【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 簡(jiǎn)易 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)生姓名 ： 專業(yè) ： 學(xué)號(hào) ： 指導(dǎo)教師 ： 所屬系（部） ： 二 〇 一一 年 六 月 簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) I 畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱書 題目： 簡(jiǎn)易 GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 專業(yè) 姓名 設(shè)計(jì)時(shí)間： 評(píng)閱意 見： 成績(jī)： 指導(dǎo)教師： （簽字） 職 務(wù)： 200 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄卡 簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) II 系 專業(yè) 姓名 答 辯 內(nèi) 容 問 題 摘 要 評(píng) 議 情 況 記錄員： （簽名） 成 績(jī) 評(píng) 定 指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī) 答辯組評(píng)定成績(jī) 綜合成績(jī) 注：評(píng)定成績(jī)?yōu)?100 分制，指導(dǎo)教師為 30%，答辯組為 70%。 專業(yè)答辯組組長(zhǎng)： （簽名） 200 年 月 簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) i 前言 GPS 作為最先進(jìn)的空間定位技術(shù)，在社會(huì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。 隨著 GPS 定位技術(shù)的快速發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)，精度越來越高，在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。 本文討論了簡(jiǎn)易 GPS定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) , 提出了對(duì) GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對(duì)各定位參數(shù)數(shù)據(jù)的提取方法。在硬件方面， 采用了 GPS25LVS 作為衛(wèi)星信息接收器；控制器選用 AT89C52 單片機(jī)，以串口方式 1 接收 GPS 信息；設(shè)計(jì)了由 7 段共陽 LED 組成的顯示器。在軟件方面，進(jìn)行了單片機(jī)的信息接收處理，對(duì)內(nèi)存中的信息存放地址進(jìn)行了分配，并編制控制程序。最后對(duì)硬件和軟件進(jìn)行了綜合調(diào)試。實(shí)現(xiàn)了 LED 顯示器輪流顯示實(shí)時(shí)時(shí) 間、緯度、經(jīng)度。 該系統(tǒng)的時(shí)間為原子鐘時(shí)間，因此非常精確。能滿足一般應(yīng)用項(xiàng)目的使用 。 簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ii 目錄 第一篇 緒論 ........................................................... 1 第一章 GPS 概述 ...................................................... 1 第二章 本設(shè)計(jì)的目的和意義 ............................................. 2 第三章 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容和所做的工作 .................................. 4 第一節(jié) 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 ............................................ 4 第二節(jié) 本設(shè)計(jì)所做的工作 ............................................. 4 第二篇 元件選擇 ....................................................... 5 第三篇 方案論證 ....................................................... 9 第四篇 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) .............................................. 11 第五篇 硬件電路制作 .................................................. 15 第六篇 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ............................................ 16 第一章 GPS25LVS 的信息輸出格式 ..................................... 16 第二章 單片機(jī)的信息接收處理 .......................................... 17 第三章 內(nèi)存中的信息存放地址分配 ..................................... 18 第七篇 控制程序編制和調(diào)試 ............................................ 20 第八篇 硬件和軟件綜合調(diào)試及性能分析 .................................. 28 第一章 硬件和軟件綜合調(diào)試 ........................................... 28 第二章 性能分析 ...................................................... 30 結(jié)論 .................................................................. 32 參考文獻(xiàn) .............................................................. 33 致謝 .................................................................. 34 簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 第一篇 緒論 第一章 GPS 概述 GPS 作為最先進(jìn)的空間定位 技術(shù)，在社會(huì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著 GPS 定位技術(shù)的快速發(fā)展，其功能越來越強(qiáng)，精度越來越高，在測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。 GPS 系統(tǒng)的基本定位原理是：每顆 GPS 衛(wèi)星時(shí)刻發(fā)布其位置和時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，用戶接收機(jī)可以測(cè)量每顆衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)的時(shí)間延遲，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)乃俣瓤梢杂?jì)算出接收機(jī)到不同衛(wèi)星的距離。同時(shí)收集至少 4 顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)，就可以算出三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。 全球定位系統(tǒng)（ Global Positioning System 簡(jiǎn)稱 GPS）是美國第二代軍用導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位。 GPS 由空間部分、地面監(jiān)控部分、用戶設(shè)備部分組成。 GPS 系統(tǒng)的空間部分是指 GPS 工作衛(wèi)星星座，其由 24 顆衛(wèi)星組成，其中 21 顆工作衛(wèi)星， 3 顆備用衛(wèi)星，均勻分布在 6 個(gè)軌道上。衛(wèi)星軌道平面與地球赤道面傾角為55176。 ，各個(gè)軌道平面的升交點(diǎn)赤經(jīng)相差 60176。 ，軌道平均高度為 期為 11 小時(shí) 58 分（恒星時(shí)），同一軌道上的各衛(wèi)星的升交角距為 90176。 ， GPS 衛(wèi)星的上述時(shí)空配置，基本保證了地球上任何地點(diǎn)，在任何時(shí)刻均至少可以同時(shí)觀測(cè)到 4顆衛(wèi)星，以滿足地面用戶實(shí)時(shí)全天候精密導(dǎo)航和定位。 GPS 衛(wèi)星的主體呈圓柱形，直徑 約為 ，重約 774kg，兩側(cè)各安裝兩塊雙葉太陽能電池板，能自動(dòng)對(duì)日定向，以保證衛(wèi)星正常工作用電。每顆衛(wèi)星帶有四臺(tái)高精度原子鐘，其中 2 臺(tái)為銣鐘， 2 臺(tái)為銫鐘。 GPS 衛(wèi)星上設(shè)有微處理機(jī)，可以進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理工作，它主要的 3 個(gè)基本功能：根據(jù)地面監(jiān)控指令接收和儲(chǔ)存由地面監(jiān)控站發(fā)來的導(dǎo)航信息，調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)、啟動(dòng)備用衛(wèi)星；向 GPS 用戶播送導(dǎo)航電文，提供導(dǎo)航和定位信息；通過高精度衛(wèi)星鐘向用戶提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。 地面監(jiān)控部分由 5 個(gè)地面站組成。 1 個(gè)主控站，其位于美國本土科羅拉多斯平土（ Colorado Spings） 的聯(lián)合空間執(zhí)行中心 CSOC， 3 個(gè)注入站，其分別設(shè)在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森島和南太平洋的卡瓦加蘭。 5 個(gè)監(jiān)控站，其中 4 個(gè)與主控站、注入站重疊，另外一個(gè)設(shè)在夏威夷。主控站的主要任務(wù)為：根據(jù)各監(jiān)控站提供簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 的觀測(cè)資料推算編制各顆衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差、和大氣層修正參數(shù)并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；提供 GPS 系統(tǒng)的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運(yùn)行；啟用備用衛(wèi)星以取代失效的工作衛(wèi)星。注入站的主要任務(wù)為：在主控站的控制下，把主控站傳來的各種數(shù)據(jù)和指令等正確并適時(shí)地注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)。監(jiān)測(cè)站的主要 任務(wù)為：給主控站編算導(dǎo)航電文提供觀測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)監(jiān)控站均用 GPS 信號(hào)接收機(jī)，對(duì)每顆可見衛(wèi)星每 6 秒鐘進(jìn)行一次偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，并采集氣象要素等數(shù)據(jù)。 用戶設(shè)備部分由 GPS 接收機(jī)硬件和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件以及微處理機(jī)及其終端設(shè)備組成。其主要功能是接收 GPS 衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量，并經(jīng)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位，用后處理軟件包對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以獲取精密定位結(jié)果。 第二章 本設(shè)計(jì)的目的和意義 自從五七年第一顆人造衛(wèi)星上天，六十年代的人造衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)，七十年代美國軍 方開始發(fā)展 GPS（ Global Positioning System）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，直至 1995年 4 月 27 日美國國防部宣 布 “GPS 系統(tǒng)已具備全部運(yùn)作能力 ” 。 GPS 計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)歷時(shí)23 年，耗資 200 多億美元，前后共發(fā)射 35 顆衛(wèi)星，目前仍在軌道上正常工作的有 25顆衛(wèi)星，其中 1 顆為實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星， 24 顆為工作衛(wèi)星。它具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力，是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，其特點(diǎn)是全天候、高精度、應(yīng)用廣，是迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它廣泛的應(yīng)用價(jià)值，引起了各國科學(xué)家的關(guān)注和研究，前蘇聯(lián)和西歐各國的科學(xué)家在積 極開發(fā)利用 GPS 信號(hào)資源的同時(shí)，還致力于研究開發(fā)各自的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，如前蘇聯(lián)建成的 GLONASS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國也在致力于發(fā)展自已的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。同時(shí)，它的出現(xiàn)也導(dǎo)致了測(cè)繪行業(yè)一場(chǎng)深刻的技術(shù)變革。 GPS 全球定位系統(tǒng)在實(shí)際生活中被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今信息時(shí)代發(fā)展中的重要組成部分。因其 具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)， 使其成為了 迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng) 。 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)之所以在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了與 GPS 系統(tǒng)相關(guān)的產(chǎn)簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 業(yè)，這都得益于其本身所具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，概括起來主要有以下幾個(gè)方面。 定位精度高：通過很多應(yīng)用實(shí)踐已經(jīng)證明， GPS 相對(duì)定位精度在 50km 以內(nèi)可達(dá)106， 100km～ 500km 可達(dá) 107， 1000km 以上可達(dá) 108，在 3001500m 工程精密定位中，1 小時(shí)以上觀測(cè)的解算，其平面位置誤差小于 1mm?；€邊長(zhǎng)越長(zhǎng)越能突顯是定位精度高的優(yōu)勢(shì)。 觀測(cè)時(shí)間短：由于 GPS 系統(tǒng)的不斷完善，軟件不斷更新，目前 20km 以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需 15～ 20 分鐘，快速靜態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，當(dāng)每個(gè)流動(dòng)站與基準(zhǔn)站相距在 15km 以內(nèi)時(shí)，流動(dòng)站只需觀測(cè) 1～ 2 分鐘，動(dòng)態(tài)相對(duì)定位測(cè)量時(shí)，流 動(dòng)站出發(fā)時(shí)觀測(cè) 1～ 2 分鐘，然后可隨時(shí)定位，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。 測(cè)站間無須通視： GPS 測(cè)量不要求站點(diǎn)間相互通視，只需測(cè)站上空開闊即可。 可提供三維坐標(biāo)：經(jīng)典大地測(cè)量將平面與高程采用不同方法施測(cè)，而 GPS 可同時(shí)精確測(cè)定測(cè)站點(diǎn)的三維坐標(biāo)，目前 GPS 水準(zhǔn)可達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。 操作簡(jiǎn)便：隨著 GPS 機(jī)不斷改進(jìn)，自動(dòng)化程度越來越高，體積也越來越小，重量越來越輕，有的已達(dá) “ 傻瓜化 ” 的程度。 全天候作業(yè)：使用 GPS 測(cè)量，不受時(shí)間限制， 24 小時(shí)都可以工作，也不受起霧、刮風(fēng)、下雨下 雪等氣候的影響。 功能多、應(yīng)用廣： GPS 系統(tǒng)不僅可用于測(cè)量，還可用于測(cè)速、測(cè)時(shí)。測(cè)速精度可達(dá) ，測(cè)時(shí)精度可達(dá)幾十毫秒。隨著人們對(duì) GPS 系統(tǒng)的不斷開發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地?cái)U(kuò)大。 由于 GPS 具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用，已成為了信息時(shí)代不可以或缺的一部分。 簡(jiǎn)易型 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 第三章 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容和所做的工作 第一節(jié) 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容 本設(shè)計(jì)