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1、哈哈 尔尔 滨滨 理理 工工 大大 学学毕毕 业业 设设 计计题题 目：目： 北斗定位系统研究北斗定位系统研究 院、院、 系：系： 荣成学院荣成学院 电气工程系电气工程系 姓姓 名：名： 朱瑞锋朱瑞锋 指导教师：指导教师： 侯甲童侯甲童 系系 主主 任：任： 王哈力王哈力 2016 年年 6 月月 24 日日哈尔滨理工大学学士学位论文I北斗定位系统研究北斗定位系统研究摘摘 要要全球卫星导航系统已经成为重要的信息产业之一，越来越多的国家注 意到其巨大的潜在价值。并成为衡量一个国家综合实力强弱的工具，成为 各国研究的重点。 本设计主要对基于 STC89C52 单片机的北斗定位接收机的软硬件系统 展
2、开了研究。首先，研究了北斗导航系统的发展现状、原理和特点；其次， 选用和芯星通的 UM220-N 芯片为北斗模块的核心芯片；然后，研究了 接收机芯片的工作原理和特征，确定了北斗导航接收机的硬件和软件整体 方案；最后，在此方案的基础上进行了软硬件的调试。本次设计的接收机 首先通过北斗模块接收定位信息，然后发送给单片机进行信息处理，最终 在显示模块显示且在语音模块播报。 本设计所做的北斗导航接收机实现了精准定位。可以用 LCD12864 显 示经纬度、速度、时间、日期，并且用 YS-M3 语音播报模块播放经纬度。关键词关键词 卫星定位系统；北斗；STC89C52；UM220-N 芯片哈尔滨理工大学
3、学士学位论文IIThe Research of Beidou Positioning System AbstractThe global satellite navigation system has become one of the important information industry.More and more countries pay attention to its huge potential value.It has become the tool to measure a nations comprehensive strength , and a focus of
4、research.In this design, the hardware and software system of the Beidou positioning receiver based on STC89C52 single chip microcomputer is studied. Firstly, the paper studies the development, principle and characteristic of the Beidou navigation system; secondly, choose the He Xin Xing Tong UM220-
5、III N chip as the core chip of Beidou module; then, study the working principle and characteristics of the receiver chip, determine the Beidou navigation receiver hardware and software of the overall program; finally, on the basis of this scheme were the debugging of the hardware and software. The d
6、esign of the receiver first through the Beidou module to receive positioning information, and then sent to the microcontroller for information processing, and finally in the display module display and broadcast in the voice module.This design for the Beidou navigation receiver has realized the accur
7、ate positioning. It can be used LCD12864 display latitude and longitude, speed, time, date, and with YS-M3 speech module play the latitude and longitude.Keywords Satellite positioning system; Beidou; STC89C52; UM220-N chip哈尔滨理工大学学士学位论文III目目 录录摘 要.I AbstractII第 1 章 绪论1 1.1 课题研究背景及意义.1 1.2 国内外发展现状.1 1
8、.2.1 国外发展现状1 1.2.2 国内发展现状2 1.3 本课题主要研究内容.3 第 2 章 北斗定位系统4 2.1 北斗定位系统概述.4 2.1.1 北斗定位系统组成4 2.1.2 北斗定位系统的定位原理4 2.2 UM220-N 模块 5 2.2.1 UM220-N 芯片介绍 .5 2.2.2 UM220-N 引脚功能描述 .6 2.2.3 UM220-N 输出语句格式 .7 2.3 本章小结.8 第 3 章 总体方案设计9 3.1 单片机最小系统.9 3.2 北斗定位模块电路.10 3.3 液晶显示单元电路.12 3.4 语音模块电路.13 3.4.1 语音模块工作原理13 3.4.
9、2 语音模块工作模式13 3.5 本章小结.14 第 4 章 定位系统软件设计15 4.1 开发环境及软件方案设计.15 4.1.1 Vision415 4.1.2 软件设计流程15 4.2 定位信息接收与处理.15 4.2.1 数据接收15 4.2.2 数据处理16 4.3 模块软件设计.18 4.3.1 语音播报模块18哈尔滨理工大学学士学位论文IV4.3.2 液晶显示模块19 4.3.3 中断函数21 4.4 本章小结.21 第 5 章 系统调试与分析22 5.1 系统调试.22 5.1.1 北斗模块调试22 5.1.2 软件调试24 5.2 结果分析.24 5.3 本章小结.26 结论
10、27 致谢28 参考文献29 附录 A31 附录 B 33 附录 C 34哈尔滨理工大学学士学位论文1第 1 章 绪论1.1 课题研究背景及意义全球导航卫星系统（Global Navigation Satelite System,GNSS）是一种 为人们提供全球、全时段高精度定位导航信息的卫星系统。作为一个国家 的基础设施，GNSS 标志着一个国家的综合实力，是保障国家安全、提高 人民幸福指数的重要设施。 众所周知，20 世纪 70 年代以来。以美国和苏联为首的各国认识到太 空资源的重要性，相继启动各自的卫星导航计划。为紧随经济和科技迅速 发展的步伐，我国于 1980 年开始创立一个独立的北斗
11、卫星导航系统。 2003 年，随着将第三颗北斗卫星顺利送入太空，我国组建了完整的卫 星导航定位系统，可以确保全天候、全天时提供卫星导航通信信息。标志 着继美国和前苏联后，我国成为世界上第三个建立了完善卫星导航系统的 国家。改变了我国长期缺少高精度、实时定位的局面，填补了我国卫星导 航定位系统的领域空白1。1.2 国内外发展现状1.2.1 国外发展现状目前，世界上已建成的全球卫星导航体系有美国的“全球定位系统” （GPS）和俄罗斯的“格洛纳斯” （GLONASS）系统。而欧洲也正在抓紧 建设“伽利略” （Galileo）系统2。 1995 年 4 月 27 日，美国成功实现了 GPS 系统的完全
12、组网运行。在空 间部分，GPS 的星座由 24 颗卫星组成，这 24 颗卫星等距地分布在 6 个近 圆轨道上，每个轨道上有 4 颗卫星。接收部分由 1 个主控站和 5 个监控站 组成。用户在同一时刻精准计算 4 颗卫星信号的传播时间，可得到高精度 的三维定位数据。现役的第二代 GPS 卫星增加了星钟、星间链路和自主导 航三大功能，大大增强了 GPS 的导航精度、GPS 系统的生存能力。 1995 年 12 月，俄罗斯（前苏联）的 GLONASS 卫星定位系统落成。 但由于美国压制和后期资金紧缺，补网卫星没有及时发射，系统还满足不 了导航和定位的要求。GLONASS 系统由 24 颗卫星组成，散
13、布在三个轨道 上。GLONASS 系统的民用标准定位精度是 50m。 伽利略卫星导航系统（Galileo）是由欧盟牵头开发的全球卫星导航体 系。该体系内共有 30 颗卫星，包括 27 颗运行星，3 颗备用星。2014 年 8 月，随着第二批的一颗卫星成功进入预定轨道，太空中已有 6 颗正式的伽哈尔滨理工大学学士学位论文2利略卫星，可初步施展地面定位的作用。Galileo 系统与 GPS 系统、 GLONASS 系统相兼容的全球定位系统。它吸收了 GPS 的经验，具有很多 优点。Galileo 系统实施了三载波模糊度解算技术（Three-carrier Ambiguity Resolution,
14、TCAR） ，较好地处理了加密、密钥和拒用三者的关系。该系统 定位精度 10m，定时精度 33ns3。 当今，卫星导航系统正在向多系统组合导航和差分导航方向发展。卫 星导航定位技术与惯性导航技术、无线电导航技术相结合，并且即将应用 数字化铯钟技术。这对我国北斗导航系统提出了更严格的要求和更新的挑 战。1.2.2 国内发展现状中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）由 空间段、地面段和用户段三部分构成。目前为止，中国已成功发射 22 颗 北斗导航卫星。已成功覆盖亚太大部分地区，具备区域无源导航服务能力。 预计 2020 年前后，北斗导航
15、系统将形成全球无源服务能力。随着我国综 合实力水平的提高， “北斗”产品越来越多地在工业制造、军用领域、生 活服务领域发挥着不可替代的作用。 北斗定位系统在陆地上的开发应用方面具有极其重要的地位，体现在 诸多方面，如：车辆行驶状态监测和导航；旅游景点导航；应急车辆最快 路线引导；大气物理观测；工程建设的施工测算；板内运动状态和地壳形 变测量；智能火车网建设；智能放牧；气象监测等4。 北斗定位系统在海洋方面有着同样重要的作用，例如：提供远洋船只 的定位；计算最短航程，提高运输安全和效率；远洋船队在航行中的实时 调度和检测；提供两船之间、船与陆地的短报文通信；海洋救援的搜救和 定点测量；海底管道铺
16、设测量；水文监测等。2014 年 11 月 23 日，国际海 事组织海上安全委员会审议通过了对北斗卫星导航系统认可的航行安全通 函，这标志着北斗卫星导航系统正式成为全球无线电导航系统的组成部分， 取得面向海事应用的国际合法地位5。 北斗定位系统在航空方面的应用主要体现在：民航飞机的自主导航； 飞机精密着陆；飞机空中加油等。 北斗系统已经在我国许多领域发挥着重要作用。利用这套系统，最基 本的就是接收北斗系统发出的信号并能够实时输出显示。输出的信息包括 定位地点的经纬度、天线高程、UTC（协调世界时）时间、地面速度、日 期、时间、卫星个数等。由于北斗系统发展时间较短，与 GPS 和 GLONASS 系统在精度方面有一些差距。但相信北斗卫星系统在未来会大 放异彩。哈尔滨理工大学学士学位论文31.3 本课题主要研究内容本设计采
