【正文】 數(shù)目不足6顆無法獨立成網，而伽利略和北斗系統(tǒng)正在建立過程中，所以GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)無疑占據(jù)著最大的市場并有著最高的工作穩(wěn)定性。 (2)縱觀國內的GPS導航市場，成型的GPS導航定位產品價格各異，少則上千多則上萬，且性能差距較大。因此，為了開發(fā)成本低、體積小、性能穩(wěn)定的定位導航終端，選擇一種合適的控制器至關重要。第三章系統(tǒng)總體設計。LZ載波信號的頻率為1246^ 1256MHz。 4)定位精度:導航定位精度比目前任何系統(tǒng)都高。而兩個定位球又和地面相交產生兩個定位圓，用戶必定位于兩個定位圓相交的兩個點上(這兩個交點一定是以赤道為對稱軸南北對稱的)。全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應用廣的特點，是迄今最好的導航定位系統(tǒng)。GPS工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。法向誤差士3m。對于載波信號雙頻機，它能有效的消除電離層延時誤差，其相對定位精度可達:士((1 mm+lppm X D )。因此，GLONASS很難在由GPS統(tǒng)治的全球導航服務市場中占據(jù)一席之地。 GPS導航定位系統(tǒng)是一個多技術融合的技術系統(tǒng)，需要的基礎支持技術包括GPS定位技術、地理信息描述、通信技術及信息處理技術等。在定位導航過程中，定位導航終端需存儲大量的歷史定位數(shù)據(jù)，一般常用的單片機(如51單片機、MOTOROLA單片機等)自帶的FLASH ROM一般為4K, 8K等，遠不能滿足存儲要求。由于GPS接收機使用串口與單片機相連，而連接PC機也要占用單片機的一個串口資源，因此所選單片機必須有兩個硬件串口。此外，還內置電源開/關控制電路，以延長電池的使用壽命。它采用新穎的方案來抑制干擾并降低多基于單片機的GPS導航裝置的設計徑效應，從而以較低的功耗，在最具挑戰(zhàn)性的室內外場所提供出色的服務。，串口輸入，最大容許輸入電壓5V，內置上拉電阻到V BAT。 天線接入模塊較為復雜，屬于微波范圍。然而，美國Cygnal公司新近推出的高性能的C8051 FXXX系列單片機徹底改變了人們對以前8051單片機速度慢、性能低的印象。眾多的復位源使系統(tǒng)在掉電方式下，可隨意喚醒，從而可靈活地實現(xiàn)零功耗系統(tǒng)設計。而且它的JTAG邏輯還為在系統(tǒng)測試提供了邊界掃描功能。 表41 JTAG引腳定義通過JTAG接口加適配器把用戶最終產品連接到計算機上。兼容5V邏輯輸入，內含2路接收、2路發(fā)送串口通信接口，具有低功耗、高數(shù)據(jù)率、增強型ESD保護等特性。圖412 LCD接口電路抗干擾設計是單片機應用系統(tǒng)設計的重要組成部分，沒有良好的抗干擾措施，系統(tǒng)就無法安全可靠的工作。一個好的軟件設計，要充分考慮采取必要的抗干擾措施，利用軟、硬件相結合實現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾是單片機控制系統(tǒng)具有的特殊優(yōu)點之一。//使能外部晶體， for(i=O。當選擇了串行通信外設(即SMBus、或UART)時交叉開關將為所有相關功能分配引腳，例如:不能為UARTO功能只分配TXO引腳而不分配RXO引腳。 //P l .0P } UARTO的初始化C8051F020有兩個獨立的增強型全雙工的串行口，兩個串口總線都是用硬件實現(xiàn)，都能向CIP51產生中斷，因此需要很少的CPU的干預。 XBR2=0x04。因為交叉開關寄存器影響器件外設的引出腳，所以它們通常在外設被配置前由系統(tǒng)的初始化代碼配置。同時外部振蕩器控制寄存器(OSCXCN)的64位控制外部振蕩器運行方式，外部振蕩器控制寄存器(OSCXCN)的20位控制外部振蕩器頻率。7加粗地線和電源線，以減小壓降，降低禍合噪聲。該MCU具有PO}P7共64個通用I/0端口，每個端口引腳都可以被配置為推挽輸出或漏極開路輸出[25]。對于一般全雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。時鐘電路與復位電路采用的是傳統(tǒng)8051單片機的典型電路，在此不做介紹。(6)先進的在系統(tǒng)調試 C8051F改變了傳統(tǒng)的仿真調試，使用基于標準的JTAG接口(IEEE )在系統(tǒng)調試。平均每個時鐘周期可以執(zhí)行完1條單周期指令。只要模塊輸出定位數(shù)據(jù)，LED就會隨著脈沖信號的到來不斷的閃爍。一般選用天線的參數(shù)為增益27dB左右。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，作為電路短路保護和天線監(jiān)測。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。 2,穩(wěn)壓電源模塊設計 穩(wěn)壓電源模塊設計，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。第4章系統(tǒng)硬件設計 由于該系統(tǒng)不僅要實現(xiàn)導航數(shù)據(jù)的提取和處理，還涉及到導航定位顯示的問題，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。相對于單片機和嵌入式系統(tǒng)，單板機開發(fā)成本高，體積大，較適用于大型監(jiān)控系統(tǒng)中。GPS接收機根據(jù)NMEA0183協(xié)議的標準規(guī)范，將位置、速度等信息通過串口傳送到PC機、PDA等設備。應用最廣的是美國的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。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，即DGPS(Differential GPS)。目前，世界上有很多廠家生產GPS接收機，產品數(shù)目繁多，性能差異也各有千秋[(6](710 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。 在用GPS信號導航定位時，為了計算測點的三維坐標，必須觀測4顆GPS衛(wèi)星，稱為定位星座。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。1)服務區(qū)域:東經70度~145度，北緯50度~55度。2004年10月，中歐Galileo計劃技術合作協(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 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)。CTS跟蹤遙控著所有GLONASS可視衛(wèi)星，對其進行測距數(shù)據(jù)的采集和處理，并向各衛(wèi)星發(fā)送控制指令和導航信息。 (5)通過實際點的取樣，對道路進行描繪。 GPS定位導航終端中控制器的選擇直接影響到整個系統(tǒng)的性能。雖然與現(xiàn)階段比較成熟的定位導航產品有一定差異，但也算是對定位導航的一種簡單嘗試。2000年12月21日我國成功發(fā)射第二顆“北斗導航試驗衛(wèi)星”，與發(fā)射的第一顆“北斗導航試驗衛(wèi)星”構成了“雙星導航定位系統(tǒng)”。本課題設計正是基于此開展GPS自主定位系統(tǒng)的研究。給出了系統(tǒng)的總體設計方案并闡述了終端設計方法、開發(fā)方法和開發(fā)過程。OCM12864。該計劃還在實施當中。后PC時代的來臨為我們快速拉近與發(fā)達國家的相關科技距離提供了前所未有的機遇。如果利用專業(yè)電子地圖開發(fā)軟件，其開發(fā)成本昂貴。 (3)設計了GPS接收板電路和控制板電路并制作PCB板。衛(wèi)星高度H=19100km。2005年12月27日，第一顆伽利略衛(wèi)星GLOVEA發(fā)射升空，第二顆衛(wèi)星GLOVEB于20%年發(fā)射，這標志著伽利略衛(wèi)星定位系統(tǒng)正式進入實施論證階段。測軌標校站為精確測量衛(wèi)星的位置提供基準測量數(shù)據(jù)。在雙星系統(tǒng)中，高程值由數(shù)字地圖或氣壓測高站提供。這樣，對于地面觀測者來說，每天將提前4分鐘見到同一顆GPS衛(wèi)星。GPS衛(wèi)星發(fā)送的導航定位信號是一種可供無數(shù)用戶共享的信息資源。這種采用SA技術的C/A碼定位技術稱為標準定位服務精度(SPS, Standard Positioning Service). SA的實施有兩種技術，一種是降低了衛(wèi)星鐘的短期穩(wěn)定性，另一種是使衛(wèi)星廣播星歷的精確性降低。 Vti (i=1, 2, 3, 4)一分別為衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。 3)全球覆蓋連續(xù)導航定位 由于GPS有24顆衛(wèi)星，且分布合理，軌道高達20200km，所以在地球上和近地空間上任何一點，均可連續(xù)同頻地觀測4顆以上衛(wèi)星、實現(xiàn)全球、全天候連續(xù)導航定位。通常來講，單板機的處理能力強于嵌入式系統(tǒng)，而且單板機的外圍接口豐富，所以開發(fā)西南石油大學碩士研究生學位論文時不需要進行外圍電路設計。3. 4. 2 GPS模塊的選取 對于GPS模塊的選擇而言，通常從技術參數(shù)，支持通信協(xié)議，控制接口和成本幾個方面考慮。 再次，使用64K字節(jié)大容量閃速存儲器和4352字節(jié)內部數(shù)據(jù)RAM (4K+256). 64Kflash ROM可以滿足本次開發(fā)的需要，不需要另外擴展程序存儲器。以下各節(jié)將詳細敘述各模塊接口的設計情況[161a4. 2 GPS接收板設計4. 2. 1 GPS模塊LEA5H介紹 LEA5H模塊的尺寸非常小(17**3mm )，具有高度的功能集成，從某種程度上減少了占板空間，擁有32通道捕獲引擎，18通道GPS+Galileo跟蹤引擎，帶有節(jié)能模式，支持無源天線和有源天線并具備天線短路和開路檢測和保護。天線部分:，來自天線的GPS信號輸入端。，不用時懸空。串行口與PC機接口電路圖(如圖47所示): 圖47串口電路 由于GPS模塊在外圍電路的構建下形成具有接收信號能力的接收機，當其正常運行時，也就是能接收衛(wèi)星信號并輸出定位數(shù)據(jù)時，每秒就會從第28引腳輸出一個時鐘脈沖(lpps)。 圖49 C8051F020功能結構圖 本次設計選用的是C8051F020作為數(shù)據(jù)終端的主控芯片，該芯片是一種在系統(tǒng)可編程、完全集成的混合信號系列級MCU芯片。(5)大容量存儲器 CIP51具有標準8051的程序和數(shù)據(jù)地址配置。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應用選擇通用端口I/0和所需數(shù)字資源的組合。大家知道RS232接口不能與單片機的異步串行通信接口直接相連就是因為單片機的TTL電平是正邏輯規(guī)定的邏輯電平。6EI數(shù)據(jù)輸入輸出引腳7DB0I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳8DB1I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳9DB2I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳10DB3I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳11DB4I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳12DBSI/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳13DB6I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳14DB7I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳15CSII片選信號，高電平時選擇左半屏16CS2I片選信號，高電平時選擇右半屏17RETI復位信號，低電平有效18VEE0LCD驅動，負電壓輸出，對地接l OK電位器19LEDA背光電源，LED+ (SV)o 20LEDA背光電源，LED (5 V ) o4. 5. 2 LCD顯示模塊與C8051F020單片機硬件接口設計由于C8051F020是美國Cygnal公司推出的一種混合信號SoC型8位單片機，是集成度很高的混合信號系統(tǒng)級的芯片。，放置大電容是為了去除低頻干擾，而小電容是為了防止高頻干擾。可使用OSCICN寄存器中的CLKSL位，在兩個振蕩器之間隨意切換。未被指定的端口引腳作為通用I/0引腳，通過讀或寫相應的端口數(shù)據(jù)寄存器訪問端口，既可以按位尋址也可以按字節(jié)尋址。在本設計中，需要將UARTO與GPS模塊串口進行通信，而UART 1作為與PC機通信。通過設置SCONO寄存器中的配置位選擇不同方式，這四種方式提供不同的波特率和通信協(xié)議，(如表51所示)。因此，端口數(shù)據(jù)寄存器和端口輸出方式寄存器(PnMDOUT)的值對這些引腳的狀態(tài)沒有影響。//等待晶振頻率穩(wěn)定，至少lms while ((OSCXCNamp。3今采用設置程序監(jiān)視器(Watchdog一看門狗)有效的解決死循環(huán)問題。4. PCB抗干擾設計1合理的設置插接件，電源插接件與信號插接件之間保持一定的距離，在接插座上增加接地針數(shù)。在正常運行模式下，若芯片在接收引腳沒有檢測到有效信號，將自動進入SHUTDOWN模式，此時耗電luAo在ONLINE功能有效時，如果監(jiān)測到接收或發(fā)送引腳有信號輸入，該芯片自動被激活而轉入正常工作狀態(tài)。單片機與GPS模塊都具有異步串行接口，}，}。的工作情況與標準8051相似，但有一些改進。R ST弓}腳。 。它不僅穩(wěn)壓精度高，而且壓差較小，省電，而且輸出紋波極小，對整機的干擾也小。系統(tǒng)部分:12. BOOT INT輸入端，啟動模式。其結構(如圖43所示): 圖43 GPS模塊功能結構組成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。TO235小型封裝，故可高密度安裝}139。與普通的8051有相同的內核，開發(fā)容易，而且支持C語言源程序調試。但是選用具有功能強大的C8051F系列單片機就彌補了以上不足。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應用程序編程。雖然伽利略導航系統(tǒng)主要用于民用，且在導航精度上要優(yōu)于其他系統(tǒng)，但是目前該系統(tǒng)正處于系統(tǒng)開發(fā)以及相關技術的驗證階段，離實用還有一段距離。同時收集到至少四顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時就可以解算出三維坐標、速度和時間(如圖21所示)[301a 假設t時刻在地面待測點上安置GPS接收機，可以測定GPS信號到達接收機的時間，再加上接收機所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定四個方程式(如公式22所