《GPS高度测量课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS高度测量课程设计（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沈阳航空航天大学课 程 设 计 报 告课程设计名称：物联网综合课程设计课程设计题目：高度测量 院（系）：计算机学院专 业：计算机科学与技术（物联网技术方向）班 级：34010105学 号：2013040101216 姓 名：蔡新建指导教师：张维君 说明：结论（优秀、良好、中等、及格、不及格）作为相关教环节考核必要依据；格式不符合要求；数据不实,不予通过。报告和电子数据必须作为实验现象重复的关键依据。学术诚信声明 本人声明：所呈交的报告（含电子版及数据文件）是我个人在导师指导下独立进行设计工作及取得的研究结果。尽我所知，除了文中特别加以标注或致谢中所罗列的内容以外，报告中不包含其他人己经发表或撰
2、写过的研究结果，也不包含其它教育机构使用过的材料。与我一同工作的同学对本研究所做的任何贡献均己在报告中做了明确的说明并表示了谢意。报告资料及实验数据若有不实之处，本人愿意接受本教学环节“不及格”和“重修或重做”的评分结论并承担相关一切后果。 本人签名: 日期： 年 月 日沈阳航空航天大学课程设计任务书课程设计名称物联网综合课程设计专业计算机科学与技术(物联网技术方向)学生姓名蔡新建班级34010105学号2013040101216题目名称高度测量起止日期2016年12月19日起至2017年1月13日止课设内容和要求：一 课程设计内容1. 采集GPS模块的信息；2. 将高度信息传送到计算机； 3
3、. 在计算机上显示高度信息。二 课程设计要求1 认真查阅相关资料；2 独立设计，调试并通过指导老师现场验收；3 撰写课程设计报告 ；参考资料：1 青岛东合信息技术有限公司. 无线传感器网络技术原理及应用M. 西安：西安电子科技大学出版社，20132 凌阳爱普科技有限公司. 物联网多网技术综合教学开发平台实验指导书M，20133 王小强，欧阳俊，黄宁淋. ZigBee无线传感器网络设计与实现M. 北京：化学工业出版社，2012教研室审核意见：【 】同意立题，【 】不同意 教研室主任签字：指导教师（签名）2016年12月19日学生签名2016年12月19日课程设计总结： 本次课设中主要用到了Lin
4、ux操作系统的基本操作、嵌入式C语言的编程、数据通信等知识，虽然以前修过相关课程，但是没有应用到实际实践中，通过查阅相关资料和网络论坛的讲解，我对原来学的知识有了更深刻的理解。最终在老师的指导和同学的帮助下，如期完成了课程设计内容。本次课程设计是与GPS相关的物联网技术，本学期曾选修过一门GPS课程，因为是选修课所以学的并不好，现在通过课程设计使自己对GPS的相关知识更加了解，同时在查阅相关资料的同时，还翻看了一些关于中国北斗卫星系统的知识，心中有一种自豪感，为我伟大的祖国感到自豪。本次课程设计使用的源代码是在课上实验代码的基础上进行编写的，通过查看CSDN上的相关博客，是自己慢慢理解代码并进
5、行了修改。开始的时候代码运行总是不能出现预期结果，相似课设题目的同学猜测是实验箱的问题，也有说是GPS模组的问题，后来我们一步一步的调试，跟换实验箱和GPS模组，最终实现了课设要求的功能，在整个过程中最大的收获就是遇到困难要不断的想解决方案，一步一簇进行调试排除问题，而不是放弃。在整个课设中，不仅加深了对已修课程的理解，也增强了动手实践能力，同时体会到了编程调试过程中的快乐。 目 录学术诚信声明I第1章 总体设计方案11.1 课程设计的内容和要求11.2 课程设计原理11.2.1 GPS原理叙述：11.2.2 NMEA格式解释31.2.3GPS模组电路41.3 课程设计思路6第2章 详细设计方
6、案72.1 课程设计环境搭建72.1.1 Ubuntu 10.10 的安装72.1.2通过网线和串口将PC和A8实验箱进行连接82.1.3 GPS模块的连接102.1.4软件设计与实现102.2 实施方案12第3章 调试及结果分析143.1 调试143.1.1 软件测试143.1.2 硬件调试143.2 结果14附 录（关键部分程序清单）16第1章 总体设计方案1.1 课程设计的内容和要求1.1.1课程设计内容：1. 文献检索，查阅资料了解凌阳A8实验箱和GPS模块的相关知识；2. 通过GPS模块采集相关的信息；3. 将NMEA回传给凌阳实验箱；4. 通过超级终端将解析出来的高度信息显示在计算
7、机上。1.1.2课程设计要求：1. 认真查阅相关资料；2. 独立设计，调试并通过指导老师现场验收；3. 撰写课程设计报告。1.2 课程设计原理1.2.1GPS原理叙述： GPS（全球定位系统）是美国从本世纪 70 年代开始研制，历时20 年，耗资 200 亿美元，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS 在空间中有21颗工作卫星3颗备用卫星，在地面上有1 个主控站， 3 个注入站， 5 个监测站组成，用户通过设备接收GPS卫星发射的卫星信号获得导航和定位信息，经过数据解析和处理获取高度，经纬度等信息。GPS 具有如下特性：1) 全球，全天候工作：能为用
8、户提供连续、实时的三维位置、三维速度和精密时间。不受天气的影响。2) 定位精度高：单机定位精度优于 10 米；采用差分定位精度可达厘米或毫米级。3) 功能多，应用广：目前已广泛应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等学科领域。GPS 由三个独立的部分组成：空间部分：21 颗工作卫星，3 颗备用卫星。地面支撑系统：1 个主控站，3 个注入站，5 个监测站。用户设备部分：接收 GPS 卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS 接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。图 GPS全球定位示意图G
9、PS 定位的基本原理：根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。假设 t 时刻在地面待测点上安置 GPS 接收机，可以测定 GPS 信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等数据可以确定以下四个方程式：上述四个方程式中待测点坐标 x、y、z 和 V t0 为未知参数，其中 di=cti (i=1、2、3、4)。di (i=1、2、3、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 到接收机之间的距离。ti (i=1、2、3、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 的信号到达接收机所经历的时间。c 为 GPS 信号的传播
10、速度（即光速）。四个方程式中各个参数意义如下：x、y、z 为待测点坐标的空间坐标。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星3、卫星 4 在 t 时刻的空间坐标，可由卫星导航电文获得。Vti (i=1、2、3、4) 分别为卫星 1、卫星 2、卫星 3、卫星 4 的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto 为接收机的钟差。由以上四个方程即可计算出待测点的坐标 x、y、z 和接收机的钟差 Vto 。1.2.2 NMEA格式解释GPS模块返回的位置信息是按照NMEA 协议格式，NMEA是一套定义接收机输出的标准信息，有几种不同的格式，每种都是独立相关的ASCII格式，逗
11、点隔开数据流，数据流长度从30-100字符不等，通常以每秒间隔选择输出，通常的的格式为GP开头，它包含了定位时间，纬度，经度，高度，定位所用的卫星数，其他的有速度，跟踪，日期等。NMEA-0183协议定义的语句非常多，但是常用的或者说兼容性最广的语句只有$GPGGA、$GPGSA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL等，说明如下： $GPGGA（定位信息）eg:$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,0000*1FGPGSA（当前卫星信息）eg:$GPGSA,A,3,01,20,19,13,40.
12、4,24.4,32.2*0A$GPGSV(可见卫星信息)eg:$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,13,32,252,45*70$GPVTG（地面速度信息）eg:$GPVTG,89.68,T,M,0.00,N,0.0,K*5F$GPGLL（地理定位信息）$GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D其中GPGGA的格式如下：$GPGGA,M,M,*hh UTC时间，hhmmss（时分秒）格式 纬度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） 纬度半球N（北半球）或S（南半球）
13、 经度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也将被传输） 经度半球E（东经）或W（西经） GPS状态：0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，6=正在估算 正在使用解算位置的卫星数量（0012）（前面的0也将被传输） HDOP水平精度因子（0.599.9） 海拔高度（-9999.999999.9） 地球椭球面相对大地水准面的高度 差分时间（从最近一次接收到差分信号开始的秒数，如果不是差分定位将为空） 差分站ID号00001023（前面的0也将被传输，如果不是差分定位将为空）1.2.3GPS模组电路GPS 模组的电路如下图所示，该模组采用 APM7101 主芯片，它集成了 SiRFstar
14、III GPS 处理器，LNA 电路，SAW 滤波器，振荡和校准电路；模组引出了 UART 通信接口和复位接口。图 GPS模组电路图GPS 模组具有以下特性：1. 20 个通道接收2. 弱信号下快速 TTFFs（Time to First Fix）3. 两个 UART 收发通道4. 接收灵敏度可达-159dBm5. 支持 NMEA-0183 和 SiRF 协议6. 支持 SBAS（WAAS、EGONS）GPS 模块带有一个 10 针的接口，该接口可以直接和 MCU 相连接或者通过 RS232 转换模块和PC 机相连接使用。GPS 模块需通过 MCU 向 GPS 模块的 RST（Pin2）引脚输入如图所示的上电时序 GPS 才能被启动，启动后 GPS 的信号指示灯会周期闪烁。图 GPS模块启动时序图GPS 启动后会间隔一定时间返回一次接收信息，其返回信息包括：GGA(1sec) / GSA(1sec) / MC(1sec) / GSV(5sec)，通常我
