【正文】 DB9 座的模塊），這個電源可以用單獨的開 關(guān)電源或電池供電， 也可以是從單片機開發(fā)板上直接供電 使用 軟件通過電腦測試 GPS 首先介紹測試前的準備（ TTL 轉(zhuǎn)接板） GPS 的工作模式是電源通電即從其 TXA 腳上輸出 NMEA 格式的數(shù)據(jù)包（剛啟動和沒有信號的情況下數(shù)據(jù)包是無效的）因此使用時只需要給 GPS 提供 5V 供電并將 GPS 的 TXA 引腳接到單片機或者 TTL 轉(zhuǎn) USB 小板（或者 TTL 轉(zhuǎn) DB9 小板）的 RXD 上就行，而 GPS 的 RXA（ RXD）引腳則用不上 硬件準備 使用串口助手測試 GPS 時需要有 TTL 轉(zhuǎn) USB 或者 TTL 轉(zhuǎn) DB9 的轉(zhuǎn)接小板（帶 DB9 口的可不使用轉(zhuǎn)接板，但是部分 GPS 的 DB9 口是針座的（公頭），因為設(shè)計的時候主要是為了兼容單片機及 ARM 開發(fā)板，由于臺式機上的 DB9 串口座也是公頭的，因此需要一根母對母的串口線來連接 GPS 與電腦） 沒有小板的話也可使用帶下載功能的 51 單片機開發(fā)板代 替，方法如下： 由于 51 單片機開發(fā)板下載電路是通過 RS232 轉(zhuǎn) TTL 的 MAX232（或者是 STC232）芯片或者是 USB 轉(zhuǎn) TTL 的 PL2303 芯片來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的，因此可以借用該 電路實現(xiàn) GPS 與電腦的通信。 拔下開發(fā)板電源線，并取下單片機。 20 使用 軟件通過電腦測試 GPS 。 19 ，這個位有兩種值‘ N’ （北緯）和‘ S’ （南緯） ，這個位有兩種值‘ E’ （東經(jīng)）和‘ W’ （西經(jīng)） ， 這個速率值是 海里 /時， 單位是節(jié)， 要把它轉(zhuǎn)換成千米 /時， 根據(jù)： 1 海里 = 公里，把得到的速率乘以 。 ，在接收到有效數(shù)據(jù)前，這個位是‘ V’ ，后面的數(shù)據(jù)都為空，接到有效 數(shù)據(jù)后，這個位是‘ A’ ，后面才開始 有數(shù)據(jù)。一行 完整的數(shù)據(jù)如下： $GPRMC,A,N,E,170809,A*60 信息類型為： GPGSV：可見衛(wèi)星信息 GPGLL：地理定位信息 GPRMC：推薦最小定位信息 GPVTG：地面速度信息 GPGGA： GPS 定位信息 GPGSA：當前衛(wèi)星信息 這里我們只介紹 GPRMC 和 GPGGA 的信 息（因為后面介紹的 51 單片機程序只解析 了這兩個數(shù)據(jù)包， 有興趣想研究的朋友可以解析更多的數(shù)據(jù)包出來， 但是要考慮 單片機的運行速率， 因為 GPS 對單片機的串行輸入會使單片機產(chǎn)生很多的串行中 斷單片機要花很多時間處理。 硬件電路設(shè)計 如圖 。 OLED 液晶顯示模塊引腳 如圖 所示。但 OLED 屏幕卻具備了許多 LCD 不可比擬 的優(yōu)勢。 表 SiRF Star II 主要 特征 SiRF Star II 特點 功 能 用 處 信號捕捉 從有遮擋地區(qū)走出時快速重捕衛(wèi)星信號 在遮擋環(huán)境下提供更多的定位結(jié)果 信號跟蹤 跟蹤弱信 號比正常信號信 改善信號可利用性，在信號 14 噪比低 20dB 衰減嚴重的地方也可定位 單衛(wèi)星定位 在短暫的僅能收到一顆衛(wèi)星的情況下定位 在信號阻塞的地區(qū)也可定位，適于車載 GPS 多級 消除 誤差 減小 GPS 反射徑帶來的誤差 使 GPS 定位準確度提高到5m 差分 GPS 周期（大約 30 分鐘）更新星歷和修正時間 功率幾乎變成了以前的20%，增加使用時間 功率 分配 1s內(nèi)有 800ms的時間接收機不工作，僅僅有 200ms 的時間用于重捕、跟蹤、定位 工作在不想頻繁給出定位結(jié)果的情況下，節(jié)省功耗 OLED 液晶顯示 模塊介紹 (1) OLED 液晶顯示模塊概述 OLED，即有機發(fā)光二極管（ Organic LightEmitting Diode） ，又稱為有機電激光 顯示（ Organic Electroluminesence Display, OELD） 。 將 IF 濾波器集成到射頻芯片內(nèi)而無需新增外部濾波器 , 從而進一步降低了元件的數(shù)目并增加了可靠性。 SiRF Star II 除增 加了中央處理器和衛(wèi)星信號追蹤引擎 , SiRF Star II在芯片組中集成了兆位存儲器 (DRAM) , 這個 是其它同類產(chǎn)品的八倍。 GRF2i 主要由片內(nèi)壓控振蕩器和基準振蕩器、集成中頻濾波器 (IF)、集成 LNA 和數(shù)字接口等組成。 13 圖 GPS 接 收模塊 它的 工作電壓為 － ， 工作電流僅為 75mA， 它由 GSP2e 數(shù)字 IC、 GRF2i射頻 IC 和 GSW2 模塊化軟件組成。 該模塊 天線采用的是體積小、可靠性高、靈敏度高的微帶天線，該天線封裝在 模塊內(nèi)部 ，更進一步的提高了整個模塊的可靠性。 該 模塊具有 12 通道并行接收能力，所接收的 GPS 信號屬于民用頻段的 L1 信號 （ ） ， 在沒有 SA干擾的情況下平均定位誤差為 10 米，動態(tài)速度誤差為 米 /秒，信號靈敏度達到 －142dBm，冷啟動定位時間為 42 秒，熱啟動時間為 38 秒，重新定位時間僅僅需要 8 秒。 12 SiRF Star II GPS 信號接收模塊 該設(shè)計中 GPS 信號接收模塊所選用的是 SiRF Star II GPS 接收模塊，該模塊是由美國瑟孚科技有限公司所生產(chǎn)。 整個復位電路包括芯片內(nèi)、外兩部分。復位信號是高電平有效，其有效時間應(yīng)持續(xù) 24 個振蕩周期 (即二個機器周期 )以上。 除 PC 之外，復位操作還對其他一些寄存器有影響，它們的復位狀態(tài)如表 所示。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機從0000H 單元開始執(zhí)行程序。片內(nèi)時鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘 P1 和 P2，供單片機使用。 外部方式的時鐘電路如圖 （ b） 所示， RXD 接地， TXD 接外部振蕩器。定時元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。時鐘可以由內(nèi)部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn) 生。 STC89C516RD+主要功能 如表 所示。 (4) 可編程輸入 /輸出引腳（ 32 根） ： 10 STC89C516RD+單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別 為 P0、 P P P3 口，每個口有 8 根引腳 ，共 32 根。 (2) 外接晶振引腳（ 2 根） ： XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端 ； XTAL2(Pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端 。 該器件采用 ATMEL 高 密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與 工業(yè)標準的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容 [4]。其大體結(jié)構(gòu)框圖如 圖 所示。 由 此 可知： GPS 接收模塊將接收到的 GPS 衛(wèi)星導航電文調(diào)制解碼，轉(zhuǎn)換為標準格式后，送給單片機 ，當單片機 接 收到 GPS 發(fā)送過來的導航電文后，經(jīng)過片內(nèi)程序的識別篩選，將篩選出來 的導航電文送到顯示模塊，并且最后通過液晶顯示器按照要求 顯示出來。它接收天線獲取的衛(wèi)星信號，經(jīng)過變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實現(xiàn)對天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量定位。 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 OLED液晶顯示模塊的電源電路和顯示電路。 單片機系統(tǒng)：本次設(shè)計使 用 51 單片機作為微處理器，控制 GPS 數(shù)據(jù)的 讀取和傳輸過程。在這里使用常見的 MCS51 型單片機作為處理器，利用 MCS51 單片機的串行接口接收 SiRF Star II GPS信號接收模塊 輸出的數(shù)據(jù)信號，并通過軟件方法篩選出其中有用的定位數(shù)據(jù)，最后通過單片機的并行接口輸出至液晶顯示模塊顯示的方案。 GPS 接收模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示。在獲取了衛(wèi)星的位置信息和測算出衛(wèi)星信號傳播時間之后，即可計算出天線位置。 GPS 接收模塊的研究 GPS 接收模塊是接收機的關(guān)鍵 部分 ，而且型號很多，功能各異，一般 組成結(jié)構(gòu)主要由低噪聲下變頻器、并行信號通道、 CPU、儲存器等組成。并且在經(jīng)過大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)后價格已經(jīng) 能被我們所接受，這樣的模塊在市面上也能夠 容易的購買到。 第一種方案是選擇 GPS 接收芯片然后再根據(jù)芯片設(shè)計標準，設(shè)計外圍電路和安裝天線等，選擇這個方案的優(yōu)點是可以掌握到 GPS 接收部分的電路設(shè)計技術(shù)，但是這個方案的缺點也是顯而易見的，首先實現(xiàn)的難度較大 ， 不容易成功，其次由于 GPS 接收芯片一般都是廠商直接供貨，單獨采購價格會很高。 GPS 信號接收 方案 選擇 要實現(xiàn)在液晶顯示器上顯示出接收到的 GPS 數(shù)據(jù) 信息，首先要實現(xiàn) GPS 信號的接收。接收機收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進行比較，消去大部分誤差，得到一個比較準確的位置。美國政府宣布 從 2021 年起 ，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消 SA 政策， GPS 民用信號精度在全球 5 范圍內(nèi)得到改善，利用 C/A 碼進行單點定位的精度由 100 米提高到 20 米 ?？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。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)。 4 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(yīng)用廣泛多功能。 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(yīng)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。 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。 (3) 用戶裝置部分，主要由 GPS 接收機和衛(wèi)星天線組成 [3]。 全球定位系統(tǒng)由三部分構(gòu)成： (1) 地面控制部分，由主控站 (負責管理、協(xié)調(diào)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 。 3 第二章 GPS 定位信息顯示 系統(tǒng) 方案設(shè)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)。 論文主要內(nèi)容 本次設(shè)計的主要任務(wù) 是在 GPS 和單片機的理論知識基礎(chǔ)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)?，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(yīng)用 沒有必要。 GPS 技術(shù)的航天應(yīng)用 GPS 技術(shù)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 2 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]。 GPS 技術(shù)的海洋應(yīng)用 GPS 技術(shù)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(diào)度和監(jiān)測；內(nèi)河船只的實時調(diào)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(jié)隊航行和作業(yè)調(diào)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(shè)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(zāi)難檢測 等 ?？v觀現(xiàn)狀， GPS 技術(shù)有 如下 用途。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。 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]。 它 是一臺體積小巧、攜帶方便、可以獨立使用的全天候?qū)崟r的定位導航設(shè)備。 本 論文 詳細介紹了一種基于單片機、 GPS 接收模塊、 OLED 液晶 顯示 模塊 等器件的GPS 實時顯示功能的實現(xiàn)。 I 基于單片機的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設(shè)計 中 文 摘 要 GPS 全球定位系統(tǒng)在實際生活中被廣泛應(yīng)用，是當今信息時代發(fā)展中的重要組成部分。因其具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點，使其成為了迄今 為止 最好的 定位 導航系統(tǒng)。 分別從硬件 設(shè)計 和軟件 設(shè)計 等方面對 其 作了詳細的闡述，并且結(jié)合硬件的特點研究了 MCS－ 51 系列單片機如何與 GPS 接收模塊實現(xiàn)串行通信，該系統(tǒng)是根據(jù) GPS 模塊數(shù)據(jù)輸出基本原理設(shè) 計而成的。 關(guān)鍵詞： GPS； 單片機； GPS 接收模塊； OLED 液晶屏