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1、毕业设计论文 基于 ARM 的 GPS 测量数据接收系统的设计与实现 中文摘要 目前 GPS 已经在生产、生活等领域得到广泛地应用。GPS 不仅能够提供接收机 的三维位置信息，而且随着电子技术的发展其测量的精度得到很大的提高，使得 GPS 在现代测绘工作中发挥着重要作用。本文研究的设备用于高精度地理位置信息 的测量，设备要求测量时间 45 分钟以上，测量距离 10 公里以内的两个点之间相对 精度能够达到毫米级，该设备可应用于地质勘探、测绘等方面。 GPS 经过多年的发展，已向多媒体、高精度、实时性等方向发展。嵌入式 ARM 具有功能强、功耗低、先进的嵌入式操作系统等优点，能够满足 GPS 的发
2、展要求， 因此 ARM 与 GPS 相结合成为现代 GPS 设备的发展趋势。 本课题基于地质勘探与测绘对地理位置信息的需要，分析了当前基于单片机系 统的 GPS 在测绘工作中的局限性，分析了 ARM 的功能及特点，设计了基于 ARM 的 GPS 测量数据接收系统。本文从系统组成、前端数据采集原理、方法到采集数据后 的数据分析、计算、结果评定等方面进行了详细的阐述，给出了系统各组成部分的 电路原理图及系统控制软件说明等，为测试的工程化做了有益的尝试。 本文以高性能 32 位 ARM9 处理器 S3C2440A 为核心，以 ALLSTAR 测量型 GPS 芯 片为数据来源，搭建了适用于 GPS 数
3、据采集的硬件系统。详细分析了系统的工作原 理及其具体电路。在这个硬件系统的基础上采用 Wince.NET 5 作为操作系统，进行 了系统软件工作流程的设计工作。 本文使用 Visual Studio 2008 软件开发工具，根据数据编码、通信及存储原理编 写了主机数据采集程序，然后根据 GPS 定位原理及计算技术编写了数据分析软件。 该系统的研究开发工作是在实践的基础上完成的，充分利用了 S3C2440A 芯片提 供的资源，具有高性能、高可靠性、低功耗、低成本的优点，在数据采集速度、稳 定性、存储空间等方面都有较大提高，对提高测绘工作的质量具有较高的实用价值， 可广泛应用于高精度地理位置信息的
4、测量。 关键词：ARM, GPS, 测绘, 导航, 静态测量 Design and Realization of the GPS Measurement Data Rece-iving System Based on ARM Abstract GPS is widely applied in the fields of production and daily life at the moment. It can not only provide three-dimensional position of the receiver, but also improve the accuracy
5、of measuring with the development of electronic technology. Therefore GPS is playing an important role in modern surveying and mapping work. This paper presents an electronic instrument which could be used in high precision location information survey. It requires the relative accuracy in millimeter
6、s of the measurement between the 2 points which have a 10-km distance or a more than 45-meter measuring time. The device can be used in geological prospecting, mapping and so on. After years of developing, GPS has tendencies of multi-media, high-precision, real- time direction, etc. Embedded ARM wit
7、h powerful functions, low power consumption, advanced embedded operating system can meet the requirements of GPS. Therefore, the combination of ARM and GPS has become the trend of modern GPS device. On the basis of the geological exploration and mapping needs to the location information, the essay a
8、nalyses the limitations of the current GPS based on SCM systems in the mapping work and the functions and features of ARM. On which it designs the GPS measurement data rece-iving system. The paper explains in details the system components, method and principle of front-end data collection, data anal
9、ysis, calculation, assessment of results of GPS. In addition, it presents the parts of system schematic diagram and system control software instructions and so on, which takes a useful attempt for test engineering. With the high-performance 32-bit ARM9 processor S3C2440A at the core, ALLSTAR measure
10、ment-GPS chip as data sources and the hardware system suitable to GPS data acquisition. The paper analyses the working principle of the system and its specific circuit. Based on the hardware, the system designs the workflow of the system software with Wince.NET 5 operating system. With Visual Studio
11、 2008, the author writes the host data acquisition program according to data coding, communication and storage principles, and then under the principle of GPS positioning and calculation of technical, writes data analysis software. The research and development of the system is based on practice, whi
12、ch makes full use of the S3C2440A chip, has been proved advantages of high reliability, high stability, low consumption and low cost. It improves considerably in the speed of data acquisition, stability, storage space and so on. Furthermore, it plays an important role in improving the quality of map
13、ping work, which can be widely used in high-precision location information measurements. Keywords：ARM, GPS, Surveying and Mapping, Navigation, Static Measurement 目 录 第一章第一章 概述概述1 1.1 选题依据及研究意义1 1.2 国内外研究现状及发展1 1.3 主要研究内容3 第二章第二章 嵌入式系统与全球定位系统嵌入式系统与全球定位系统4 2.1 ARM 硬件开发平台 4 2.1.1 ARM 处理器的体系和结构4 2.1.2 基
14、于三星 S3C2440A 处理器的开发平台.5 2.2 ARM 操作系统 8 2.2.1 常见的 ARM 操作系统8 2.2.2 Wince.NET 59 2.3 全球定位系统（GPS）简介 11 2.4 GPS 接收机接收部分等核心部件13 2.4.1 GPS 接收天线 .13 2.4.2 GPS 芯片（OEM 板）14 2.4.3 GPS 芯片数据协议 .15 第三章第三章 GPS 测量数据接收系统设计方案测量数据接收系统设计方案.17 3.1 总体设计17 3.2 测量原理18 3.2.1 系统硬件设计概述.18 3.2.2 系统软件设计概述.22 第四章第四章 系统硬件设计系统硬件设计
15、24 4.1 核心处理模块24 4.1.1 底板电源电路25 4.1.2 CPU 控制.26 4.1.3 存储电路.27 4.1.4 接口转换电路.29 4.1.5 显示电路.30 4.1.6 键盘.32 4.2 GPS 数据模块33 4.2.1 GPS 数据模块电源电路 .33 4.2.2 OEM 接口板34 第五章第五章 系统软件设计系统软件设计36 5.1 下位机软件设计36 5.2 上位机软件设计37 第六章第六章 数据处理及分析数据处理及分析44 6.1 数据处理原理44 6.2 动态数据处理45 6.2.1 动态数据计算原理.45 6.2.2 动态数据计算流程.47 6.3 静态数
16、据处理48 6.3.1 静态数据处理原理.50 6.3.2 GPS 相对定位 .51 6.3.3 静态数据计算案例.52 第七章第七章 结论与展望结论与展望57 7.1 全文研究工作总结57 7.2 进一步工作的方向57 参考文献参考文献59 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文攻读硕士学位期间公开发表的学术论文61 致致 谢谢62 第一章 概述 1.1 选题依据及研究意义 测绘工作在国民经济建设、科学研究、国防建设及社会发展中都发挥着重要的 作用，它是利用测量仪器测定地球表面自然形态的地理要素和地表人工设施的形状、 大小、空间位置及属性等，对空间数据进行分析、管理、存储和显示等的综合应用1。 在测绘工作中，测绘工作与测量仪器的发展息息相关。随着电子技术的快速发展， GPS（Global Positioning System 全球定位系统）的发展趋势是：精度高、功耗低、 重量轻、操作简单、集成多种功能、海量数据存储与处理。自从 GPS 引入到测绘工 作中后，给整个测绘系统带来了一场变革。 本系统的主要功能是获取地理位置坐标数据，经处理和存储，实现实时导航定 位，而存储的包含原始测
