并可用于个人野外旅游,出租车及航海领域. 关键词:GPS,单片机,接收机,LCD Abstract GPS is the most advanced navigation system which was developed by US Department of Defense . The system could be used in any weather condition, all day long and anyplace on the earth. It provides the land, marine and airborne users with continuous, highly accurate 3D position, velocity, time etc . Its advantages are much stronger than any other navigations . Now, GPS used as a advanced equipment on positioning has been used widely in the world. This paper has introduced in detail one kind of low-cost GPS receiver which can satisfy the performance operation requirements. This design is based on single chip computer, GPS receiver and LCD12232 monitors, and realize the GPS signal extraction, the display and basic keyboard control by using C language . After the test, the receiver has achieved GPS information receive and display. It has small size and costs lowly, it can be used in wild adventure, taxi positioning and operations at sea. Keywords : GPS , single chip computer , LCD, receiver 目录摘要1Abstract

2 前言41GPS系统简介及设计总体方案

6 1.1 GPS系统简介

6 1.2设计的主要内容

7 1.2.1任务描述

7 1.2.2 设计总体构成

7 2 系统硬件设计

8 2.1 单片机

8 2.2 GPS模块

9 2.2.1 概述

9 2.2.2 GPS-OEM与电平转换

10 2.2.3 管脚介绍

11 2.3 显示部分

11 2.3.1 显示器部分

11 2.3.2 键盘部分

13 2.4 电源部分

13 2.5 晶体振荡器

13 2.6 复位部分

14 3系统相关协议介绍

15 3.1 GPS相关协议

15 3.1.1 协议简介

15 3.1.2 数据格式

15 3.2 串行通信

17 3.2.1 异步通信特点

17 3.2.2 异步通信协议

17 3.2.3 中断

18 3.2.4 波特率的设置

18 3.3 液晶显示协议

19 3.3.1 基本操作时序

19 3.3.2 显示和控制命令

19 4 系统软件设计

22 4.1系统软件概述

22 4.2 软件程序的编写

23 4.2.1 初始化模块

23 4.2.2 数据处理模块

24 4.2.3显示器模块 -

28 - 结束语 -

30 - 致谢-31 - 参考文献-32 - 附件-33 - 前言全球定位系统(Global Positioning System,GPS)是由美国从20世纪70年代开始研制的,在1994年全面建成,以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航和定位系统.包含了27颗可以持续发送地理位置,海拔和时间信号的卫星,其中有24个正常使用,3个备用.这些卫星分布运行在6个轨道上面,一般来讲,在地面上GPS接收器可以接收5-12个卫星信号,而为了更准确地获得地面上的位置坐标,GPS导航至少需要接受4个卫星信号,其中三个是用来确定其接受的纬度,经度以及海拔高度,第四个则会提供更多的校对时间. 全球的定位系统主要由三部分构成:(1)太空卫星部分:由24颗绕极使用卫星所构成的,分成主要是6个轨道,运行在大约202200公里的高空,绕行地球一周大约需要12个小时,每一个卫星都持续着发射载有卫星轨道的数据信号及时间的无线电波,提供给地球上各种接收器来进行信号的接受.(2)地面管制部分:这主要是为了追踪及控制上述的卫星运转从而设置的地面管理站,主要工作是负责修正和维护每一个卫星正常工作的各项参数的具体数据,从而保证了每个卫星都能够提供准确的数据给地面的接收器使其良好的接受.(3)使用者接收机:追踪所有GPS卫星,并实时计算出接受器所在位置的具体坐标,移动速度和时间.我们通常所说的GPS就是第三部分. 它可以实施全天候,全球的三维定位,测速和具有授时功能的卫星系统.具有高精度,大地测量,精确授时和线路巡检车辆防盗等相关领域.而接收器是获得GPS系统服务的关键设备.目前已有从手持式到台式等数百种型号的接收机可供不同用户选择.通用接收机性能最为齐全,除了信号接收单元之外,常常还配置了有显示设备和人机对话设备,从而为用户提供了很大的方便.但GPS定位接收机价格相对昂贵且使用灵活性比较低,很难满足特定环境下的应用要求,造成资金浪费.所以,众多用户希望按照自己使用的环境和需要的性能来设计并使用具有鲜明个性的GPS信号接收机. 本文首先介绍了GPS系统的由来,发展以及其应用前景和GPS的基本概念其接收机的工作原理和定位流程.然后对单片机和其串口通信、GR87和NMEA-0183语句的数据进行了详细的解释.并设计了相应的外围电路.接着详细介绍了相关的软件设计,通过使用C语言从而实现了GPS信号的提取,显示和基本的键盘控制操作等等.经过一些测试,该设计的接收器可以达到基本的GPS信息接收处理和显示,同样也做到了外形简单,操作方便灵活,低成本,高精度,连续导航等优点,适合个人野外探险汽车探险及海上作业等各种领域.

1 GPS系统简介及设计总体方案 1.1 GPS系统简介 Ⅰ GPS由来以及发展前景 导航卫星全球定位信息系统是美国第二代的卫星导航系统,它设计初是在1973年通过美国的陆军海军还有空军三种部队一同开发研制,相互协调分工从而提出的能够取代以前的导航仪器,为军用战舰以及飞行单位和路面行驶单位等所提供的全天候,可以连续服务并且具有高精度的导航系统.系统主要由空间部分,地面监控的部分和地面接收器部分所组成.定位服务包括了精密定位服务和标准定位服务.精密定位服务需要密码设备和特殊接收器,标准定位系统主要针对普通民用用户,为全世界用户提供免费无限制地使用. 由于GPS具有了全球覆盖和精密度高,定位速度快,实时性好,抗干扰强等显著优点,近年来在国内外得到了非常广泛的使用,并在各个领域发挥了巨大的作用,拥有相当大的前景,成为了信息时代不可缺少的一部分.尤其在我国,各种GPS民用产品的开发,已经成为了经济和社会发展的必然的要求,对其使用得到将加快我国的经济和科技的大幅发展.通过这些年来对其的不断研究和对其认识的不断加深,我国的GPS的开发应用也必然会成为一颗由科技从而推动经济和社会发展的巨星.也必然会给我们的生活带来更多的方便使我们的社会更加先进和发达. Ⅱ GPS定位的基本原理 GPS定位技术所采用的原理是测量学里的最常用的测距交会法.当GPS接收器在某一个时刻接受到4颗或是更多的GPS卫星信号的导航电文,通过变频,放大以及滤波等这一类的处理过程,从而可以进行对GPS卫星信号跟踪,锁定,测量,从而便产生了计算位置的相关数据信息.其中包括:纬度,经度,高度,速度,航向,时间,日期,卫星的状况等等.并由I/O口输出串行数据. Ⅲ GPS接收器定位流程 (1)搜索可用的卫星,接受相应的卫星信号,并与卫星信号同步,提取具体的导航定位信息;

(2)从导航的信息中获得的计算位置所要用的相关信息,这些信息里应该包括时间的信息以及星历等;

(3)计算出卫星的正确的位置.其中包括计算卫星所在的高度和它的方位角,从而可以对其使用必须的对流层校正;

(4)计算出伪距,并进行相关的电离层校正等;

(5)重复上述的所有过程,对相关的卫星进行精确的计算;

(6)进行其他的校正.比如:根据信号传送到GPS接收器的所用的时间,校正由于地球旋转而导致的位置偏差;

(7)根据定位的原理,计算出GPS接收器的最初的位置,并将其转换成相应的坐标的格式对其进行显示及输出;

(8)通过添加UTC和闰秒的时间补偿从而可以算出即时的准确时间;

(9)分析有用且正确的卫星的信息,并算出最好的DOP,进行选星,并计算和更正GPS接收器所在的方位,得出GPS的即时坐标和正确的时间信息. 1.2设计的主要内容 1.2.1任务描述 GPS作为目前最先进的空间定位技术,在社会生活中发挥了越来越广泛的作用.本设计采用一个GPS定位信息显示器,能显示经纬度、时间和水平面高度等实时的信息.该系统主要利用单片机、液晶显示器和GPS OEM板的设计开发一种简易GPS定位显示器,且着重对NMEA-0183语句的数据格式以及单片机的串行通讯和液晶显示的格式进行了较为详细的描述,给出了相应的硬件电路和软件的设计. 工作要求:可以准确地进行定位,显示纬度,经度,时间,方位角等等.并通过按键,可以实现简单的复位及页面的切换工作. 1.2.2 设计总体构成 系统主要由GPS-OEM板,电平转换,89S52单片机液晶显示部分(LCD12232)组成.由于在与单片机进行通讯时电平不同故采用电平转换电路.单片机采用8052功能较为全面,具有8K系统可编程Flash存储器.由于自己也已经对该类型的单片机有了一些比较基本的了解,对其程序的汇编语言和结构也有了相关的只是储备.而使用的单片机更是由Atmel 公司制造的高密度而且不容易失去内存数据的存储器技术进行制造的.内存上Flash允许程序存储器在系统可以编程,同样也可以用在常规的编程器上.该设计较为稳定,性能高,低功耗.显示器采用LCD12232,供应低压范围宽,4*8位显示的单色液晶显示器,即可满足要求,又经济实惠.可以实现最终的设计要求,故采用该设计方法进行设计.

2 系统硬件设计 本课题要求研制的GPS接收器要具有接受和处理,显示信息,键盘操作,........