【正文】 一般選用天線的參數(shù)為增益 27dB 左右，噪聲系數(shù) 左右。 ，不用時懸空。 ， USB 啟動時間配置引腳，不用時懸空 。 17. EXTINTO 外部中斷，內置上拉電阻到 V BAT，不用時懸空 。 N 輸入端，硬件復位，不用時懸空 。 DP, I/0 口 USB 輸入 /出端。 輸入端，串口輸入，最大容許輸入電壓 5V，內置上拉電阻到 V BAT。 20. ADDET N 輸入端，有源天線保護，作為天線監(jiān)測電路的信號輸入端，不用時 懸空。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 。注意引腳到天線間 SOOhm阻抗匹配 。 11. Vwe BAT 輸入端，備用電源，接備用電源，增強熱啟動特性，否則接地。 S. VDDIO 輸入端，為數(shù)字 I/0 引腳提供輸入電壓，必須與 VDD 180UT } VCC 或 其他特定值的電壓源相連，不能懸空，否則輸出端將不工作 。 GND，輸入端接地，接公共地端，大地 。這些特點的組合使此模塊能適應包括高性能、低電耗和小體積等關鍵要求的運用場合 [” ]。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。由一百多萬個相關器組成的專用捕獲引擎可以在整個時間 /頻率空間內進行搜索，即便在信號惡劣的條件下也可瞬間找到衛(wèi)星，首次定位時間小于 1秒，捕獲靈敏度可達 160dBm。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 ?？删幊糖铱膳渲玫?Flash EPROM 為數(shù)據(jù)的存儲提供了充足的空間。同時，模塊化設計也有助于系統(tǒng)開發(fā)的組織管理。 在硬件設計中采用了模塊化設計思想。1a 4. 1. 3 LCD 模塊電路設計 本設計選擇的是 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，模塊內藏 64X64 的顯示數(shù)據(jù) RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對應于 LCD 屏上一個點的亮、暗狀態(tài)。因采用 SNT 6A (H(僅限 S1112 系列 )。此外，還內置電源開 /關控制電路，以延長電池的使用壽命。由于內置了低導通電阻晶體管，因而電壓差低，且能夠獲得較大的輸出電流。 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。數(shù)據(jù)存儲器用來做數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。通過 JTAG 接口與用戶系統(tǒng)直接連接，不再需要另外的仿真工具，可以在線調試和下載。串口 1 經(jīng)過 SP3223E 電平轉換芯片與 PC 機進行通信，串口 0 與 GPS模塊連接，實現(xiàn)與接收機的通信。在本次開發(fā)中，主要考慮對 C8051F020 的以下功能部件的設計 : 首先，使用兩個硬件串口。選擇此單片機作為主控芯片不僅僅是因為它具有兩個硬件串口而是基于諸多因素考慮 :C8051F020 功能強大，幾乎在單片機中包括了所有常用的功能 。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。 4. 1. 1 GPS 接收板的設計 GPS 接收板作為衛(wèi)星導航電文的接收端，它通過外接的有源天線將接收來的 高頻信號送到 GPS 模塊的 RF 端口，經(jīng)過運算處理后將定位數(shù)據(jù)通過其串口傳送給上位機 [” ]。 第 4 章系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)終端的總體硬件結構 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。目前商用的 GPS 模塊，大都支持 16 通道，采用 C/A 編碼，其中最大更新速率為 4Hz，對于具有授時功能，或具有 DGPS 差分功能等的模在 價格上要高出許多。并通過單片機控制液晶顯示屏，根據(jù)提取的有用信息在我們描述的道路中顯示當前的測試點，以達到定位導航的目的。整個定位導航終端的系統(tǒng)軟件都存放在該單片機的存儲器中，它是該終端的“心臟 ”。 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試和維護等方面的因素，本設計選用方案 3 來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。而且一般常用的51 單片機本身沒有看門狗電路，程序在運行中遇到干擾容易跑 飛，更增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。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。單片機由于具有成本低、控制系統(tǒng)組成靈活方便、調試方便和維護簡單的特點，因此獲得廣泛應用。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。在結構上，單板機和通用 PC 一樣，可支持通用的 PC 操 作系統(tǒng)，通用 PC 上的應用軟件可直接進行移植。在開發(fā)應用上可以將單板機看作通用 PC 來處理。 (2)基于單板機的實現(xiàn)方案 單板機即單板計算機，又稱嵌入式 PC，它將通用 PC 上的必要資源如微處理器、各種 1/0 端口， PCI 插槽等集成到一個體積較小的單板上，一因此在性能上和通用 PC 沒有太大的區(qū)別。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)。 系統(tǒng)方案選取 常見導航定位系統(tǒng)實現(xiàn)方案 目前，針對各種 GPS 導航系統(tǒng)雖然它們的性能有所差異，開發(fā)環(huán)境各不相同，但是其實現(xiàn)方案大致如下 : (1)基于嵌入式的實現(xiàn)方案 嵌入式系統(tǒng)一般指非 PC 系統(tǒng)，其硬件部分包括處理器 /微處理器，存儲器及外設器件和 I/0 端口、圖形處理器等 。 系統(tǒng)的組成 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。要對 GPS信息進行提取首先要明白其幀結構 ( 如圖 22 所示 ):NMEA Protocol Frame$一 }Acidress仁毛 value}_「牛咋曲贖 cksum}CRLF圖 22 NMEA協(xié)議幀結構 本課題中我們所需要的信息比如經(jīng)緯度、經(jīng)緯度方向、 GPS 定位狀態(tài)、和接收信號的時間等都可以從“ $GPRMC”幀中獲取，因此下面對“ $GPRMC”具體幀格式簡要介紹 : $GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hhCRLF 1 UTC 時間， hhmmss(時分秒 )格式 2定位狀態(tài)， A=有效定位， V 二無效定位 3緯度 (度分 )格式 (前面的 0 也將被傳輸 ) 4緯度半球 N(北半球 )或 S(南半球 ) 5經(jīng)度 (度分 )格式 (前面的 0 也將被傳輸 ) 6經(jīng)度半球 E(東經(jīng) )或 W(西經(jīng) ) 7地面速率 (^ 節(jié)，前面的 0 也將被傳輸 ) 8地面航向 (^ 度，以真北為參考基準，前面的 0 也將被傳輸 ) 9 UTC 日期， ddmmyy 舊月年 )格式 10磁偏角 ( 度，前面的 0 也將被傳輸 ) 11磁偏角方向， E(東 )或 W(西 ) 12模式指示 (僅 NMEA0183 版本輸出， A=自主定位， D=差分， E 二估算， N 二數(shù)據(jù)無效 第 3 章系統(tǒng)總體設計 系統(tǒng)功能 本文研究 的定位導航系統(tǒng)是綜合運用 soc 技術、 GPS 技術和通信技術。 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。 2. 7 GPS 通信協(xié)議 NMEA0183 協(xié)議是 GPS 接收機應當遵守的標準協(xié)議， 也是目前 GPS 接收機上使用最廣泛的協(xié)議，大多數(shù)常見的 GPS 接收機、 GPS 數(shù)據(jù)處理軟件、導軟件都遵守或者至少兼容這個協(xié)議。這種方式隱蔽性好，而且可容納無數(shù)多用戶。利用 GPS 進行導航定位 ， 1 秒即可完成一次定位，對高動態(tài)用戶尤其重要。當前在我國應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)星無線電導航系統(tǒng) [[31]。而且北斗導航定位系統(tǒng)需要中心站提供數(shù)字高程圖數(shù)據(jù)和用戶機發(fā)上行信號，從而使該系統(tǒng)的用戶容量、導航定位維數(shù)、隱蔽性方面受到限制。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。盡管 GLONASS系統(tǒng)沒有進行 SA 千擾，但由于俄羅斯政府的經(jīng)濟狀況不佳，無法及時發(fā)射新的衛(wèi)星以替代達到或接近服務壽命的衛(wèi)星。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。 vto 一為接收機的鐘差。 xi, yi, zi (i=1, 2, 3, 4)一分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 在 t 時刻 的空間直角坐標，可由衛(wèi)星導航電文求得。為 GPS 信號的傳播速度 (即光速 )。衛(wèi)星 4 到接收機之間的距 離。每顆 GPS 衛(wèi)星時刻發(fā)布其位置和時間數(shù)據(jù)信號，用戶接收機可以測量每顆衛(wèi)星信號到接收機的時間延遲，根據(jù)信號傳輸?shù)乃俣染涂梢杂嬎愠鼋邮諜C到不同衛(wèi)星的距離。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 )。而測距精碼 ((P 碼 )的測距精度約為士 。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)。由于 SA 的影響，引起的等效偽距測量誤差大約為 30 米，這是影響 GPS 定位精度的最主要原因。 l] e 美國國 防部 1992 年宣布在所有 GPS 衛(wèi)星上實施選擇可用性 (SA,Selective Availability)技術，降低 C/A 碼的水平定位精度和垂直方向的定位精度，在水平方向上為 100 米，垂直方向上為 156 米。 GPS 衛(wèi)星的測距和數(shù)據(jù)碼是采用調相技術調制到載波上，即在兩個波段 (L1= 和 L2=)的載波信號中。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。值得指出的是，由國際 GPS 地球動力學服務組織 (IGS)所測算預報的精密星歷比美國軍方測定的精密星歷的精度要高得多，衛(wèi)星位置精度可達土 3 厘米 。法向誤差士 3m。廣播星歷所預報的衛(wèi)星位置的切向誤差士 5m。目前，世界上有很多廠家生產(chǎn) GPS 接收機，產(chǎn)品數(shù)目繁多，性能差異也各有千秋 [(6](710 技術特點 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。對于陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要用戶擁有能夠接收、跟蹤、變換和測量 GPS 信號的接收設備，即 GPS 信號接收機，就可以在任何時候用 GPS 信號進行導航定位測量。 3)用戶設備部分一 GPS 信號接收機 GPS 信號接收機的任務是 :能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號，并跟蹤這些衛(wèi)星的運行，對所接收到的 GPS 信號進行變換、放大和處理，以便測量出 GPS 信號從衛(wèi)星到接收機天線的傳播時間，解譯出 GPS 衛(wèi)星所發(fā)送的導航電文，實時地計算出測點的三維位置，甚至三維速度和時間。注入站的主要任務是在主控站的控制下，將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導航電文和其他控制指令等，注入到相應衛(wèi)星的存儲系統(tǒng)，并檢測注入信息的正確性。主控站設在范登堡空軍基地，它對地面監(jiān)控部實 行全面控制。監(jiān)控站設有 GPS 用戶接收機、原子鐘、收集當?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進行數(shù)據(jù)初步處理的計算機。 GPS 工作衛(wèi)星的編號和試驗衛(wèi)星基本相同。對于某地某時，甚至不能測得精確的點位坐標，這種時間段叫做“間隙段”。 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。位于地平線以上的衛(wèi)星顆數(shù)隨著時間和地點的不同而不同，最少可見到 4 顆，最多可見到 11 顆。在兩萬公里高空 的 GPS 衛(wèi)星，當?shù)厍驅阈莵碚f自轉一周時，它們繞地球運行約二周，繞地球一周的時間為差兩分鐘 12 恒星時。 24 顆衛(wèi)星均勻分布在 6 個軌道平面內，軌道傾角為 55 度，各個軌道平面之間相距 60 度。用戶設備部分一 GPS 信號接收機。 2. 4. 1 GPS 系統(tǒng)的組成 GPS系統(tǒng)包括三大部分 :空間部分一 GPS衛(wèi)星星座 。全球定位系統(tǒng)具有性能好、精度高、應用廣的特