基于gps定位的车辆轨迹记录仪设计

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1、Jerry设计要求设计内容本设计主要通过单片机实现对车辆综合数据的实时记录功能，当车 辆断电保存当前记录。系统通过GPS定位模块获得实时坐标并进行记录 ，将记录以KML文件格式保存在SD卡中。并且实时显示车辆航向，加 速度，海拔等辅助信息。设计实现功能 1)通过GPS模块获取当前经纬度坐标、海拔 、航向 ； 2)通过加速度传感器计算出车辆水平面加速度； 3)将经纬度坐标以KML文件格式进行保存； 4)将记录保存到SD卡中； 5)显示加速度、航向海拔数据。设计实现功能 1)系统工作电压DC12V ； 2)工作温度-30 60 。89C52 单片机GPS 接收模块复位电路振荡电 路天线LCD160

2、2 液晶显示模块SD卡模块电源模块掉电延时模块加速度传感器模块GPSGPS概念GPS(Global Positioning System)is a constellation system of twenty-nine earth- orbiting satellites that were originally designed by the US military in the 1970s as a navigation system.GPS组成空间部分：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空间部分GPS卫星星座由21颗工作卫星+3颗在轨备用卫星组成

3、。24颗卫星均匀分布在6个 轨道平面内，高度20200km，轨道倾角是55 ，相邻轨道平面相距60 ， 每个轨道平面内相邻卫星之间相距90 ，同一轨道上的卫星超前西边相 邻轨道上相应卫星30 。 卫星定位原理(概述)3颗卫星可以确定大概位置，如果为提高精度和获得精确的高度信 息，则需要4颗或4颗以上的卫星。由于GPS接收机内部时钟偏差，三个 球体不能交于1点，接收机必须调整球体大小以确定实际位置。GPS地面控制部分GPS地面监控系统 监测站(5个)： 观测每颗卫星并向主控站提供数据 主控站(1个)： 采集并根据监测站传送的数据计算每颗卫星的星历、时钟校正量 、和状态参数等，并按相应格式编辑成导

4、航电文传送至注入站 注入站(3个)： 将导航电文发送至每颗卫星，再由卫星将导航电文发送给用户GPS用户设备部分GPS信号接收机GPS信号接收机根据一定卫星高度截止角选择待测卫星并捕获卫星信 号，跟踪卫星运行，转换、放大和处理捕获到的GPS信号，从而可以得到 卫星到GPS接收机天线的传播时间，根据解译的导航电文计算观测站的实 时时间、三维位置和三维速度。GPS信号载波测距码载波L1(1575.42MHz):发送C/A码 载波L2(1227.60MHz):发送P码 C/A码(1.023MHz，民用):捕获、锁定和测量 P码(10.23MHz，军用):精确测定从GPS卫星到用户GPS接收机距离导航电

5、文(50MHz)遥测字、转换字 第13个数据块GPS定位原理P1=|r1-ru|+c*t=sqrt(X1-xu)2+(Y1-yu)2+(Z1-zu)2)+ c*t P2=|r2-ru|+c*t=sqrt(X2-xu)2+(Y2-yu)2+(Z2-zu)2)+ c*t P3=|r3-ru|+c*t=sqrt(X3-xu)2+(Y3-yu)2+(Z3-zu)2)+ c*t P4=|r4-ru|+c*t=sqrt(X4-xu)2+(Y4-yu)2+(Z4-zu)2)+ c*t式中: Pi测量伪距c 电磁波传播速度t接收机时钟与卫星时钟钟差(Xi,Yi,Zi)第i颗卫星在地心地固坐标系中的位置(xu,

6、yu,zu)用户u在地心地固坐标系中的位置OXYZ卫星1 (x1,y1,z1)卫星2 (x2,y2,z2)卫星3 (x3,y3,z3)卫星4 (x4,y4,z4)用户 (xu,yu,zu)单片机最小系统晶振电路复位电路微控制器供电电路12V转5V电路 5V转3.3V电路掉电保护电路 掉电存储电路GPS接收电路PinSignal NameDescription 1VCC_3V3DC Supply Voltage Input2、1016 、18、30GNDGround3Boot SelectBoot Mode4RXASerial Port A5TXASerial Port A6RXBSerial

7、Port B7TXBSerial Port B8GPIO14General Purpose I/O9RF_ONIndicates Power State of RF Part17RF_INGPS Signal Input19V_ANT_INActive Antenna Bias Voltage 20VCC_RF_OUTSupply Antenna Bias Voltage21V_RTC_3V3Backup Voltage Supply22ResetReset(Active Low)23GPIO10General Purpose I/O24GPIO1General Purpose I/O25GP

8、IO4General Purpose I/O26GPIO0General Purpose I/O27GPIO13General Purpose I/O28GPIO15General Purpose I/O29PPSOne Pulse Per SecondGPS数据包GPRMCGPRMC(推荐最小定位信息)$GPRMC,*hhUTC时间 ，hhmmss(时分秒)格式； 定位状态，A=有效定位，V=无效定位； 纬纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输 )； 纬纬度半球N(北半球)或S(南半球)； 经经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输 )； 经经度半球E(东经

9、)或W(西经)； 地面速率(000.0999.9节，前面的0也将被传输 )； 地面航向(000.0359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输 )；UTC日期，ddmmyy(日月年)格式 ；磁偏角(000.0180.0度，前面的0也将被传输 )； 磁偏角方向，E(东)或W(西)； 模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效) 。GPS数据包GPGGAGPGGA(GPS定位信息)$GPGGA,M,M,*xxUTC时间 ，格式为hhmmss.sss；纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；纬度半球，N或S(北纬或南纬)；经度，

10、格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；经度半球，E或W(东经 或西经)；定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)；水平精确度，0.5到99.9；天线线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米，M指单位米； 大地水准面高度，-9999.9到9999.9米，M指单位米； 差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量； 差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。液晶显示电路编号符号引脚说明1VSS电源地2VDD电源正极3VL液晶显示偏压信号4RS数据/命令选择端5R/W读/写选择端6E使能信

11、号7D0Data I/O8D1Data I/O9D2Data I/O10D3Data I/O11D4Data I/O12D5Data I/O13D6Data I/O14D7Data I/O15BLA背光源正极16BLK背光源负极数据控制控制器内部设有一个数据地址指针，用户可以通过 它们来访问内部的全部80字节RAM。数据指针设置液晶初始化液晶初始化过程(复位过程) 1.延时15ms； 2.写指令38H(不检测忙信号)； 3.延时5ms； 4.写指令38H(不检测忙信号)； 5.延时5ms； 6.写指令38H(不检测忙信号)； 7.(以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号)； 8.写指

12、令38H；显示模式设置 9.写指令08H；显示关闭 10.写指令01H；显示清屏 11.写指令06H；显示光标移动设置 12.写指令0CH；显示开及光标设置字模存储器 (192个常用字符字模 )字符产生器CGROM(Character Generator ROM)CGRAM(Character Generator RAM)液晶写指令/数据液晶写数据过程液晶字符显示液晶字符显示过程液晶显示的过程中考虑到字符写在液 晶显示屏幕上的地址，需要设置数据地址 指针，指令码为80H+地址码(027H,40 H 67H)。所以如果要液晶显示第一行数据 ，首先要写指令80H，然后将字符串数组 里的数据按顺序依

13、次进行写数据即可。液 晶显示第二行同理，只是写的指令是 80H+40H=C0H。根据设计要求需要显示加速度、航向 和海拔，加速度数据存放在AccelerateSp eed数组中，航向存放在Tilt数组中，海拔 存放在Altitude数组中。加速度通过加速 度传感器ADXL345获得，航向和海拔通过 GPS接收模块获得。void LcdDisplay(void) unsigned char j; WriteCommand(0x80); for(j=0;j0pfi:一个指向FileInfoStruct类型的结构 体的指针，用来装载新创建的文件信 息，因此新创建的文件不用再打开就 可以直接来操作；f

14、ilepath:文件路径；返回值：0：成功 1：文件已存在 2：创建文件目录失败 3：创建文件失败。UINT32 FAT32_Add_Dat(struct FileInfoStruct *pfi,UINT32 len,UINT8 *pbuf) E.g.FAT32_Add_Dat(pbuf:指向数据缓冲区的指针 返回值：成功返回实际写入的数据长度，失败返回0查找多层目录文件数据SD卡根目录(4153扇区)子目录A开始簇(0x000003bc=956(簇)(956-2)*8+4153=11785(扇区)进入A子目录B开始簇(0x000003bd=957(簇)(957-2)*8+4153=11793

15、(扇区)进入Broute.kml文件开始簇(0x000003be=958(簇)(958-2)*8+4153=11801(扇区)958/128 +281288(扇区) 958%128=62(簇项)进入kml文件显示kml数据加速度传感器电路编号符号引脚说明 1VDD I/O数字接口电源电压 2GND电源地 3RESERVED保留 4GND电源地 5GND电源地 6VS电源电压 7CS片选 8INT1中断1输出 9INT2中断2输出 10NC内部不连接 11RESERVED保留 12SDO/ALT ADDRESS串行数据输出(SPI 4线 )/备用I2C地址选择(I2C) 13SDA/SDI/SD

16、IO串行数据(I2C)/串行数 据输入(SPI 4线)/串行 数据输入输出(SPI 3线) 14SCL/SCLK串行通信时钟编号符号引脚说明 13A0、A1、A2芯片选择端，一个系统最多有8片24C024GND信号地 5SDA串行数据/地址传输线 6SCL串行时钟线 7WP写保护 8Vcc电源端I2C总线工作原理I2C总线简介I2C总线(Intel IC Bus)，由PHLIPS公司推出。有2根双向信号线：SDA和SCL，具有 总线裁决和高低速器件同步功能。数据有效性规定时钟信号是高电平时，SDA上的数据必须保持稳定；低电平时， SDA上的数据电平 允许变化。I2C总线寻址unsigned char ADXL345ReceiveByte(voi