【正文】 C10uF,電阻R10K和1K,和開關(guān)RESET組成，當(dāng)單片機的復(fù)位引腳RESET出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。簡單地說，沒有晶振，就沒有時鐘周期，沒有時鐘周期，就無法執(zhí)行程序代碼，單片機就無法工作。晶振電路由30pF的C1與C2和晶振組成，晶振是給單片機提供工作的、信號脈沖的。單片機最小系統(tǒng)，或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，是指用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)。同時集成諸如通訊接口、定時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。LCD12864液晶顯示部分則是對定位信息和時間信息的一個展示，也是很重要的一部分。STC89C52單片機解碼定位導(dǎo)航和時間信息，并轉(zhuǎn)換成時間、緯度和經(jīng)度信號，然后將它們發(fā)送到單片機液晶顯示模塊LCD12864模塊。本課題設(shè)計的硬件系統(tǒng)主要由：單片機、GPS模塊、顯示部分等組成。硬件上必須有相應(yīng)的接受處理部分、顯示部分和配置輸入部分，同時需要處理器實現(xiàn)各部分功能的聯(lián)合。由此可知：GPS接收模塊將接收到的GPS衛(wèi)星導(dǎo)航電文調(diào)制解碼，轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格式后，送給單片機，當(dāng)單片機接收到GPS發(fā)送過來的導(dǎo)航電文后，經(jīng)過片內(nèi)程序的識別篩選，將篩選出來的導(dǎo)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LCD液晶顯示模塊的電源和顯示電路。單片機系統(tǒng)：本次設(shè)計使用52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STC89C52單片機的串行接口接收GPS信號接收模塊輸出的數(shù)據(jù)信號，并通過軟件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水準(zhǔn)可滿足四等水準(zhǔn)測量的精度，另外，GPS定位是在全球統(tǒng)一的WGS84坐標(biāo)系統(tǒng)中計算的，因此全球不同地點的測量成果是相互關(guān)聯(lián)的。另外，接收機體積也越來越小，相應(yīng)的重量也越來越輕，極大地減輕了測量工作者的勞動強度。結(jié)束測量時，僅需關(guān)閉電源，收好接收機，便完成了野外數(shù)據(jù)采集任務(wù)。⑸儀器操作簡便隨著GPS接收機的不斷改進，GPS測量的自動化程度越來越高，有的已趨于“傻瓜化”。⑷測站間無需通視GPS測量只要求測站上空開闊，不要求測站之間互相通視，因而不再需要建造覘標(biāo)。⑶觀測時間短隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，軟件的不斷更新，20km以內(nèi)相對靜態(tài)定位，僅需1520分鐘；快速靜態(tài)相對定位測量時，當(dāng)每個流動站與基準(zhǔn)站相距在15KM以內(nèi)時，流動站觀測時間只需12分鐘；采取實時動態(tài)定位模式時，每站觀測僅需幾秒鐘。實時偽距差分(RTD)：精度達分米級。實時單點定位(用于導(dǎo)航)：P碼1~2m ；C/A碼5~10m。⑵定位精度高應(yīng)用實踐已經(jīng)證明，GPS相對定位精度在50km以內(nèi)可達106m，100500km可達107m，1000km可達109m。⑼分析可用衛(wèi)星的信息，計算做好的DOP，進行選星，并計算和修正GPS接收機的位置，給出GPS接收機的三維坐標(biāo)和準(zhǔn)確的時間信息。⑺根據(jù)定位原理，計算出GPS接收機的初始位置，并將其轉(zhuǎn)換成所需的坐標(biāo)格式進行顯示或輸出。 ⑸重復(fù)上述過程，對所有可用衛(wèi)星進行相應(yīng)的計算。 ⑶計算衛(wèi)星的精確位置，這包括計算衛(wèi)星的高度和方位角，從而進行必要的對流層校正。 衛(wèi)星星歷方程公式如下： [(X1X)2+(Y1Y)2+(Z1Z)2]12+cνt1νt0=d1 [(X2X)2+(Y2Y)2+(Z2Z)2]12+cνt2νt0=d2 [(X3X)2+(Y3Y)2+(Z3Z)2]12+cνt3νt0=d3 [(X4X)2+(Y4Y)2+(Z4Z)2]12+cνt4νt0=d4 GPS模塊定位流程⑴搜索可用衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信號，與衛(wèi)星信號同步，提取導(dǎo)航電文信息。GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運動的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會的方法，確定待測點的位置[19]。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進行相對定位[18]。按定位方式，GPS定位分為單點定位和相對定位（差分定位）。一般在接收機鐘確定的歷元時刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時的接收機和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。GPS接收機對收到的衛(wèi)星信號，進行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。GPS接收機對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機的距離，由于含有接收機衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。所以如果想知道接收機所處的位置，至少要能接收到4個衛(wèi)星的信號。可見GPS導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第3數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。前三幀各10個字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時更新一次。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的P(Y)碼。要達到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時鐘所記錄的時間在衛(wèi)星星歷中查出。要實現(xiàn)以上所有功能必須具備GPS終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺三個要素。GPS是美國國防部研究建立的一種具有全天候、全方位、高精度、全時段的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠為全球用戶提供高精度、低成本的三維位置、速度和精確定時等導(dǎo)航信息，是衛(wèi)星通信技術(shù)在導(dǎo)航領(lǐng)域的應(yīng)用典范，它極大地提高了地球社會的信息化水平，有力地推動了數(shù)字經(jīng)濟的發(fā)展[15]。三是空間部分，由24顆衛(wèi)星，21顆運行衛(wèi)星和3顆備用衛(wèi)星，均勻分布在六個軌道平面上。它是由三部分組成，一是地面監(jiān)控部分，由監(jiān)控站、主控站、地面天線和通訊輔助系統(tǒng)組成的。于是在1988年又重新進行了最后一次修改：24顆衛(wèi)星，21顆工作衛(wèi)星和三顆備用衛(wèi)星，均勻分布在互成60度的六個軌道上面[14]。精碼精度可達10米，粗碼精度可達100米。在美國聯(lián)合計劃局的領(lǐng)導(dǎo)下最初的GPS計劃誕生了，這個計劃方案是把24顆衛(wèi)星分布在互成120度的三個軌道上面。因為同時研究這兩個系統(tǒng)會花費很高，而且這兩個計劃都是為了提供全球定位而設(shè)計的，所以1973年美國國防部將二者合為一體，并且由國防部帶頭組織的衛(wèi)星導(dǎo)航定位，聯(lián)合計劃局(JPO)領(lǐng)導(dǎo)，將辦事機構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。偽隨機碼的成功運用是GPS得以取得成功的一個重要基礎(chǔ)?；诖嗽?，美國海軍研究實驗室(NRL)提出了一個叫做Tinmation的用12至18顆衛(wèi)星所組成得10000km高度的全球定位網(wǎng)計劃，并且分別在1967年、1969年和1974年各發(fā)射了一顆試驗衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上面初步測試了原子鐘計時系統(tǒng)，這是GPS精確定位的基礎(chǔ)。因為子午系統(tǒng)對于船艦和潛艇導(dǎo)航方面有缺陷及衛(wèi)星定位顯示在導(dǎo)航方面有優(yōu)越性。此系統(tǒng)剛開始是由5顆到6顆衛(wèi)星組成星網(wǎng)工作，平均每天最多繞地球13次，還無法給出具體地高度信息，定位精度也不夠精確。民用的GPS定位精度可以達到10米以內(nèi)。二是用戶裝置部分，是由衛(wèi)星天線和GPS接收機組成。以24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，向全球各地全天候的提供三維速度、三維位置等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。在20世紀(jì)的70年代，美國的海陸空三軍研發(fā)了新一代的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。2 GPS簡介和方案選擇 GPS定位系統(tǒng)簡介 GPS定義與發(fā)展GPS的英文簡稱是Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）。通過C語言實現(xiàn)了GPS信號的提取、顯示等。在此次設(shè)計過程中，主要熟悉選用的GPS接收模塊的性能指標(biāo)，結(jié)合單片機的相關(guān)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所需要的數(shù)據(jù)。在經(jīng)歷了近30多年的發(fā)展，GPS產(chǎn)品逐漸成為只為軍事方面服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄M電子產(chǎn)品，而且其應(yīng)用范圍擴展到日常生活中的定位信息、PDA、通信等方面。當(dāng)前已經(jīng)推出了整合無線通信和GPS解決方案的商家，有瑟孚科技、天寶公司和快速跟蹤公司等，瑟孚公司和快速跟蹤公司是兩家發(fā)展較為積極的公司，而且已經(jīng)有手機制造廠商和移動通信運營者采用這兩家的解決方案[7]。2000年，日本的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)總銷售值約為670萬美元，%，%%。 無論是汽車導(dǎo)航還是GPS通信的應(yīng)用產(chǎn)品，主要的消費市場都是在歐、美、日等三個地區(qū)。3 全球GPS市場狀況 伴隨著GPS應(yīng)用范圍的推廣，GPS產(chǎn)品漸漸成為全球無線通信終端市場的一項重要的產(chǎn)品，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)與結(jié)合無線通信的GPS產(chǎn)品的普及化推動了GPS產(chǎn)品市場的高度成長。從上世紀(jì)80年代初開始，第一個用于商業(yè)的產(chǎn)品出現(xiàn)至今，GPS產(chǎn)品的重量從100磅降至現(xiàn)在的100克，價格也從之前的十幾萬美元降為現(xiàn)在的幾十美元。GPS的使用者終端是指具有多種用途的GPS接收機，例如汽車導(dǎo)航設(shè)備、用于登山的手持式接收機、用于航海和航空的接收機等類型的終端產(chǎn)品，一般的手持式GPS產(chǎn)品組成部分包括了內(nèi)部的天線、電池、芯片組和外部的LCD面板、按鍵等相關(guān)零組件。據(jù)資料顯示，在GPS制導(dǎo)系統(tǒng)未配置前，美國的“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈的圓概率誤差大約是9米，在其制導(dǎo)系統(tǒng)中加入GPS技術(shù)之后圓概率誤差將至3米，制導(dǎo)精度得到提高。GPS技術(shù)在軍事方面的工作原理主要是利用在導(dǎo)彈上安裝上GPS接收機，以此接收4顆以上的導(dǎo)航衛(wèi)星傳播的信號來修正導(dǎo)彈的發(fā)射軌跡，提高制導(dǎo)精度。當(dāng)前，國際上主要有以下幾家具有代表性的GPS公司：麥哲倫公司、摩托羅拉公司、高明公司、瑟孚公司和羅克韋爾公司。在日常生活之中，GPS還可以用于特殊病人、少年兒童的救助與監(jiān)護，人身受到攻擊時的危險報警，生活中遇到困難時的救助等。1主要應(yīng)用領(lǐng)域⑴ 民用領(lǐng)域在導(dǎo)航定位方面，GPS的應(yīng)用對象主要是飛機、船舶和汽車等運動的物體，例如船舶的遠洋導(dǎo)航和飛機導(dǎo)航引導(dǎo)，汽車的自主定位導(dǎo)航，城市智能交通管理和地面車輛跟蹤等。當(dāng)前，在衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)中，作為代表的GPS技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)今國際所公認(rèn)的八大無線產(chǎn)業(yè)之一。在科技發(fā)達的國家，GPS技術(shù)已經(jīng)開始應(yīng)用于道路工程和交通運輸之中。目前，GPS技術(shù)在我國道路工程與交通管理中的應(yīng)用才剛剛起步，相信隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高等級公路的快速修建和GPS技術(shù)應(yīng)用研究的逐步深入，在道路工程中的應(yīng)用也會更加深入和廣泛，將會發(fā)揮更大的作用。全球定位系統(tǒng)GPS是近年來開發(fā)的最具開創(chuàng)意義的技術(shù)之一，它的全球性、全能性、全天候性的定位、定時、測速、導(dǎo)航在眾多領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在市面上盡管已經(jīng)有很多基于GPS接收模塊所開發(fā)的產(chǎn)品，如車載GPS導(dǎo)航儀、GPS手持機等等，雖然它的功能強大，但價格相對昂貴一些，而且相對于普通應(yīng)用也沒有必要。GPS技術(shù)在航天方面GPS技術(shù)的航天應(yīng)用同樣也有著非常重要的作用；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)星的七維三維狀態(tài)參數(shù)測量。GPS技術(shù)的海洋應(yīng)用在海洋方面GPS技術(shù)有著非常重要的作用，如：遠洋船舶最佳的航程測定；實時調(diào)度和監(jiān)控運輸船隊在海上的航行；調(diào)度和自主導(dǎo)航內(nèi)河船只；對海洋救援的搜索和定點測量；遠洋船隊的結(jié)隊航行與作業(yè)調(diào)度；海洋油氣平臺的就位和復(fù)位測定；海底沉船位置的精確探測；海底管道鋪設(shè)測量；海岸地球物理探測；水文測量；海底大地測量控制網(wǎng)的布測；海底地形的精細(xì)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量；港口交通管制；海洋災(zāi)難監(jiān)測等。接收機24小時不斷地接收衛(wèi)星所發(fā)送的數(shù)據(jù)參數(shù)，可根據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)計算出接收機的三維位置和時間信息[3]。我國的衛(wèi)星定位技術(shù)綜合了GIS地理信息，GPS衛(wèi)星導(dǎo)航全球定位，GSM全球數(shù)字蜂窩移動通信，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)全方位的技術(shù)應(yīng)用。完整的GPS 用戶設(shè)備是由接收機硬件和機內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成[2]。當(dāng)接收機捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號之后，就可以測量出接收天線到衛(wèi)星的距離和偽距離的變化率，調(diào)制解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。用戶設(shè)備部分：用戶設(shè)備部分就是GPS信號接收機。地面控制系統(tǒng)：地面控制系統(tǒng)是由主控制站（Master Monitor Station）、監(jiān)測站(Monitor Station）、地面天線（Ground Antenna）三個部分組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市（）。衛(wèi)星均勻的分布在6個軌道面上（每個軌道面4顆），軌道的傾角為55176。GPS導(dǎo)航系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)[1]。20世紀(jì)70年代，美國陸海空三軍聯(lián)合研制了新一代的衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS 。 GPS module目 錄1緒論 1 1 課題研究現(xiàn)狀 2 32 GPS簡介和方案選擇 4 GPS定位系統(tǒng)簡介 4 GPS定義與發(fā)展 4 GPS定位系統(tǒng)的基本原理 5 GPS模塊定位流程 7 GPS特點 7 總方案的設(shè)計 83硬件電路設(shè)計 9 9 GPS接收機基本原理 9 10 LCD12864顯示電路 10 GPS接收模塊 124系統(tǒng)軟件設(shè)計 …………..15 NMEA0183數(shù)據(jù)格式和輸入輸出語句 15 GPS位系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境 16 19 GPS串行通信 20 20 模塊初始化 20 數(shù)據(jù)接收處理模塊 215系統(tǒng)調(diào)試 23 23 23 系統(tǒng)測試結(jié)果 23