【正文】 晶模塊初始化模塊 ...................................... 19 數(shù)據(jù)接收模塊 ............................................ 20 數(shù)據(jù)格式調(diào)整送顯模塊 .................................... 21 第 五 章 總結(jié) ........................................................ 25 荊楚理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 2021） 致 謝 .............................................................. 26 參考文獻(xiàn) ........................................................... 27 荊楚理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 2021） 1 第 1 章 引 言 課題的背景及意義 自第一顆 GPS 試驗(yàn)衛(wèi)星于 1978 年 2 月 22 日入軌運(yùn)行以來(lái)，以衛(wèi)星為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)的無(wú)線電導(dǎo)航定位時(shí)代就已經(jīng)開(kāi)啟。陸地、海洋及空間上的無(wú)數(shù)用戶可以通過(guò)具有接收、跟蹤、變換和測(cè)量 GPS 導(dǎo)航定位信號(hào)功能的接收機(jī)就能夠隨時(shí)隨地共享 GPS 衛(wèi)星發(fā)送的導(dǎo)航定位信號(hào)，以此來(lái)計(jì)算 GPS 測(cè)量點(diǎn)七維狀態(tài)和三維狀態(tài)參數(shù)。 GPS 衛(wèi)星的運(yùn)行，不僅為用戶提供定位信號(hào)， GPS 技術(shù)帶 來(lái)的高精度、全天候、全天時(shí)的新的測(cè)量技術(shù)還在地球物理學(xué)、大地測(cè)量學(xué)、地球運(yùn)動(dòng)力學(xué)、天體力學(xué)、載人航天學(xué)、全球氣象學(xué)和全球海洋學(xué)等學(xué)科上做出了巨大貢獻(xiàn)。 實(shí)時(shí)地顯示所在地的經(jīng)緯度和 UTC 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間是 GPS 設(shè)備的最基本功能，但要能實(shí)現(xiàn)這一功能，就要求設(shè)備最基本的能夠接收 GPS 信號(hào)并可以調(diào)制輸出?，F(xiàn)今市面上的車載 GPS 導(dǎo)航儀、 GPS 手持機(jī)等基于 GPS 接收模塊開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，雖然功能強(qiáng)大，但是造價(jià)昂貴，對(duì)于一般應(yīng)用而言沒(méi)有必要。故基于這一背景，此設(shè)計(jì)制作了一款低成本的能夠滿足用戶對(duì)于 GPS 的一般需求的基于單片機(jī)的采集與顯 示定位信息的 GPS 手持設(shè)備。 總體方案的設(shè)計(jì) 該 GPS 設(shè)備 在硬件上主要包括 UBLOX NEO6M（ GPS 信號(hào) 接收模塊 ） 、AT890C5 1602LCD、 電源四部分 。 GPS 信號(hào) 接收模塊 （ UBLOX NEO6M） 將收到的 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航電文調(diào)制解碼，轉(zhuǎn)換為 TTL 的電平 直接傳送給單片機(jī)串口。單片機(jī)經(jīng) 程序識(shí)別篩選 接收到的 GPS導(dǎo)航電文 后 送到顯示模塊， 按照預(yù)先設(shè)定的排版方式顯示在 1602LCD 液晶顯示器上。 荊楚理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 2021） 2 第 2 章 GPS 全球定位系統(tǒng)介紹與接收 GPS 定位信號(hào)方案 GPS 全球定位系統(tǒng)及 GPS 接收 模塊的研究 GPS 全球定位系統(tǒng) 全球定位系統(tǒng) (GPS)是本世紀(jì) 70 年代由美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。 最初 GPS 建立主要誰(shuí)為了給 美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略 的軍事目的服務(wù) 。到 1994 年 3 月 ，歷時(shí) 20 多年的研究開(kāi)發(fā)，耗資 300 億美元 ，布設(shè)完成的 24 顆 GPS 衛(wèi)星 組成的 星座全球覆蓋率 已 達(dá) 98%。 構(gòu)成 全球定位系統(tǒng) 的三大部分 ： ? 地面控制部分； ? 空間部分 ； ? 用戶裝置部分。 圖 2－ 1 構(gòu)成 GPS全球定位系統(tǒng) 的三大部分 全球定位系統(tǒng)的主要特點(diǎn)： ? 全天候； ? 全球覆 蓋； ? 定位精度高 ； ? 高效率： ? 應(yīng)用廣泛多功能。 GPS 星座 GPS 接收 地面監(jiān)控部分 信號(hào)注入 GPS 信號(hào) GPS 信號(hào) 荊楚理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 2021） 3 在離地面 2 萬(wàn)公里的高空上， 24 顆 GPS 衛(wèi)星 以 固定 的周期繞地 運(yùn)轉(zhuǎn)，保證至少 6 顆衛(wèi)星的定位信息 能夠在任一時(shí)間任一地點(diǎn)被同時(shí)接收到。只需其中 4顆衛(wèi)星的信號(hào)， GSP 接收模塊就能給出三維坐標(biāo)，時(shí)間和移動(dòng)速度等參數(shù) 因?yàn)橐阎?衛(wèi)星的位置精確，在 GPS 觀測(cè) 中，我們得 出 衛(wèi)星 與 GPS 接收設(shè)備 之間 的距離， 所以 觀測(cè)點(diǎn)的位置 (X,Y,Z)可以利用 3 顆衛(wèi)星組成三個(gè)方程式 根據(jù)三維坐標(biāo)中的距離公式 解出 。 實(shí)際上存在 X、 Y、 Z 和鐘差 這四個(gè)未知量，這是因?yàn)樾l(wèi)星時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘 存 在誤差 ， 因此 需要 引入 第 4 顆衛(wèi)星， 組成 4 個(gè)方程式求解， 才能得到定位點(diǎn) 的經(jīng)緯度和高程。 GPS 接收模塊的研究 接收機(jī)的 關(guān)鍵部分是 GPS 接收模塊 ， 不同的接收模塊功能各不相同 ， 普通的接收模塊結(jié)構(gòu) 主要由低噪聲下變頻器、并行信號(hào)通道、 CPU、儲(chǔ)存器等組成。 GPS 接收模塊的工作原理 ：通過(guò) 接收天線獲取的衛(wèi)星信號(hào)， 再經(jīng) 過(guò)變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測(cè)量。 得到了 衛(wèi)星的位置信息和信號(hào)傳播時(shí)間 便可 計(jì)算出天線 所在的 位置。用戶采用異步串行通信方式 通過(guò) I/O 接 口 與 GPS 接收模塊進(jìn)行 通信 。 荊楚理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 2021） 4 圖 2－ 2 GPS接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) 接收 GPS 定位信號(hào)方案 只有先完成接收和調(diào)制好 GPS 信號(hào)后，才能將接收到的 GPS 地理信息顯示在液晶顯示屏上。我們有兩種接收 GPS 信號(hào)的方案 。 方案一：選用 GPS 芯片，基于芯片設(shè)計(jì) GPS 接收模塊接收定位信號(hào)，然后在基于設(shè)計(jì)的接收模塊完成本設(shè)計(jì)。 方案二：直接選用產(chǎn)品 GPS 接收模塊獲得定位信號(hào)完成本設(shè)計(jì)。 選用方案一的話可以使我們掌握 GPS 接收模塊的部分技術(shù)，但是難度較大不易實(shí)現(xiàn)，方案二的成品模塊很容易在市面上買到，比較容易實(shí)現(xiàn)。故 經(jīng)過(guò) 分析， 選擇方案二比較適合本設(shè)計(jì)。 前置放大 低噪聲 下變頻器 并行信號(hào) 通道 本振 CPU RAM ROM 天線 GPS 接收模塊 荊楚理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 2021） 5 第 3 章 基于單片機(jī)的 GPS 硬件設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的 GPS硬件總體結(jié)構(gòu) 根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案，該基于單片機(jī)的 GPS 硬件設(shè)計(jì)主要 四部分構(gòu)成 : ① 由 GPS 信號(hào)接收部分（ UBLOX NEO6M 信號(hào)接收模塊） 。 ② 控制芯片 (AT89C51 單片機(jī)） 。 ③ 顯示部分（ 1602LCD 液晶顯示模塊） 。 ④ 電源 這幾部分構(gòu)成。 圖 3－ 1基 于單片機(jī)的 GPS硬件總體結(jié)構(gòu)框圖 GPS 信號(hào) GPS 信號(hào)接收模塊 AT89C51 1602 液晶顯示模塊 電源