【文章內容簡介】 ............. 8 基于單片機的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設計硬件電路簡介 .................................................. 8 STC89C52 簡介 ....................................................................................................... 8 SiRF Star II GPS 信號接收模塊 .............................................................................. 12 12864 液晶顯示模塊介紹 ....................................................................................... 13 基于單片機的 GPS 硬件連接介紹 ................................................................................... 15 第四章 基于單片機的 GPS 軟件設計 .................................................... 17 NMEA0183 數(shù)據(jù)格式 ..................................................................................................... 17 輸入語句 .............................................................................................................. 17 輸出語句 .............................................................................................................. 18 基于單片機的 GPS 定位系統(tǒng) 軟件開發(fā)環(huán)境 ―Keil uVision2 ............................................. 20 8051 開發(fā)工具 ....................................................................................................... 20 uVision2 集成開發(fā)環(huán)境 .......................................................................................... 20 編輯器和調試器 ................................................................................................... 21 測試程序 .............................................................................................................. 22 Keil C 編譯步驟 .................................................................................................... 23 基于單片機的 GPS 軟件設計思路 ................................................................................... 25 模塊軟件設計 ................................................................................................................ 26 液晶模塊初始化模塊 ............................................................................................ 26 GPS 數(shù)據(jù)接收模塊 ................................................................................................ 29 第五章 系統(tǒng)調試與實驗結果 .......................................................... 31 硬件調試 ....................................................................................................................... 31 軟件調試 ....................................................................................................................... 31 實驗結果 ....................................................................................................................... 32 實驗 結果分析 ................................................................................................................ 33 第六章 總結 ........................................................................ 34 致謝 ............................................................................... 35 參考文獻 ........................................................................... 36 附錄 ............................................................................... 37 第一章 緒論 課題 背景及意義 1978 年 2 月 22 日第一顆 GPS 試驗衛(wèi)星的入軌運行，開創(chuàng)了以導航衛(wèi)星為動態(tài)已知點的無線電導航定位的新時代。 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導航定位信號，是一種可供無數(shù)用戶共享的空間信息資源 [1]。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 信號的接收機，就可以全天時、全天候和全球性 的 測量運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維 狀態(tài)參數(shù)。其用途 之廣，影響之大，是 其他無線電接收 裝置都 望塵莫及的。不僅如此， GPS 衛(wèi)星的入軌運行，還為大地測量學、地球動力學、地球物理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學提供了一種高精度、全天時、全天候的測量新技術?？v觀現(xiàn)狀， GPS 技術有 如下 用途。 GPS 技術的陸地應用 GPS 技術在陸地上的開發(fā)應用可以體現(xiàn)在許多方面，如： 各種車輛的行駛狀態(tài)監(jiān)控；旅游者或旅游車的景點導游；應急車輛 的快速引導行駛；高精度時間比對和頻率控制；大氣物理觀測；地球物理資源勘探；工程建設的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測；板內運動狀態(tài)和地殼形變測量；陸地以及海洋大地測量基 準的測定；工程、區(qū)域、國家等各種類型大地測量控制網(wǎng)的測量和建設等 。 GPS 技術的海洋應用 GPS 技術在海洋方面有著極其重要的作用，比如： 遠洋船舶的最佳航線測定；遠洋船隊在途中航行的實時調度和監(jiān)測；內河船只的實時調度和自主導航測量；海洋救援的搜索和定點測量；遠洋漁船的結隊航行和作業(yè)調度；海洋油氣平臺的就位和復位測定；海底沉船位置的精確探測；海底管道鋪設測量；海岸地球物理勘探；水文測量；海底大地測量控制網(wǎng)的布測；海底地形的精細測量；船運貨物失竊報警；凈化 海洋；海洋糾紛或海損事故的定點測定；港口交通管制；海洋災難檢測 等 。 GPS 技術的航空應用 GPS 技術在航空方面的應用主要體現(xiàn)在： 民航飛機的在途自主導航；飛機精密著陸；飛機空中加油控制；飛機編隊飛行的安全保護；航空援救的搜索和定點測量；機載地球物理勘探；飛機探測災區(qū)大小和標定測量；攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量 等 。 GPS 技術的航天應用 GPS 技術在航天方面 同樣 也有著很重要的作用： 低軌道通訊衛(wèi)星群的實時軌道測 量；衛(wèi)星入軌和衛(wèi)星回收的實時點位測量；載入航天器的在軌防護探測；星載 GPS 的遮掩天體大 小和大氣參數(shù)測量；對地觀測衛(wèi)星的七維狀態(tài)參數(shù)和三維 狀 態(tài)參數(shù)測量 [2]。 由此可見 ， GPS 技術已經(jīng)延伸到各個領域的方方面面，但是要完成以上所述的各種用途，最基本的就是要具備能夠接收 GPS 信號并且能夠調制輸出的設備，而 這種 設備最基本的功能就是能 夠 顯示當時所處地點的經(jīng)緯度以及 UTC 標準時間?，F(xiàn)在世面上已經(jīng)有許多基于 GPS 接收模塊所開發(fā)的產(chǎn)品， 如 GPS 手持機、車載 GPS 導航儀等等，雖然其功能強大，但價格 相對而言 比較昂貴，而且對于普通應用 沒有必要。所以 基于 這種情況 下， 本次設計針對普通用戶使用 GPS 的切實需要，設計并制 作 基于單片機 的 GPS定位信息顯示系統(tǒng)。 論文主要內容 本次設計的主要任務 是在 GPS 和單片機的理論知識基礎上，選擇合適的單片機提取 GPS 接收 模塊 接收 的數(shù)據(jù)并且由液晶顯示模塊顯示接收的數(shù)據(jù)。 在此次設計過程中，主要熟悉所選用的 GPS 接收模塊的 性能指標，學習 NMEA 封包并懂得 如何 使用 NMEA 輸出命令，結合單片機的相關知識能實現(xiàn)對 GPS 接收到的衛(wèi)星信息進行提取，并在液晶顯示器上選擇性的顯示需要的數(shù)據(jù)。 第二章 GPS 定位信息顯示 系統(tǒng) 方案設計 GPS 全球定位系統(tǒng)簡介 全球定位系統(tǒng) (GPS)是 本世紀 70 年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成 部分 。 全球定位系統(tǒng)由三部分構成： (1) 地面控制部分，由主控站 (負責管理、協(xié)調整個地面控制系統(tǒng)的工作 )、地面天線 (在主控站的控制下，向衛(wèi)星注入尋電文 )、監(jiān)測站 (數(shù)據(jù)自動收集中心 )和通訊輔助系統(tǒng) (數(shù)據(jù)傳輸 )組成 。 (2) 空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個 軌 道平面上 。 (3) 用戶裝置部分， 主要由 GPS 接收機和衛(wèi)星天線組成 [3]。 這三部分的相互關系 如圖 所示。 圖 GPS 全球定位系統(tǒng) 組成 1978 年 2 月 22 日，第一顆 GPS 試驗衛(wèi)星的發(fā)射成功，標志著工程研制階段的開始。1989 年 2 月 14 日，第一顆 GPS 工作衛(wèi)星的發(fā)射成功，宣告 GPS 系統(tǒng)進入了生產(chǎn)作業(yè)階段。 GPS 系統(tǒng)經(jīng)過 16 年 的發(fā)射試驗衛(wèi)星，到開發(fā) GPS 信號應用，進而發(fā)射工作衛(wèi)星，終于在 1994 年 3 月建成了信號覆蓋率達到了 98％ 的 GPS 工作星座，它由 24顆 Block2衛(wèi)星衛(wèi)星組成。 Block2 衛(wèi)星如圖 所示。 圖 Block2 衛(wèi)星圖 全球定位系統(tǒng) 有很多特點，其 主要特點 如下 ： (1) 全天候； (2) 全球覆蓋； (3) 三維定速定時高精度； (4) 快速省時高效率 ； (5) 應用廣泛多功能。 24 顆 GPS 衛(wèi)星在離地面 2 萬公里的高空上，以 12 小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時 接收到 6 顆以上 GPS 衛(wèi)星的定位信息。只要有 4 顆衛(wèi)星的定位信息， GPS 接收機就能向用戶提供三維坐標、時間及移動速度等信息參數(shù)。 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在 GPS 觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收 設備 的距離， 根據(jù) 三維坐標中的距離 公式，利用 3 顆衛(wèi)星，就可以組成 3 個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)?？紤]到衛(wèi)星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有 4 個未知數(shù)， X、 Y、 Z和鐘差，因而需要引入第 4 顆衛(wèi)星，形成 4 個方程式進行求解，從而得到觀測點的經(jīng)緯度和高程。 由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的 SA 保護政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 米。美國政府宣布 從 20