【正文】 GPS 模塊 ................................................................................... 9 概述 ................................................................................ 9 主要技術參數 ................................................................ 9 管腳介紹 ........................................................................ 9 顯示部分 ................................................................................10 電源部分 ................................................................................ 11 晶體振蕩器 ............................................................................ 11 鍵盤部分 ................................................................................12 第 3 章 系統(tǒng)相關協(xié)議介紹 ...............................................................13 GR87 協(xié)議 .............................................................................13 協(xié)議簡介 .......................................................................13 數據格式 .......................................................................13 串行通信 .................................................................................14 異步通信特點 ...............................................................14 異步通信協(xié)議 ...............................................................14 中斷 ...............................................................................15 液晶顯示協(xié)議 ........................................................................18 2 基本 操作時序 ................................................................18 顯示與控制命令 ............................................................19 第 4 章 系統(tǒng)軟件設計 .......................................................................21 系統(tǒng)軟件概述 .........................................................................21 軟件程序的編寫 .....................................................................22 初始化模塊 ...................................................................22 數據處理模塊 ...............................................................22 人機對話模塊 ...............................................................26 代碼實現 ................................................................................28 結 論 ...................................................................................................30 謝 辭 ...................................................................................................31 參考文獻 .............................................................................................32 外文資料翻譯 .....................................................................................33 3 前 言 GPS 主系統(tǒng)是 美國 發(fā)射運行的衛(wèi)星系統(tǒng)，包含了 27 顆能持續(xù)發(fā)送地理位置海拔高度和時間信號的衛(wèi)星， 24 個正常使用， 3 個備用，這些衛(wèi)星平均分布 運行在六個軌道上。經過實踐測試 ,這種接收機可以達到基本 GPS 信息接收以及顯示，可以做到體積小、精度高、連續(xù)導航，并可廣泛應用于個人野外旅游探險、 出租汽車定位及海上作業(yè)等領域。 本設計詳細介紹了一種成本低又能滿足性能使用要求的經濟型 GPS 接收機的設計方案。它所具有的諸多優(yōu)點是其他導航設備所無法比擬地。I 基于 51 單片機的 GPS 接收機 摘 要 全球定位系統(tǒng) (GPS)是由美國國防部開發(fā)的一種先進的無線電導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠全天候、全方位的為海陸空用戶提供連續(xù)的、高精度的三維坐標、三維速度和時間等信息?，F在， GPS 接收機作為一種先進的導航和定位儀器，已在軍事及民用領域得到廣泛的應用。此方案基于單片機、 GPS 模塊和 1602 液晶顯示屏等硬件 , 并應用 C 語言實現了 GPS 信號的提取、顯示 及基本的鍵盤控制操作等。 關鍵詞： GPS，單片機， 接收 機， GR87， LCD II DESIGN OF GPS RECEIVER BASED ON 51 SINGLE CHIP COMPUTER ABSTRACT Global Positioning System(GPS) is the most advanced radio navigation system which was developed by the Department of Defence. The system can be used under any weather conditions, all day long and anywhere on the earth. It can provide land, marine and airborne user with continuous, highly accurate threedimension position, velocity, time dataetc. It has various advantages that are unexampled other kind of navigation equipment. Now GPS receivers, as a type of advanced equipment on navigation and positioning, have been widely used in both military and civil field. This design introduced in detail one kind of lowcost economy GPS receiver39。一般來說，在地面上的 GPS 接收器能接收 5～ 12 個衛(wèi)星信號，而為了獲得地面上的定位坐標， GPS 導航至少需要 4 個衛(wèi)星信號，三個用來確定 GPS 接收器的緯度、經度和海拔高度，第四個則提供同步校正時間 [1]。每個衛(wèi)星均持續(xù)著發(fā)射載有衛(wèi)星軌道數據及時間的無線電波，提供地球上的各種接收機來應用。使用者接收機：追蹤所有的 GPS 衛(wèi)星，并實時地計算出接收機所在 位置的坐標、移動速度及時間，各種藍牙 GPS 即屬于此部份。 它可以實時提供全天候、全球性的三維定位、測速與授時功能的衛(wèi)星系統(tǒng) ,具有測量精度高、速度快、用戶數量不限、抗干擾能力強等一系列優(yōu)點 ,除了可用于軍事領域外 ,還可以廣泛用于工農業(yè)生產、交通運輸、野外探險等領域。接收機是獲得 GPS 系統(tǒng)服務的關鍵設備 ,目前已有從手持式到臺式數百種型號的接收機可供用戶選擇。這一方面為用戶提供了極大的方便 但 GPS 定位接收機價格比較昂貴而且使用靈活性低 ,難以滿足特定條件下的應用需求 ,造成了資金浪費。 本文首先介紹了 GPS 系統(tǒng)由來及其發(fā)展、基本概念、 GPS 接收機的工作原理及接收機定位流程。并且設置了所需的外圍電路。通過 C 語言實現了 GPS 信號的提取、顯示及基本的鍵盤控制操作等。 5 第 1 章 GPS 系統(tǒng)簡介及設計方案選擇 GPS 系統(tǒng)簡介 GPS 由來及發(fā)展 導航衛(wèi)星定時測距全球定位系統(tǒng) (Navigation Satellite Timing and Ranging Global Position System GPS)是美國第二代衛(wèi)星導航系統(tǒng)。系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機部分組成 。 PPS授權的精密定位系統(tǒng)用戶需要密碼設備和特殊的接收機。 由于 GPS 具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實時性好、抗干擾能力強等特點 ,近年來在國內外得到廣泛的應用 ,在各個領域發(fā)揮了極大的作用 ,已成為信時代不可缺少的一部分。 GPS 定位基本原理 GPS 定位技術的基本原理是采用測量學中通用的測距交會方法． GPS 接收機在某一時刻接收到 4 顆以上的 GPS 衛(wèi)星信號導航電文 , 通過變頻、放大、 濾波等一系列處理過程 ,實現對 GPS 衛(wèi)星號的跟蹤、鎖定、測量 ,從而產生計算位置的數據信息 (包括 :緯度、經度、高度、速度、日期、時間、航向、衛(wèi)星狀況等 ),經由 I/O 口輸出串行數據． GPS 接收機定位流程 1． 搜索可用衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信 號，與衛(wèi)星信號同步，提取導航電文信息； 2． 從導航電文中獲取計算位置所需的信息，這些信息應該包括時鐘信息和星歷等數據； 6 3． 計算衛(wèi)星的準確位置，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； 4．計算偽距，并進行電離層校正等； 5．重復上述過程，對所有可用衛(wèi)星進行相應的計算； 6．進行其他必要的校正，例如根據衛(wèi)星信號到達 GPS 接收機的時間，校正地球旋轉所造成的衛(wèi)星位置的偏差； 7．根據定位原理，計算出 GPS 接收機的初始位置，并將其轉換成所需的坐標格式進行顯示或輸出； 8．加入閏秒和 UTC（標準世界 時）時間補償計算當前精確的時間； 9．分析可用衛(wèi)星的信息，計算最好的 DOP(Dilution of Precision)，進行選星，并計算和修正 GPS 接收機的位置，給出 GPS 接收機的三維坐標和準確的時間信息。本設計著重對 NMEA0183 語句的數據格式、單片機串行通信、液晶顯示格式進行了詳細論述 ,同時給出了硬件電路和軟件設計。通過按鍵可以進行復位與頁面切換功能。但在和單片機進行串行通信時由于電平不同，必須附加電平轉換電路 (MAX232) 而且價格比較昂貴。 SED1335 彩色液晶顯示器其有效顯示點陣為 320 240 ,顯示顏色為 4 色，但根據我們設計要求，單色顯示完全可以。 方案二 系統(tǒng)由 GPS 模塊 (GR87)、控制電路 (89C51 單片機 ) 、顯示部分 (SMC1602 液晶顯7 示器 )組成。該芯片每次將跟蹤 12 枚衛(wèi)星，應用廣泛。單片機采用 89C51，其功能完全可以滿足設計要求，而且相對于8051，其內部 ROM 是 FLASHROM，可多次更新改寫，價格也便宜。 可以看出方案二更加