【正文】 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。用戶通過輸入輸出接口，與GPS接收模塊進行信息交換，實現(xiàn)功能。GPS接收模塊通過它的接收天線獲取衛(wèi)星信號，經(jīng)過變頻、放大、濾波、相關、混頻等一系列處理，可以實現(xiàn)對天線視界內衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測量。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計接收GPS定位信息的解決方案，因此我選擇第二種方案來完成本次設計。第二種方案是選擇成品的GPS接收模塊，采用這個方案的優(yōu)點是由于現(xiàn)階段GPS接收模塊的制造技術已經(jīng)相當成熟，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模塊輸出GPS相關信息。在接收GPS信號方案上可以有兩種選擇。實驗表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5米。為了達到更高的定位精度，往往還采用了差分GPS(DGPS)技術，建立基準站(差分臺)進行GPS觀測，利用已知的基準站精確坐標，與觀測值進行比較，從而得出一修正數(shù)，并對外發(fā)布。 由于衛(wèi)星運行軌道、衛(wèi)星時鐘存在誤差，大氣對流層、電離層對信號的影響，以及人為的SA保護政策，使得民用GPS的定位精度只有100米。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在GPS觀測中，我們可得到衛(wèi)星到接收設備的距離，根據(jù)三維坐標中的距離公式，利用3顆衛(wèi)星，就可以組成3個方程式，解出觀測點的位置(X,Y,Z)。24顆GPS衛(wèi)星在離地面2萬公里的高空上，以12小時的周期環(huán)繞地球運行，使得在任意時刻，在地面上的任意一點都可以同時接收到6顆以上GPS衛(wèi)星的定位信息。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。 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。(2) 空間部分，由24顆衛(wèi)星組成，分布在6個軌道平面上。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，是美國獨霸全球戰(zhàn)略的重要組成部分。在此次設計過程中，主要熟悉所選用的GPS接收模塊的性能指標，學習NMEA封包并懂得如何使用NMEA輸出命令，結合單片機的相關知識能實現(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需要的數(shù)據(jù)。所以基于這種情況下，本次設計針對普通用戶使用GPS的切實需要，設計并制作基于單片機的GPS定位信息顯示系統(tǒng)。由此可見，GPS技術已經(jīng)延伸到各個領域的方方面面，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信號并且能夠調制輸出的設備，而這種設備最基本的功能就是能夠顯示當時所處地點的經(jīng)緯度以及UTC標準時間。GPS技術的航空應用GPS技術在航空方面的應用主要體現(xiàn)在：民航飛機的在途自主導航；飛機精密著陸；飛機空中加油控制；飛機編隊飛行的安全保護；航空援救的搜索和定點測量；機載地球物理勘探；飛機探測災區(qū)大小和標定測量；攝影和遙感飛機的七維狀態(tài)參數(shù)和三維姿態(tài)參數(shù)測量等。GPS技術的陸地應用GPS技術在陸地上的開發(fā)應用可以體現(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導游；應急車輛的快速引導行駛；高精度時間比對和頻率控制；大氣物理觀測；地球物理資源勘探；工程建設的施工放樣測量；大型建筑和煤氣田的沉降檢測；板內運動狀態(tài)和地殼形變測量；陸地以及海洋大地測量基準的測定；工程、區(qū)域、國家等各種類型大地測量控制網(wǎng)的測量和建設等。不僅如此，GPS衛(wèi)星的入軌運行，還為大地測量學、地球動力學、地球物理學、天體力學、載人航天學、全球海洋學和全球氣象學提供了一種高精度、全天時、全天候的測量新技術。陸地、海洋和空間的廣大用戶，只要持有一種能夠接收、跟蹤、變換和測量GPS信號的接收機，就可以全天時、全天候和全球性的測量運動載體的七維狀態(tài)參數(shù)和三維狀態(tài)參數(shù)。關鍵詞： GPS；單片機；GPS接收模塊；OLED液晶屏 目 錄第一章 緒論 1 課題背景及意義 1 論文主要內容 2第二章 GPS定位信息顯示系統(tǒng)方案設計 3 GPS全球定位系統(tǒng)簡介 3 GPS信號接收方案選擇 5 GPS接收模塊的研究 5 總體方案的設計 6第三章 基于單片機的GPS硬件電路設計 8 基于單片機的GPS硬件電路總體結構 8 基于單片機的GPS定位信息顯示系統(tǒng)設計硬件電路簡介 8 STC89C52簡介 8 SiRF Star II GPS信號接收模塊 12 OLED液晶顯示模塊介紹 14 基于單片機的GPS硬件連接介紹 15第四章 基于單片機的GPS軟件設計 17 GPS數(shù)據(jù)包介紹 17 軟件通過電腦測試GPS 21 基于單片機的GPS定位系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境―Keil uVision2 25 8051開發(fā)工具 25 uVision2集成開發(fā)環(huán)境 26 編輯器和調試器 27 測試程序 27 Keil C編譯步驟 28 基于單片機的GPS軟件設計思路 31 模塊軟件設計 32 液晶模塊初始化模塊 32 GPS數(shù)據(jù)接收模塊 35第五章 系統(tǒng)調試與實驗結果 37 硬件調試 37 軟件調試 37 實驗結果 38 實驗結果分析 39第六章 總結 40致謝 41致謝 41參考文獻 42附錄 43第一章 緒論 課題背景及意義1978年2月22日第一顆GPS試驗衛(wèi)星的入軌運行，開創(chuàng)了以導航衛(wèi)星為動態(tài)已知點的無線電導航定位的新時代。分別從硬件設計和軟件設計等方面對其作了詳細的闡述，并且結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)輸出基本原理設計而成的。因其具有性能好、精度高、應用廣的特點，使其成為了迄今為止最好的定位導航系統(tǒng)。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項（論文）的內容包括：1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 jingdezheng University 畢業(yè)論文（設計）BACHELOR DISSERTATION論文題目： 基于單片機的GPS定位信息顯示系統(tǒng)設計 70畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。 作者簽名： 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明本論文（設計）作者完全了解**學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。學校可以公布論文（設計）的全部或部分內容。 ：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔1）設計（論文）2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它基于單片機的GPS定位信息顯示系統(tǒng)設計中 文 摘 要GPS全球定位系統(tǒng)在實際生活中被廣泛應用，是當今信息時代發(fā)展中的重要組成部分。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)。它是一臺體積小巧、攜帶方便、可以獨立使用的全天候實時的定位導航設備。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]。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?？v觀現(xiàn)狀，GPS技術有如下用途。GPS技術的海洋應用GPS技術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度和監(jiān)測；內河船只的實時調度和自主導航測量；海洋救援的搜索和定點測量；遠洋漁船的結隊航行和作業(yè)調度；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；海洋災難檢測等。GPS技術的航天應用GPS技術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]?，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，而且對于普通應用沒有必要。 論文主要內容本次設計的主要任務是在GPS和單片機的理論知識基礎上，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)。第二章 GPS定位信息顯示系統(tǒng)方案設計 GPS全球定位系統(tǒng)簡介 全球定位系統(tǒng)(GPS)是本世紀70年代由美國陸海空三軍聯(lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。全球定位系統(tǒng)由三部分構成：(1) 地面控制部分，由主控站(負責管理、協(xié)調整個地面控制系統(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) 用戶裝置部分，主要由GPS接收機和衛(wèi)星天線組成[3]。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)進入了生產作業(yè)階段。 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) 應用廣泛多功能。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)?？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。美國政府宣布從2000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范圍內得到改善，利用C/A碼進行單點定位的精度由100米提高到20米。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。 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。第一種方案是選擇GPS接收芯片然后再根據(jù)芯片設計標準，設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接收部分的電路設計技術，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。并且在經(jīng)過大規(guī)模的商業(yè)化生產后價格已經(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。 GPS接收模塊的研究GPS接收模塊是接收機的關鍵部分，而且型號很多，功能各異，一般組成結構主要由低噪聲下變頻器、并行信號通道、CPU、儲存器等組成。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接收模塊內部結構 總體方案的設計本次設計要求通過單片機控制GPS器件實現(xiàn)定位信息顯示功能。該GPS定位信息顯示系統(tǒng)硬件部分主要由以下幾個部分組成： (1) 接收部分：以SiRF Star II GPS接收模塊為核心的GPS接收機； (2) 控制電路：由51單片機作為微處理器控制GPS信號； (3) 顯示部分：OLED液晶顯示模塊； (4) 電源電路部分:用以提供系統(tǒng)工作時所必須的電。利用其串行接口接收SiRF Star II GPS接收模塊輸出的NMEA0183語句數(shù)據(jù)，并將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過篩選和處理后發(fā)送到OLED液晶顯示器顯示。SiRF Star II GPS接收模塊主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構成。 單片機控制程序：編寫程序，實現(xiàn)單片機控制系統(tǒng)的初始化，控制GPS器件完成數(shù)據(jù)的采集,進行相應的信號處理，并通過單片機接口輸出至液晶顯示模塊顯示必要的數(shù)據(jù)。第三章 基于單片機的GPS硬件電路設計 基于單片機的GPS硬件電路總體結構根據(jù)總體設計方案，該基于單片機的GPS硬件電路設計主要由GPS信號接收部分（SiRF Star II GPS信號接收模