【正文】 EAThe National MarinElectronics Association)制定的一套通訊協(xié)議。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程。對于大多數(shù)開發(fā)人員來說，在單板機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)比較容易掌握，而且開發(fā)難度小。但是選用具有功能強(qiáng)大的 C8051F 系列單片機(jī)就彌補了以上不足。本 系統(tǒng)選用的 GPS 衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊是 LEA5W `l o 液晶顯示模塊的選取 顯示面板的選擇目前多利用是 LCD 液晶顯示或者 LED 發(fā)光二級管顯示，本系統(tǒng)出于亮度和動態(tài)性能的要求，選擇的是 OCM128641 點陣液晶顯示模塊，它是一款 128 列 64 行的點陣單色字符圖形顯示模塊，它有 8 位并行數(shù)據(jù)接口，模塊內(nèi)藏 64X64 的顯示數(shù)據(jù) RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對應(yīng)于 LCD 屏上一個點的亮、暗狀態(tài)。與普通的 8051 有相同的內(nèi)核，開發(fā)容易，而且支持 C 語言源程序調(diào)試?？紤]到其數(shù)字內(nèi)存的大小和實際需要，外擴(kuò)了一片容量 為 8K 的數(shù)據(jù)存貯器芯片 62640 1, RS232C 串口模塊設(shè)計 RS232C 串口模塊采用 SIPEX公司的 SP3223E. SP3223E主要功能是連接單片機(jī)與 PC 機(jī)實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。TO235 小型封裝，故可高密度安裝 }139。運行溫度范圍為一 40 到 850。 其結(jié)構(gòu) (如圖 43 所示 ): 圖 43 GPS 模塊功能結(jié)構(gòu)組成 LEASH 各引腳功能介紹 : 電源部分 : 6. VCC 電源輸入，允許的最大紋波電源為 Vcc=SOmVpp。 19. V ANT 輸入端，天線偏置電壓，如使用的是無源天線，則接地。 系統(tǒng)部分 : 12. BOOT INT 輸入端 ，啟動模式 。 天線的選取 天線選用 3V 供電的有源天線，其外觀和內(nèi)核結(jié)構(gòu) (如圖 4 一所示 )。 , 22, I/0 口， GPS 模式引腳，不用時懸空 。串口部分 : 3, TXD1 輸出端，串口輸出， VDDIO 串口輸出，不用時懸空 。 24. VDDes USB 輸入端， USB 電源，使用 USB 接口將次引腳連到 ，不用 USB 時接地 。捕獲到的信號將被傳遞到搜索引擎。采用模塊化設(shè) 計可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計也容易管理和修改，方便系統(tǒng)測試和調(diào)試，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和可修改性。為了使負(fù)載電流不超過輸出晶體管的電流容量，內(nèi)置了過載電流保護(hù)電路。 其次，使用 JTAG 接口。其功能結(jié)構(gòu) (如圖 42 所示 ): 圖 42 GPS 接收板功能結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)控制模塊設(shè)計 單片機(jī)一方面與 GPS 接收機(jī)通信提取地位信息，另一方又要保留與 PC 機(jī)通信的接口。 C8051F020 通過串口與 GPS 接收機(jī)通信，將 GPS 串口輸出的字節(jié)流進(jìn)行處理，提取出測試點的地理信息 (經(jīng)度、緯度、時間值 )。目前多數(shù)定位導(dǎo)航采用基于單片機(jī)的實現(xiàn)方案。單板機(jī)以各種工業(yè)控制機(jī)為代表，主要是針對工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了特殊的設(shè)計，實現(xiàn)各種抗干擾、以及小型化的工作。系統(tǒng) 采用串口通信，利用 GPS 定位技術(shù)信息處理等手段，結(jié)合運用自制簡易電子地圖，對被測點進(jìn)行監(jiān)測和跟蹤，獲取相應(yīng)地理信息并在顯示屏上加以顯示，以達(dá)到動態(tài)跟蹤顯示的效果。 2)被動式全天候?qū)Ш蕉ㄎ? 由 GPS 導(dǎo)航定位時，用戶設(shè)備只需接收機(jī) GPS 信號就可進(jìn)行導(dǎo)航定位，而不需用戶發(fā)射任何信號。目前 GLONASS 系統(tǒng) 19 顆在軌衛(wèi)星中只有 12 顆處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這些衛(wèi)星中只有 7 顆是改進(jìn)型衛(wèi)星，而其他的都達(dá)到或接近服務(wù)壽命終結(jié)。 式中 : x, y, z待 測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。為了消除公共誤差提高定位精度，可利用 2 臺以上的載波相位 GPS 定位儀實行聯(lián)測定位，對于載波信號單頻機(jī)的相對定位精度可達(dá) :士 ((5mm+2ppm X D)其中 D 為兩臺儀器的相對距離 。粗獲碼 (C/A碼 )是一種短碼，用于跟蹤、鎖定測量的偽隨機(jī)碼，碼率為 ，波長約為300 米，周期為 1Mso P 碼是 GPS 的精測碼，碼率 [39。徑向誤差士 3m。這種注入每天對每顆 GPS 衛(wèi)星進(jìn)行一次，并在衛(wèi)星離開注入站作用范圍之前進(jìn)行最后的注入。但這種時間間隙段是很短暫的，并不影響全球絕大多數(shù)地方的全天候、高精度、連續(xù)實時的導(dǎo)航定位測量。每個軌道平面內(nèi)各顆衛(wèi)星之間的升交角距相差 90 度，一軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星超前30 度。這就提供了在時間上連續(xù)的全球?qū)Ш侥芰?。?dāng) 然，在實際中要考慮到各種誤差對測距的影響，以便對計算結(jié)果進(jìn)行修正。地面中心站可根據(jù)用戶的應(yīng)答信號的時差計算出戶星距離，這樣以兩顆定位衛(wèi)星為中心以兩個戶星距離為半徑可作出兩個定位球。 2)地面系統(tǒng) :一個中心站，負(fù)責(zé)系統(tǒng)測控、定位信號的發(fā)射與接收、用戶坐標(biāo)的解算與發(fā)布、雙向授時、發(fā)送導(dǎo)航電文，監(jiān)視和控制整個系統(tǒng)的工作情況等 。 3)定位原理 :與 GPS 相同 。 3)定位原理 與 GPS 相同。 GLONASS 衛(wèi)星同樣向地面發(fā)射兩種載波信號 L1 載波信號的頻率為16021616MHz。衛(wèi)星軌道傾角為 度 。第 三章系統(tǒng)總體設(shè)計 。 (2)選擇合適的 GPS 模塊和 SOC 單片機(jī)，構(gòu)建基于 SOC 技術(shù)的定位導(dǎo)航終端，并進(jìn)行可行性論證。因此，為了開發(fā)成本低、體積小、性能穩(wěn)定的定位導(dǎo)航終端，選擇一種合適的控制器至關(guān)重要。 (4)針對導(dǎo)航電子地圖，由于生產(chǎn)廠家各自為陣，電子地圖的數(shù)據(jù)質(zhì)量也參差不齊，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 (2)縱觀國內(nèi)的 GPS 導(dǎo)航市場，成型的 GPS 導(dǎo)航定位產(chǎn)品價格各異，少則上千多則上萬，且性能差距較大。我國的 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)研究起步晚，基本上處于對 國外研究的比較、學(xué)習(xí)階段。 但是就目前運行情況來看，俄羅斯由于 經(jīng)費原因?qū)е略谲壭l(wèi)星數(shù)目不足 6顆無法獨立成網(wǎng)，而伽利略和北斗系統(tǒng)正在建立過程中，所以 GPS 衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無疑占據(jù)著最大的市場并有著最高的工作穩(wěn)定性。為了能在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域中占有一席之地，因而歐盟決定啟動軍民兩用的與現(xiàn)有的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)相互兼容的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)計劃一“伽利略” (GALILEO)計劃。 論文的研究背景 GPS即全球定位系統(tǒng)。阻抗匹配 。本系統(tǒng)硬件設(shè)計分為兩部分 .:第一部分，接收板是以 ublox 公司的 GPS 模塊為核心并結(jié)合相關(guān)的外圍電路實現(xiàn)。 文中首先闡述了課題涉及的相關(guān)知識，主要包括定位導(dǎo)航的原理、系統(tǒng)組成、技術(shù)特點。并在此基礎(chǔ)上提出了下一步的研究方向和工作。由于 GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)作為一個新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)含量相當(dāng)高。隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展， GPS 的應(yīng)用己經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，主 要包括大地測量，工程測量，航空攝影‘線路勘測，智能交通等。該系統(tǒng)是全天候、全天時提供衛(wèi)星導(dǎo) 航信息的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)。但是，由于導(dǎo)航定位系統(tǒng)有強(qiáng)烈的本地特色，例如當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)狀況和地圖信息的不盡相同，使許多國外導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)品不能夠簡單的應(yīng)用于中國。本課題的研究意義主要有如下 幾個方面 : (1)隨著中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的出行越來越頻繁， GPS 應(yīng)用也越來越廣泛， GPS 導(dǎo)航定位系統(tǒng)的研制具有很大的實用價值和市場前景，但是從系統(tǒng)的技術(shù)水平、產(chǎn)品的質(zhì)量和成熟程度來說，我國還處在往上發(fā)展的時期。其內(nèi)部電路包括 CIP51微控制器內(nèi)核及 RAM, ROM, I/0 口、定時 /計數(shù)器、 ADC, DAC, PCA, SPI 和 SMBus 等部件，即把計算機(jī)的基本組成單元以及模擬和數(shù)字外設(shè)集成在一個芯片上，構(gòu)成一 個完整的片上系統(tǒng)(SOC )。目前，定位導(dǎo)航終端一般采用基于嵌入式、單板機(jī)或單片機(jī)的實現(xiàn)方案。 該課題主要的任務(wù)是 :以 Silicon Labs公司生產(chǎn)的 C8051F020芯片作為系統(tǒng)中心控制處理器，結(jié)合部分外圍器件設(shè)計出控制、顯示的硬件電路，并通過自制的 GPS 接收機(jī)接收來自 GPS 定位衛(wèi)星的定位信息 。實現(xiàn)簡單的自制電子地圖顯示。 第 2 章衛(wèi)星定位系統(tǒng)相關(guān)技術(shù) GLONASS(格魯納斯 )衛(wèi)星定位系統(tǒng) 該系統(tǒng)是 1982 年底由前蘇聯(lián)開始建設(shè)，期間因蘇聯(lián)解體，幾經(jīng)周折最后由俄羅斯于 1996 年建成全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng) (Global Navigation Satellite System GLONASS )。CTS 跟蹤遙控著所有 GLONASS 可視衛(wèi)星，對其進(jìn)行測距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導(dǎo)航信息。 2)定位精度 水平精度 :士 50^70m。 20xx 年 10月，中歐 Galileo 計劃技術(shù)合作協(xié)議在北京正式簽署，中國投入 2 億歐元參與了這項計劃 (9l0 系統(tǒng)組成 1)衛(wèi)星星座 :由 3 個獨立的圓形軌道， 30 顆中等高度衛(wèi)星 (MEOMiddle Earth Orbit)衛(wèi)星組成 ((27 顆工作衛(wèi)星， 3 顆備用衛(wèi)星 )。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展過程中，出于軍事需要的考慮，中國必須發(fā)展自己獨立的系統(tǒng)。 技術(shù)特點 1)服務(wù)區(qū)域 :東經(jīng) 70 度 ~145 度，北緯 50 度 ~55 度 。2,i=1,2,3 (21)式中，(xi, yi, zi) (i=1, 2, 3)分別表示衛(wèi)星 1, 2 和地球質(zhì)心的坐標(biāo)。按目前的方案， 全球定位系統(tǒng)的空間部分使用 24 顆高度約 20200 千米的衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座。用戶設(shè)備部分一 GPS 信號接收機(jī)。 在用 GPS 信號導(dǎo)航定位時，為了計算測點的三維坐標(biāo)，必須觀測 4 顆 GPS 衛(wèi)星，稱為定位星座。主控站設(shè)在范登堡空軍基地，它對地面監(jiān)控部實 行全面控制。目前，世界上有很多廠家生產(chǎn) GPS 接收機(jī)，產(chǎn)品數(shù)目繁多，性能差異也各有千秋 [(6](710 技術(shù)特點 1)定軌精度 :廣播星歷是由美國本土以及海外軍事基地上的 5 個衛(wèi)星監(jiān)測站的觀測數(shù)據(jù)解算的。這些信號分量都是在同一個基本頻率 FO= 的控制下產(chǎn)生的。為了盡量降低 SA 政策對定位精度的影響和盡可能的消除或減少上面提到的誤差，人們提出了差分 GPS 技術(shù)，即 DGPS(Differential GPS)。衛(wèi)星 4 到接收機(jī)之間的距 離。應(yīng)用最廣的是美國的 GPS 全球定位系統(tǒng)，以前由于美軍人為施加了 SA干擾，使美軍之外的用戶只能得到位置精度 100 米，授時精度 340 納秒的服務(wù)。當(dāng)前在我國應(yīng)用最多的還是美國的 GPS 系統(tǒng) yu10 2. 6 GPS 系統(tǒng)的優(yōu)點 GPS 系統(tǒng)是一種全球性、全天候、連續(xù)的衛(wèi)星無線電導(dǎo)航系統(tǒng) [[31]。 GPS 接收機(jī)根據(jù)NMEA0183 協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到 PC 機(jī)、 PDA等設(shè)備。由于嵌入式操作系統(tǒng)種類繁多，而且?guī)缀趺恳环N操作系統(tǒng)都有自己的一套集成開發(fā)環(huán)境，這些開發(fā)環(huán)境相互之間差別較大，而且和應(yīng)用廣泛的 PC 集成開發(fā)環(huán)境也不相同，所以基于嵌入式的開發(fā)難度較大，開發(fā)周期也相對較長，人力、財力投入較大，適 合并行開發(fā)。相對于單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)，單板機(jī)開發(fā)成本高，體積大，較適用于大型監(jiān)控系統(tǒng)中。 綜合分析后，由于考慮到開發(fā)成本、控制模塊的性能以及調(diào)試和維護(hù)等方面的因素，本設(shè)計選用方案 3 來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。 第 4 章系統(tǒng)硬件設(shè)計 系統(tǒng)終端的總體硬件結(jié)構(gòu) 由于該系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的提取和處理，還涉及到導(dǎo) 航定位顯示的問題，其主要組成部分是 GPS 接收板， C8051F020 微處理器，時鐘芯片，穩(wěn)壓電源模塊， OCM12864 顯示屏及外接按鍵、 LED 顯示燈等。在本次開發(fā)中，主要考慮對 C8051F020 的以下功能部件的設(shè)計 : 首先，使用兩個硬件串口。 2,穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計 穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計，我們采用了精工穩(wěn)壓電源芯片 S1112，可以保證數(shù)據(jù)終端工作穩(wěn)定可靠。1a 4. 1. 3 LCD 模塊電路設(shè)計 本設(shè)計選擇的是 OCM128641 型 LCD，它是一款 128 列 X64 行的點陣單色字符圖形顯示模塊，它有 8 位并行數(shù)據(jù)接口，模塊內(nèi)藏 64X64 的顯示數(shù)據(jù) RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對應(yīng)于 LCD 屏上一個點的亮、暗狀態(tài)。其它參數(shù) 如下所示 : 性能參數(shù) : L 1 頻率， GPS C/A 碼 4Hz的定位更新速率 一精確度，定位 。 GND，輸入端接地，接公共地端，大地 。如果使用的 是有源天線則在該引腳的輸入端加 100hm 電阻，連到天線偏置電壓或 VCCJ 妞，作為電路短路保護(hù)和天線監(jiān)測 。 N 輸入端，硬件復(fù)位，不用時懸空 。一般選用天線的參數(shù)為增益 27dB 左右，噪聲系數(shù) 左右。 17. EXTINTO 外部中斷，內(nèi)置上拉電阻到 V BAT，不用時懸空 。 20. ADDET N 輸入端，有源天線保護(hù)，作為天線監(jiān)測電路的信號輸入端，不用時 懸空。 S. VDDIO 輸入