【正文】 II 目 錄 第一章 緒論 ....................................................................... 1 課題背景及意義 ............................................................................................................... 1 論文主要內(nèi)容 .................................................................................................................. 2 第二章 GPS定位信息顯示系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ............................................... 3 GPS 全球定位系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ..................................................................................................... 3 GPS 信號(hào)接收方案選擇 ..................................................................................................... 5 GPS 接收模塊的研究 ........................................................................................................ 5 總體方案的設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 6 第三章 基于單片機(jī)的 GPS硬件電路設(shè)計(jì) ................................................ 8 基于單片機(jī)的 GPS 硬件電路總體結(jié)構(gòu) .............................................................................. 8 基于單片機(jī)的 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件電路簡(jiǎn)介 .................................................. 8 STC89C52 簡(jiǎn)介 ....................................................................................................... 8 SiRF Star II GPS 信號(hào)接收模塊 .............................................................................. 12 OLED 液晶顯示模塊介紹 ...................................................................................... 14 基于單片機(jī)的 GPS 硬件連接介紹 ................................................................................... 15 第四章 基于單片機(jī)的 GPS軟件設(shè)計(jì) ................................................... 17 GPS 數(shù)據(jù)包介紹 ............................................................................................................. 17 使用 軟件通過(guò)電腦測(cè)試 GPS..................................................... 21 基于單片機(jī)的 GPS 定位系統(tǒng) 軟件開發(fā)環(huán)境 ―Keil uVision2 ............................................. 28 8051 開發(fā)工具 ...................................................................................................... 28 uVision2 集成開發(fā)環(huán)境 .......................................................................................... 28 編輯器和調(diào)試器 ................................................................................................... 29 測(cè)試程序 ............................................................................................................. 30 Keil C 編譯步驟 .................................................................................................... 31 基于單片機(jī)的 GPS 軟件設(shè)計(jì)思路 ................................................................................... 33 模塊軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................................ 34 液晶模塊初始化模塊 ............................................................................................ 34 GPS 數(shù)據(jù)接收模塊 ................................................................................................ 37 第五章 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ........................................................ 39 硬件調(diào)試 ....................................................................................................................... 39 軟件調(diào)試 ....................................................................................................................... 39 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ....................................................................................................................... 40 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 ................................................................................................................ 41 第六章 總結(jié) ...................................................................... 42 致謝 ............................................................................. 43 致謝 ............................................................................. 43 參考文獻(xiàn) ......................................................................... 44 附錄 ............................................................................. 45 1 第一章 緒論 課題 背景及意義 1978 年 2 月 22 日第一顆 GPS 試驗(yàn)衛(wèi)星的入軌運(yùn)行，開創(chuàng)了以導(dǎo)航衛(wèi)星為動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)的無(wú)線電導(dǎo)航定位的新時(shí)代。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(cè)量 GPS 信號(hào)的接收機(jī)，就可以全天時(shí)、全天候和全球性 的 測(cè)量運(yùn)動(dòng)載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維狀態(tài)參數(shù)。不僅如此， GPS 衛(wèi)星的入軌運(yùn)行，還為大地測(cè)量學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)、地球物理學(xué)、天體力學(xué)、載人航天學(xué)、全球海洋學(xué)和全球氣象學(xué)提供了一種高精度、全天時(shí)、全天候的測(cè)量新技術(shù)。 GPS 技術(shù)的陸地應(yīng)用 GPS 技術(shù)在陸地上的開發(fā)應(yīng)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(diǎn)導(dǎo)游；應(yīng)急車輛 的快速引導(dǎo)行駛；高精度時(shí)間比對(duì)和頻率控制；大氣物理觀測(cè)；地球物理資源勘探；工程建設(shè)的施工放樣測(cè)量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測(cè)；板內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變測(cè)量；陸地以及海洋大地測(cè)量基 準(zhǔn)的測(cè)定；工程、區(qū)域、國(guó)家等各種類型大地測(cè)量控制網(wǎng)的測(cè)量和建設(shè)等 。 GPS 技術(shù)的航空應(yīng)用 GPS 技術(shù)在航空方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在： 民航飛機(jī)的在途自主導(dǎo)航；飛機(jī)精密著陸；飛機(jī)空中加油控制；飛機(jī)編隊(duì)飛行的安全保護(hù)；航空援救的搜索和定點(diǎn)測(cè)量；機(jī)載地球物理勘探；飛機(jī)探測(cè)災(zāi)區(qū)大小和標(biāo)定測(cè)量；攝影和遙感飛機(jī)的七維狀態(tài)參數(shù)和三維 姿態(tài)參數(shù)測(cè)量 等 。 由此可見 ， GPS 技術(shù)已經(jīng)延伸到各個(gè)領(lǐng)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(hào)并且能夠調(diào)制輸出的設(shè)備，而 這種 設(shè)備最基本的功能就是能 夠 顯示當(dāng)時(shí)所處地點(diǎn)的經(jīng)緯度以及 UTC 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。所以 基于 這種情況 下， 本次設(shè)計(jì)針對(duì)普通用戶使用 GPS 的切實(shí)需要，設(shè)計(jì)并制作 基于單片機(jī) 的 GPS定位信息顯示系統(tǒng)。 在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要熟悉所選用的 GPS 接收模塊的 性能指標(biāo)，學(xué)習(xí) NMEA 封包并懂得 如何 使用 NMEA 輸出命令，結(jié)合單片機(jī) 的相關(guān)知識(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì) GPS 接收到的衛(wèi)星信息進(jìn)行提取，并在液晶顯示器上選擇性的顯示需要的數(shù)據(jù)。其主要目的是為陸、海、空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，是美國(guó)獨(dú)霸全球戰(zhàn)略的重要組成 部分 。 (2) 空間部分，由 24 顆衛(wèi)星組成，分布在 6 個(gè) 軌 道平面上 。 這三部分的相互關(guān)系 如圖 所示。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(jìn)入了生產(chǎn)作業(yè)階段。 Block2 衛(wèi)星如圖 所示。 24 顆 GPS 衛(wèi)星在離地面 2 萬(wàn)公里的高空上，以 12 小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí) 接收到 6 顆以上 GPS 衛(wèi)星的定位信息。 由于衛(wèi)星的位置精確可知，在 GPS 觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收 設(shè)備 的距離， 根據(jù) 三維坐標(biāo)中的距離公式，利用 3 顆衛(wèi)星，就可以組成 3 個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置(X,Y,Z)。 由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，以及人為的 SA 保護(hù)政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 米。 為 了達(dá)到更高 的 定位精度， 往往還 采用 了 差分 GPS(DGPS)技術(shù)，建立基準(zhǔn)站 (差分臺(tái) )進(jìn)行 GPS 觀測(cè)，利用已知的基準(zhǔn)站精確坐標(biāo)，與觀測(cè)值進(jìn)行比較，從而得出一修正數(shù)，并對(duì)外發(fā)布。實(shí)驗(yàn)表明，利用差分 GPS，定位 精度可提高到 5 米。在接收 GPS 信號(hào)方案上 可以有兩種選擇。 第二種方案是選擇成品的 GPS 接收模塊，采用這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是由于現(xiàn)階段 GPS接收模塊的制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成 熟，性能穩(wěn)定并且使用非常方便，定位成功后直接就可以通過(guò)模塊 輸出 GPS 相關(guān) 信息。 從上面的分析可以知道，選擇 GPS 接收模塊就能夠很好的作為本次設(shè)計(jì)接收 GPS定位信息的解決方案，因此我選擇第二種方案 來(lái) 完成本次設(shè)計(jì)。 GPS 接收模塊通 過(guò)它的 接收天線獲取衛(wèi)星信號(hào)， 經(jīng) 過(guò)變頻、放大、濾波、相關(guān)、混頻等一系列處理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視界內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測(cè)量。用戶通過(guò)輸入輸出接