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1、基于单片机的GPS定位系统设计 作者： 日期：基于单片机的GPS定位系统设计摘 要GPS是全球定位系统英文名词Global Positioning System的缩写。该系统是美国布设的第二代卫星无线电导航系统。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。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。本设计是基于AT89C51单片机来实现的简易GPS定位信息显示系统。本控制系统主要完成接受数据、时间显示、经度显示、纬度显示等常规功能。此方案基于单片机、GPS模块和12
2、864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信息的接收以及显示，可以做到体积小、精度高、连续导航，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定位系统，单片机，液晶显示屏 DESIGN OF GPS RECEIVER BASED ON 51 SINGLE CHIP COMPUTERABSTRACTGPS is the abbreviation of the English term Global Positioning System global positioning s
3、ystem. The system is the United States laid the second generation satellite radio navigation system. It can provide users with continuous, real-time, global, round-the-clock, high precision three dimensional coordinates, three velocity and time information. Aimed at targets on the ground and in the
4、air around the world an accurate positioning and monitoring. Now, as an advanced GPS receiver navigation and positioning equipment, has a wide range of applications in military and civilian areas.This design based on the AT89C51 microcontroller is used to implement a simple GPS positioning informati
5、on display system. This control system is mainly done to accept the data, time display, latitude, longitude, and other routine functions. This program is based on single-chip, GPS module and 12864 LCD display, hardware, c language implementation and application of the GPS signal extraction, display
6、and keyboard control of basic operations. Practice tests, this receiver can receive and display the basic GPS information. small size, high accuracy, continuous navigation can be done, and can be widely applied to individuals in the wild tour adventure, hire car positioning and operations at sea, an
7、d other areas.KEY WORDS: GPS positioning system, microcontroller, LCD display目录前言1第1章 GPS系统简介31.1 GPS的由来及发展31.2 GPS定位系统的基本原理31.3 GPS模块定位流程41.4 本设计的主要工作4第2章 系统硬件设计52.1 单片机52.1.1 AT89C51单片机的结构原理62.1.2 AT89C51单片机的主要特性72.2 GPS模块72.2.1 概述72.2.2 主要技术参数及产品特点82.2.3 管脚介绍及与单片机的接口电路82.3 显示部分102.3.1 LCD12864概述1
8、12.3.2 基本特性122.3.3 模块接口说明12第3章 系统软件设计143.1 系统软件概述143.2 软件程序的编写143.2.1 初始化模块153.2.2 数据接收处理模块15第4章 系统调试174.1 硬件调试174.2 软件调试174.3 系统测试结果18结论20谢 辞21参考文献22附录24外文资料翻译44前言GPS卫星导航全球定位系统问世以来，在导航、定位领域发展势头迅猛，引起世界各界人士的关注。具备高精度、全天候、全球覆盖、高效率、多功能、操作简便等特点。广泛应用于地面车辆跟踪和城市智能交通管理方面。车载GPS系统配合电子地图，适时掌握自己的方位与目的地，对锁定目标进行跟踪
9、、监控，从而达到防御、求援之目的。满足对机动车辆的指挥、调度、管理、监控、导航、通讯等需求。改变了人们的工作方式，提高了工作效率，带来了巨大的社会效益和经济效益。随着人们对运输载体的监控、跟踪以及智能化管理要求的提高，GPS在中国即将进入爆发性发展阶段，蕴藏着巨大的发展空间。GPS系统包括三大部分：空间部分GPS卫星星座；地面控制部分地面监控系统；用户设备部分GPS信号接收机。GPS系统通过使用来自多个卫星的信号来确定地面或近地面任何位置的移动接收机的位置。我国的卫星定位技术综合了GPS卫星导航全球定位，GSM全球数字蜂窝移动通信，GIS地理信息，计算机网络技术全方位的技术应用。利用GPS卫星
10、信号接收机，跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，测量传播时间，解译导航电文。接收机24h不间断地接收卫星发送的数据参数，算出接收的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大
11、的作用。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。本文首先介绍了GPS系统由来及其发展、基本概念、GPS接收机的工作原理及接收机定位流程
12、。然后对单片机及其串口通信、M-87及其NMEA-0183语句的数据格、液晶显示器进行了详细论述，并且设置了所需的外围电路。接着详细地介绍了该GPS接收机的软件设计过程。通过C语言实现了GPS信号的提取、显示等。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，可以做到方便灵活、优质价廉、精度高、连续导航、抗干扰能力强，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。 第1章 GPS系统简介1.1 GPS的由来及发展导航卫星定时测距全球定位系统(Navigation Satellite Timing and Ranging Global Position System
13、GPS)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)。PPS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,已成为信息时代不可缺少的一部分。各种GPS民用产品的开发,
14、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。1.2 GPS定位系统的基本原理每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少4颗卫星的数据时，通过变频、放大、 滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定和测量,从而产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
15、出串行数据。1.3 GPS模块定位流程（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(Dilution of Precision)，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。1.4 本设计的主要工作本文的主要目的
