【正文】 Andthe control and display of the collection of information. GPS Namely globalpositioning system is built for precision global satellite system and passiveradio by America39。而且隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，使移 動目標(biāo)的定位、監(jiān)控、指揮和調(diào)度系統(tǒng)，成為公安、銀行以及公交運(yùn)輸系統(tǒng)中一個越來越重要的問題。全球定位系統(tǒng)是美國第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 GPS系統(tǒng)由空間部分、地面監(jiān)控部分和地面接收機(jī)部分組成。近年來 GPS在在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用，在各個領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用，已成為信息時代不可缺少的一部分?，F(xiàn)在大多數(shù)的 GPS 都已經(jīng)模塊化并提供簡潔的應(yīng)用接口。 目前 , 世界市場上已經(jīng)出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的便攜式 GPS 接收機(jī) , 尤其是美國、日本公司的 GPS 接收機(jī)已經(jīng)被廣泛使用在車載導(dǎo)航、大地測量、遠(yuǎn)洋船 舶導(dǎo)航等領(lǐng)域 中。因此 GPS接收機(jī)的原始設(shè)備制造產(chǎn)商（ Original Equipment Manufacturer）接收板應(yīng)運(yùn)而生 , 其內(nèi)部含有基本的 GPS 信號接收和解算單元以及必要的輸入輸出接口 ,具有性能可靠、結(jié)構(gòu)簡便、易于開發(fā)的特點 ,而且 ,僅數(shù)厘米的尺寸使其可以十分方便地與其他設(shè)備組合 ,適用于多種應(yīng)用場合 ,正越來越受到開發(fā)者的關(guān)注。 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計 本課題要求設(shè)計通過單片機(jī)控制 GPS 器件組成的定位與測量系統(tǒng)。 該 GPS定位與測量系統(tǒng)硬件系統(tǒng)由以下幾部分組成： (1)接收 部分：以 Garmin GPS OEM板為核心的 GPS 接收機(jī)； (2)電平轉(zhuǎn)換電路：應(yīng)用 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片； (3)控制電路：由 51單片機(jī)作為微處理器控制 GPS 信號； (4)顯示部分：圖形點陣液晶顯示模塊； (5)電源電路部分 :用以提供系統(tǒng)電源和 LCD 背光調(diào)節(jié)的雙電壓輸出。系統(tǒng)的總體硬件電路圖如 電路原理 1所示。利用其串行 接口接收 GPS25LP 型 GPS OEM 板輸出的 NMEA 0183 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 LCD 液晶顯示器顯示。 GPS25系列 OEM板主要由變頻器、信號通道、存儲器、中央處理器和輸入輸出接口構(gòu)成。 單片機(jī)控制程序：編寫程序，實現(xiàn)單片機(jī)控制系統(tǒng)的初始化 ，控制 GPS 器件完成方位數(shù)據(jù)的采集 ,進(jìn)行相應(yīng)的信號處理，并通過單片機(jī)接口用總線的方式輸出至液晶顯示模塊顯示的功能。 圖 2. 1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖 基于 MCS51 系列單片機(jī)的 GPS 獨立定位測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計由 4個模塊組成， 分別是： 1 系統(tǒng)初始化模塊； 2 信號接收模塊； 3 信號處理模塊； 4 數(shù)據(jù)顯示模塊。該格式為 ASC II 碼字符串，易于理解，在多種高級語言中都可以直接進(jìn)行判別和分離，提取所需要的數(shù)據(jù)。輸出的語句按串口通信協(xié)議 ,數(shù)據(jù)采用的是ASCII 碼字符 ,內(nèi)容包含了緯度、經(jīng)度、速度、日期、航向及衛(wèi)星狀況等信息。 3 GPS 全球定位系統(tǒng)及其工作原理 GPS 全球定位系統(tǒng) GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (Global Positioning System )， 1994年由美國建成，是美國國防部研究并控制 , 開始主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域方面?？稍诤?、陸、空進(jìn)行全方位實時三維導(dǎo)航與定位，具有全天候、高精度、自動化和高效益等特點。其中 GPS 空間星座部分、地面監(jiān)控部分均為美國所控制； GPS 的用戶設(shè)備主要由接收機(jī)硬件和處理軟件組成。 在 GPS 系統(tǒng)中 , 分布在 6個軌道面上的 24顆 GPS衛(wèi)星連續(xù)的全天候、覆蓋全球的發(fā)射定位、時間信息，地面上任何地點、任何時間的 GPS 接收機(jī)都至少可 以同時接收到 6 顆以上 GPS 衛(wèi)星的定位信息。如圖 示。目前 , 世界市場上已經(jīng)出現(xiàn)了許多性能優(yōu)良的便攜 式 GPS 接收機(jī) , 尤其是美國、日本一些公司的 GPS 接收機(jī)已經(jīng)被廣泛使用在車載導(dǎo)航、大地測量、遠(yuǎn)洋船舶導(dǎo)航等領(lǐng)域中。假設(shè) t時刻在地面待測點上安置 GPS 接收機(jī)，可以測定 GPS 信號到達(dá)接收機(jī)的時間△ t再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定如下所示的四個方程式： ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 21 1 1 1 0 1ttx x y y z z c v v d? ? ? ? ? ? ? ? （ 1） ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 22 2 2 2 0 2ttx x y y z z c v v d? ? ? ? ? ? ? ? （ 2） ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 23 3 3 3 0 3ttx x y y z z c v v d? ? ? ? ? ? ? ?（ 3） ? ? ? ? ? ? ? ?2 2 24 4 4 4 0 4ttx x y y z z c v v d? ? ? ? ? ? ? ? （ 4） 上述四個方程式中待測點坐標(biāo) x、 y、 z 和 0tv 為未知參數(shù)，其中 : itidc? ?? （ i= 4）； id （ i= 4） 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 到接收機(jī)之間的距離； it? （ i= 4） 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的信號到達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時間。 四個方程式中各個參數(shù)意義如下： x 、 y、 z 為待測點坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)； ix 、 iy 、 iz （ i = 4） 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 在 t 時刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得； tiv （ i= 4） 分別為衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 衛(wèi)星 4 的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供； 0tv 為接收機(jī)的鐘差。 GPS OEM 板組成結(jié)構(gòu)及原理 GPSOEM 板是將 GPS 接收機(jī)的主要部件做成大規(guī)模的集成電路片 ,并集成在一塊電路板上。用戶利用 GPS OEM 板進(jìn)行二次硬件開發(fā)可研制成各種應(yīng)用的 GPS 接收機(jī)。所以對于最終用戶來說 ,關(guān)注的重點是 GPS接收機(jī)。 GPS OEM 板內(nèi)部含有基本的 GPS 信號接收和解算單元以及必要的輸入輸出接口，具有性能可靠、易于開發(fā)的特點，而且 ,僅數(shù)厘米的尺寸使其可以十分方便地與 其他設(shè)備組合 ,適用于多種應(yīng)用場合 ,正越來越受到開發(fā)者的關(guān)注。 GARMIN GPS 25LP 系列 OEM 板采用全封閉方式，單一 +5V 供電，內(nèi)置保護(hù)電池。 GPS 25LP 系列 OEM 板的外觀如圖 。電源 /數(shù)據(jù)口：單排 12插針； 速度精度（ m/s）：小于 ； 定位時間（ s）：冷啟動時間＜ 45；熱啟動時間＜ 15；重捕獲時間＜ 2； 加速度限制 (g)： 6； 功耗 (W)： GPS 25LP OEM 板的引腳如圖 。 該 GPS OEM 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(gòu) 成。從而產(chǎn)生計算位置的數(shù)據(jù)信息（包含維度，經(jīng)度，高度，速度，日期，時間，航向，衛(wèi)星狀況等信息）。 圖 GPS 25LP 系列 GPS OEM 板內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖 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，就可計算出當(dāng)前天線位置。輸入語句由用戶編制，主要功能是對 GPS OEM 板進(jìn)行初始化 、對導(dǎo)航模式和輸出數(shù)據(jù)格式進(jìn)行設(shè)定。 GARMIN 的 OEM 板功耗小，數(shù)據(jù)更新率為每秒一次。 NAEA0183 協(xié)議語句格式為 ASC II 碼字符串，易于理解，在多種高級語言中都可以直接進(jìn)行判別和分離，提取所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為 8個數(shù)據(jù)位， 1個起始位， 1個停止位，無奇偶校驗位。用戶通過輸入語句對 GPSOEM 板進(jìn)行初始化，設(shè)置數(shù)據(jù)格式和通信波特率，以及要求輸出的種類等。 NMEA0183 語句格式 “＄”為語句起始標(biāo)志；“ Aaccc”為地址域，前兩位為識別符，后三位為語句名； “，”為域分隔符；“ Ddd? ddd”為數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)內(nèi)容；“ *”為校驗和識別符，其后面的兩位數(shù)為校驗和；“ hh”為校驗和；“ CR/LF”為終止符，表示回車、換行。輸入語句包括初始位置，時間，秒脈沖狀態(tài)，差分模式， NMEA 輸出間隔等設(shè)置信息。本設(shè)計使用了接收機(jī)初始化信息（ PGRMI）語句。 ＄ GPRMI， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7 *hhCRLF 1緯度 （度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） ； 2緯度半球 N（北半球）或 S（南半球）； 3經(jīng)度 （度分）格式（前面的 0 也將被傳輸） ； 4經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） ； 5 UTC 日期， ddmmyy（日月年）格式； 6 UTC 時間， hhmmss（時分秒）格式； 7接收機(jī)命令， A=自動定位， R=機(jī)器重新啟動?？赏ㄟ^ GPS 串口調(diào)試軟件發(fā)送相應(yīng)的命令語句給 GPS OEM 板，此后 GPS OEM 板會根據(jù)設(shè)置參數(shù)決定每隔若干毫秒發(fā)送哪種或哪幾種 NMEA 語句。 （ 2）＄ PGRMO， 1， 2*hhCRLF 1語句名稱 2語句模式： 0=關(guān)閉 1中指定的語句； 1=打開 1中指定的語句； 2=關(guān)閉所有輸出的語句； 3=打開所有的輸出語句（ GPALM 語句除外）； 4=恢復(fù)出廠時的語句設(shè)置。 ＄ GPRMC， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10，11， 12*hhCRLF 1 UTC 當(dāng)?shù)貢r間， hhmmss（時分秒）格式； 2定位狀態(tài)， A=有效定位， V=無效定位； 3緯度 （度分）格式（前面的 0也將被傳輸） ； 4緯度半球 N（北半球）或 S（南半球）； 5經(jīng)度 （度分）格式（前面的 0也將被傳輸） ； 6經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)） ； 7對地速率 ~ 節(jié)（前面的 0也將被傳輸）； 8對地航向 176。（以真北為參考基準(zhǔn)，前面的 0也將傳 輸）； 9 UTC當(dāng)?shù)厝掌冢?ddmmyy（日月年）格式； 10磁偏角 176。（地球磁場不同時間不同地點的偏差。 （ 4） GPS板設(shè)置語句（ PGRMC） PGRMC語句用于設(shè)置 GPS板，設(shè)置參數(shù)存儲于永久存儲器中。 ＄ PGRMC， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10，11， 12， 13， 14*hhCRLF 在本文的研究中，我們只保留推薦最小 GPS/TRANSIT ＄ GPRMC 語句，通過串口向 GPS 輸出。 MCS 51 系列單片機(jī)因其結(jié)構(gòu)簡單、功能豐富、價格低廉 ,在消費電子和工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 MCS – 51 系列單片機(jī)中，各類單片機(jī)都是相互兼容的，只是引腳功能略有差異。圖 805 1單片機(jī)的引腳圖（ 40腳 DIP封裝）。 圖 8051 單片機(jī)引腳圖 前已敘述， GPS 25 LP 有 2組輸入輸出的串行接口（見圖 ），其引腳 4 TXD1 用來輸出相位信號，引腳 5 RXD1 用來輸入串行差分 GPS 信號。 GPS – OEM 板上電經(jīng)過自檢后即進(jìn)入衛(wèi)星測量階段并輸出相關(guān)信息。因此 ,硬件上的關(guān)鍵是單片機(jī)與 OEM板的接口線路 ,而軟件的核心則是正確對單片機(jī)串行口進(jìn)行設(shè)置、對 OEM板的進(jìn)行合理配置并提取相應(yīng)的 GPS 信息。單片機(jī)的工作是在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下一拍一拍的進(jìn)行的。 8051內(nèi)部有一個高增益反向放大器，用以構(gòu)成振蕩器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是放大器的輸入端和輸出端。見圖 。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電 路來實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RESET引腳上出現(xiàn)