【正文】 ─ ：完善系統(tǒng)調(diào)試，撰寫(xiě)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計(jì)驗(yàn)收等工作； ：整理資料，修改論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。 [關(guān)鍵詞 ] 單片機(jī) 。 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球 24 顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候 地提供三維位置、三維速度等信息的一種無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng) [1]。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號(hào)之后，就可以測(cè)量出接收天線到衛(wèi)星的距離和偽距離的變化率，調(diào)制解調(diào)出衛(wèi)星軌道 參數(shù)等數(shù)據(jù)。 GPS 技術(shù)的海洋應(yīng)用 在海洋方面 GPS 技術(shù)有著非常重要的作用，如：遠(yuǎn)洋船舶最佳的航程測(cè)定；實(shí)時(shí)調(diào)度和監(jiān)控運(yùn)輸船隊(duì)在海上的航行；調(diào)度和自主導(dǎo)航內(nèi)河船只；對(duì)海洋救援的搜索和定點(diǎn)測(cè)量；遠(yuǎn)洋船隊(duì)的結(jié)隊(duì)航行與作業(yè)調(diào)度；海洋油氣平臺(tái)的就位和復(fù)位測(cè)定；海底沉船位置的精確探測(cè)；海底管道鋪設(shè)測(cè)量；海岸地球物理探測(cè)；水文測(cè)量；海底大地測(cè)量控制網(wǎng)的布測(cè)；海底地形的精細(xì)測(cè)量；船運(yùn)貨物失竊報(bào)警；凈化海洋；海洋糾紛或海損事故的定點(diǎn)測(cè)量；港口交通管制；海洋災(zāi)難監(jiān)測(cè)等。目前， GPS 技術(shù)在我國(guó)道路工程與交通管理中的應(yīng)用才剛剛起步，相信隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高等級(jí)公路的快速修建和 GPS技術(shù)應(yīng)用研究的逐步深入，在道路工程中的應(yīng)用也會(huì)更加深入和廣泛，將會(huì)發(fā)揮更大的作用。在日常生活之中， GPS 還可以用于特殊病人、少年兒童的救助與監(jiān)護(hù)，人身受到攻擊時(shí)的危險(xiǎn)報(bào)警，生活中遇到困難時(shí)的救助等。 GPS的使用者終端是指具有多種用途的 GPS 接收機(jī)，例如汽車導(dǎo)航設(shè)備、用于登山的手持式接收機(jī)、用于航海和航空的接收機(jī)等類型的終端產(chǎn)品， 一般的手持式 GPS 產(chǎn)品組成部分包括了內(nèi)部的天線、電池、芯片組和外部的 LCD 面板、按鍵等相關(guān)零組件。 20xx年，日本的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)總銷售值約為 670 萬(wàn) 美元，占市場(chǎng)的 %，北美和 歐洲分別占%和 %。 通過(guò) C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)了 GPS 信號(hào)的提取、顯示等。二是用戶裝置部分，是由衛(wèi)星天線和GPS 接收機(jī)組成。 基于此原因， 美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室 (NRL)提出了 一個(gè)叫做 Tinmation 的用 12 至 18 顆衛(wèi)星 所 組成 得 10000km 高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并 且分別在 1967 年、 1969 年和 1974 年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上 面 初步 測(cè)試 了 原子鐘 計(jì)時(shí)系統(tǒng)，這是 GPS 精確定位的基礎(chǔ)。 精碼精度可達(dá) 10 米，粗碼精度可達(dá) 100 米。 GPS 是美國(guó)國(guó)防部 研究 建立的一種具有 全天候、 全方位、 高精度 、全時(shí)段 的衛(wèi)陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 50 頁(yè) 星導(dǎo)航系統(tǒng)，能 夠?yàn)?全球用戶提供 高精度 、低成本的三 維位置、速度和精確定時(shí)等導(dǎo)航信息，是衛(wèi)星通信技術(shù)在導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用典范 ，它極大地提高了地球社會(huì)的信息化水平，有力地推動(dòng)了數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 [15]。而Y 碼是在 P 碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。 可見(jiàn) GPS 導(dǎo)航 系統(tǒng) 衛(wèi)星 部分的作用就是不斷地發(fā)射 導(dǎo)航電文 。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)刻量測(cè)，保持對(duì) 衛(wèi)星 信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開(kāi)始觀測(cè)時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即 整周模糊度 ，只能在 數(shù)據(jù)處理 中作為參數(shù)解算。 圖 衛(wèi)星星歷方程 公式如下： 公式 公式 公式 公式 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁(yè) 共 50 頁(yè) GPS 模塊定位流程 ⑴ 搜索可用衛(wèi) 星，接收衛(wèi)星信號(hào)，與衛(wèi)星信號(hào)同步，提取導(dǎo)航電文信息。 ⑼ 分析可用衛(wèi)星的信息，計(jì)算做好的 DOP，進(jìn)行選星，并計(jì)算和修正 GPS 接收機(jī)的位置，給出 GPS 接收機(jī)的三維坐標(biāo)和準(zhǔn)確的時(shí)間信息。 ⑶ 觀測(cè)時(shí)間短 隨著 GPS 系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新， 20km 以內(nèi)相對(duì)靜態(tài)定位，僅需 1520 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)站觀測(cè)時(shí)間只需 12 分鐘；采取實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位模式時(shí)，每站觀測(cè)僅需幾秒鐘。另外，接收機(jī)體積也越來(lái)越小，相應(yīng)的重量也越來(lái)越輕，極大地減輕了測(cè)量工作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 外圍電路：外圍電路一部分是由 GPS 接收器件及其輔助電路組成，一部分是 LCD 液晶顯示模塊的電源和顯示電路。 本課題設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)主要由：?jiǎn)纹瑱C(jī)、 GPS 模塊、顯示部分等組成。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。復(fù)位電路采取的為手動(dòng)按鍵復(fù)位電路，如電容 C10uF,電阻 R10K 和1K,和開(kāi)關(guān) RESET 組成，當(dāng)單片機(jī)的復(fù)位引腳 RESET 出現(xiàn) 2 個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。三種不同字符 /字型的選擇編碼范圍為： 0000～ 0006H（其代碼分別是 0000、 000 000 0006 共 4 個(gè)）顯示自定義字型， 02H～ 7FH 顯示半寬 ASCII碼字符， A1A0H～ F7FFH 顯示 8192 種 GB2312 中文字庫(kù)字形。 (4)內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn)陣字符。 (12)無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)。用戶通過(guò)輸入輸出接口，與 GPS接收模塊進(jìn)行信息交換，功能。 表 GPS 模塊性能 模塊性能 芯片 MT3333 頻率 GPS,GAULEO,QZSS:LI ,C/A code BEIDOU:B1 協(xié)議 NMEA 0183 可用波特率 1200,4800,9600,19200,38400,57600,112500 bps 通道 Support 99channeis(33 Tracking,99 Acquisition) 靈敏度 跟蹤： 165 米 捕捉： 148 米 冷啟動(dòng) 平均 33 秒 溫啟動(dòng) 平均 30 秒 熱啟動(dòng) 平均 1 秒 精度 m[Autonomous] [50%] 3m[SBAS] 最大高度 18000 米 最大速度 515m/s 最大加速度 ≤4G 更新頻率 110Hz 其中接收 全球定位系統(tǒng) 接收器類型 20 個(gè)頻道， L1 的頻率， 芯片速度， C / A碼 ；芯片類 型為 MT3333； 水平定位精度 ， (WAAS)，（ 50 % ， 24 小時(shí)靜態(tài)的， 130dbm ） 。 目前 除了 早期 少數(shù)的 GPS 接收機(jī) 之 外，幾乎 現(xiàn)在 所有的 GPS接收機(jī) 都 采用了這一格式 標(biāo)準(zhǔn) 。輸入語(yǔ)句包括初始位置，時(shí)間，秒脈沖狀態(tài)，差分模式， NMEA 輸出間隔等設(shè)置信息。 6經(jīng)度半球， E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)）； 7地面速率， ～ 節(jié)； 8地 面航向， ～ 度； 9UTC 日期， ddmmyy（日月年）格式； 10磁偏角， ～ 180 度； 11磁偏角方向， E（東）或 W（西）； 12工作模式： A=自主， D=差分， E=評(píng)估， N=數(shù)據(jù)無(wú)效 。一個(gè)單一的uVision2 工程能夠產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)程序。用詳細(xì)的符號(hào)信息來(lái)優(yōu)化用戶變數(shù)存儲(chǔ)器； 文件尋找功能：在。開(kāi)發(fā)工具選項(xiàng)可以對(duì)應(yīng)目標(biāo)，組或單個(gè)文件。 KeilC51 標(biāo)準(zhǔn) C 編譯器為 8051 微控制器的軟件開(kāi)發(fā)提供了 C 語(yǔ)言環(huán)境 ,同時(shí)保留了匯編代碼高效 ,快速的特點(diǎn)。一般情況下初始化信息語(yǔ)句為 PGRMI. $GPRMI， 1,2,3,4,5,6,7*hhCRLF 1緯度 (度分 )格式（前面的 0 也將被傳輸）； 2經(jīng)度半球 N（北半球）或 S(南半球 )； 3經(jīng)度 （度分）格式（前面的 0 也將被傳輸）； 4經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)）； 5UTC 日期， ddmmyy（日月年）格式； 6UTC 時(shí)間， hhmmss（時(shí)分秒）格式； 7接收機(jī)命令， A=自動(dòng)定位， R=機(jī)器重新啟動(dòng)。其格式廣泛的使用，使 GPS 接收機(jī)模塊的互換性與通用性得到很大的提 高。敏度跟蹤 165dbm。這兩個(gè)腳分別單片機(jī)的發(fā)送和接收腳相連。 模塊接口說(shuō)明： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 50 頁(yè) 表 模塊接口 管腳 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS) H/L RS=“H”,表示 DB7—DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“L”，表示 DB7—DB0 為顯示指令數(shù)據(jù) 5 R/W(SID) H/L R/W=“H”， E=“H”，數(shù)據(jù)被讀到DB7—DB0 R/W=“L”， E=“H→L” ， DB7—DB0的數(shù)據(jù)被寫(xiě)到 IR 或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8 位或 4 位并口方式， L:串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見(jiàn)注釋 1） 18 VOUT LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（見(jiàn)注釋 2） 10 K VSS 背光源負(fù)端（見(jiàn)注釋 3） *注釋 1：如在實(shí)際應(yīng)用中僅使用并口通訊模式，可將 FSB 接固定高電平，也可將模塊上的 J8 和 “VCC”用焊錫短接。 (6)顯示方式： STN、半透、正顯。 低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。每次復(fù)位后，單片機(jī)的程序都會(huì)從第一條開(kāi)始從新執(zhí)行 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)。 STC89C52 單片機(jī)解碼定位導(dǎo)航和時(shí)間信息，并轉(zhuǎn)換成時(shí)間、緯度和經(jīng)度信號(hào)，然后將它們發(fā)送到單片機(jī)液晶顯示模塊 LCD12864 模塊。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號(hào)，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)量定位。 GPS 水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度，另外， GPS 定位是在全球統(tǒng)一的 WGS84 坐標(biāo)系統(tǒng)中計(jì)算的，因此全球不同地點(diǎn)的陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 50 頁(yè) 測(cè)量 成果是相互關(guān)聯(lián)的。 ⑷ 測(cè)站間無(wú)需通視 GPS 測(cè)量只要求測(cè)站上空開(kāi)闊，不要求測(cè)站之間互相通視，因而不再需要建造覘標(biāo)。 ⑵ 定位精度高 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) 106m， 100500km 可達(dá) 107m，1000km 可達(dá) 109m。 ⑶ 計(jì)算衛(wèi)星的精確位置，這包括計(jì)算衛(wèi)星的高度和方位角，從而進(jìn)行必要的對(duì)流層校正。 按定位方式， GPS 定位 分為單點(diǎn)定位和 相對(duì)定位 （ 差分定位 ）。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到 4 個(gè) 衛(wèi)星 的信號(hào)。它是從 衛(wèi)星 信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以 50b/s 調(diào)制在載頻上發(fā)射的。要實(shí)現(xiàn)以上所有功能必須具備 GPS 終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和 監(jiān)控平臺(tái) 三個(gè)要素。于是在 1988 年又重新進(jìn)行了最后一次修改： 24 顆衛(wèi)星， 21 顆工作衛(wèi)星和三顆備用衛(wèi)星，均勻分布在互成 60 度的六個(gè)軌道上面[14]。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是 GPS 得以取得成功的一個(gè)重要基礎(chǔ)。民用的 GPS 定位精度可以達(dá)到 10 米以內(nèi)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁(yè) 共 50 頁(yè) 2 GPS 簡(jiǎn) 介和方案選擇 GPS 定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介 GPS 定義與發(fā)展 GPS 的英文簡(jiǎn)稱是 Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）。 當(dāng)前已經(jīng)推出了整合無(wú)線通信和 GPS 解決方案的商家，有瑟孚科技、天寶公司和快速跟蹤公司等， 瑟孚公司和快速跟蹤公司是兩家發(fā)展較為積極的公司，而且已經(jīng)有手機(jī)制造廠商和移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)者采用這兩家的解決方案 [7]。從上世紀(jì) 80 年代初開(kāi)始，第一個(gè)用于商業(yè)的產(chǎn)品出現(xiàn)至今， GPS 產(chǎn)品的重量從 100 磅降至現(xiàn)在的 100 克，價(jià)格也從之前的十幾萬(wàn)美元降為現(xiàn)在的幾十美元。 當(dāng)前， 國(guó)際上主要有以下幾家具有代表性的 GPS 公司 ：麥哲倫公司、摩托羅拉公司、高明公司、瑟孚公司和羅克韋爾公司。在 科技 發(fā)達(dá) 的 國(guó)家， GPS技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用于道路工程和交通運(yùn)輸 之中。 GPS 技術(shù)在航天方面 GPS 技術(shù)的航天應(yīng)用同樣也有著非常重要的作用；低軌道通訊衛(wèi)星群的實(shí)時(shí)軌道測(cè)量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實(shí)時(shí)點(diǎn)位測(cè)量；載入航天器的在軌防護(hù)探測(cè)；星載 GPS 的遮掩天體大小和大氣參數(shù)測(cè)量；對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的七維三維狀態(tài)參數(shù)測(cè)量。完整的 GPS 用戶設(shè)備是由接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及 GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成 [2]。衛(wèi)星均勻的分布在 6 個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面 4 顆），軌道的傾角為 55176。GPS模塊