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1、基于51单片机的GPS接收机摘 要全球定位系统是由美国国防部开发的一种先进的无线电导航系统.该系统能够全天候、全方位的为海陆空用户提供连续的、高精度的三维坐标、三维速度和时间等信息.它所具有的诸多优点是其他导航设备所无法比拟地.现在,GPS接收机作为一种先进的导航和定位仪器,已在军事与民用领域得到广泛的应用.本设计详细介绍了一种成本低又能满足性能使用要求的经济型GPS接收机的设计方案.此方案基于单片机、GPS模块和1602液晶显示屏等硬件 , 并应用C语言实现了 GPS 信号的提取、显示与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信息接收以与显示,可以做到体积小、精度
2、高、连续导航,并可广泛应用于个人野外旅游探险、 出租汽车定位与海上作业等领域.关键词： GPS,单片机,接收机,GR-87,LCDDESIGN OF GPS RECEIVER BASED ON 51 SINGLE CHIP PUTERABSTRACTGlobal Positioning System is the most advanced radio navigation system which was developed by the U.S Department of Defence. The system can be used under any weather condition
3、s, all day long and anywhere on the earth. It can provide land, marine and airborne user with continuous, highly accurate three-dimension position, velocity, time dataetc. It has various advantages that are unexampled other kind of navigation equipment. Now GPS receivers, as a type of advanced equip
4、ment on navigation and positioning, have been widely used in both military and civil field.This design introduced in detail one kind of low-cost economy GPS receivers design proposal which can satisfy the performance operation requirements .This plan is based on single chip puter、GPS and 1602 liquid
5、 crystal display monitors, and has realized the GPS signal extraction, the demonstration and the basic keyboard control operation and so on using the C language. By practical measurement, the receiver can achieve GPS information receive and display. It has small size and low cost, can be used in wil
6、d adventure tourism, taxi positioning and operations at sea.KEY WORDS:GPS,single chip puter,receiver,GR-87,LCD / 目录前言3第1章 GPS系统简介与设计方案选择51.1 GPS系统简介51.1.1 GPS由来与发展51.1.2 GPS定位基本原理51.1.3 GPS接收机定位流程61.1.4 任务的描述61.2 设计方案选择61.2.1 方案一7方案二7第2章系统硬件设计82.1单片机82.2 GPS模块92.2.1 概述92.2.2 主要技术参数92.2.3 管脚介绍92.3 显示
7、部分102.4 电源部分112.5 晶体振荡器112.6 键盘部分12第3章系统相关协议介绍133.1 GR-87协议133.1.1 协议简介133.1.2 数据格式133.2串行通信143.2.1 异步通信特点143.2.2 异步通信协议143.2.3 中断153.3 液晶显示协议19基本操作时序19显示与控制命令19第4章系统软件设计214.1系统软件概述214.2软件程序的编写224.2.1 初始化模块224.2.2 数据处理模块224.2.3 人机对话模块264.3 代码实现28结论30谢辞31参考文献32外文资料翻译34前言GPS主系统是美国发射运行的卫星系统,包含了27 颗能持续发
8、送地理位置海拔高度和时间信号的卫星,24 个正常使用,3 个备用,这些卫星平均分布运行在六个轨道上.一般来说,在地面上的GPS 接收器能接收512 个卫星信号,而为了获得地面上的定位坐标,GPS 导航至少需要4 个卫星信号,三个用来确定GPS 接收器的纬度、经度和海拔高度,第四个则提供同步校正时间1.全球定位系统由三部分构成：太空卫星部份：由 24 颗绕极使用卫星所组成,分成六个轨道,运行于约 20200 公里的高空,绕行地球一周约12 小时.每个卫星均持续着发射载有卫星轨道数据与时间的无线电波,提供地球上的各种接收机来应用.地面管制部份：这是为了追踪与控制上述卫星运转,所设置的地面管制站,主
9、要工作为负责修正与维护每个卫星能保持正常运转的各项参数数据,以确保每个卫星都能提供正确的讯息给使用者接收机来接收.使用者接收机：追踪所有的 GPS 卫星,并实时地计算出接收机所在 位置的坐标、移动速度与时间,各种蓝牙GPS 即属于此部份.我们通常所说的GPS, 就是第3 部分.它可以实时提供全天候、全球性的三维定位、测速与授时功能的卫星系统 ,具有测量精度高、速度快、用户数量不限、抗干扰能力强等一系列优点 ,除了可用于军事领域外 ,还可以广泛用于工农业生产、交通运输、野外探险等领域.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
10、检与车辆防盗等领域.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系统由来与其发展、基本概念、GPS接收机的工作原理与接收机定位流程.然后对单片机与其串口通信、GR-87与其NMEA-0183语句的数据格、液晶显示器进行了详细论述.并
11、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、显示与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信息接收以与显示,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、出租汽车定位与海上作业等领域.第1章GPS系统简介与设计方案选择1.1 GPS系统简介 GPS由来与发展导航卫星定时测距全球定位系统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
12、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和标准定位服务 .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2.由于GPS具有全球覆盖以与精度高、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 ,已成为信时代不可缺少的一部分.各种 GPS民用产品的开发 ,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
13、和社会的发展产生重大的影响.1.1.2 GPS定位基本原理GPS定位技术的基本原理是采用测量学中通用的测距交会方法GPS接收机在某一时刻接收到4 颗以上的GPS卫星信号导航电文, 通过变频、放大、 滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息,经由I/O口输出串行数据1.1.3 GPS接收机定位流程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
14、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,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.1.1.4 任务的描述我们针对全球定位系统GPS,自行研制了一套GPS接收机,具有接收、处理、显示信息能力并能进行键盘操作.本设计着重对NMEA-0183语句的数据格式、单片机串行通信、液晶显示
15、格式进行了详细论述,同时给出了硬件电路和软件设计.工作要求：准确地进行定位,显示出纬度、经度、速度、时间、方位角、天空中的卫星总数以与使用的卫星数.通过按键可以进行复位与页面切换功能.1.2 设计方案选择方案一系统由GPS-OEM板、电平转换电路、控制电路 、显示部分组成.但在和单片机进行串行通信时由于电平不同,必须附加电平转换电路 而且价格比较昂贵.单片机采用8051功能全面,但其内部ROM一般是掩膜ROM,不可更新改写.SED1335 彩色液晶显示器其有效显示点阵为320 240 ,显示颜色为 4 色,但根据我们设计要求,单色显示完全可以.故不采用.1.2.2方案二系统由GPS模块、控制电路 、显示部分组成.HOLUX GR-87是一个高性能,低功耗,小型的并且很容易联合的GPS模块.该芯片每次将跟踪12枚卫星,应用广泛.而且不用附加电平转换电路,可以直接与单
