基于单片机的GPS定位系统设计-毕业论文.docx

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1、 基于单片机的GPS定位系统设计摘 要GPS是英文Global Positioning System（全球定位系统）的简称。由于GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。本次设计由于采用GPS模块(M-87)，基于单片机AT89C51来实现GPS定位信息显示系统。所以本设计详细介绍了一种成本很低，操作简单的经济型GPS定位系统的设计方案。本方案基于51单片机，M-87,12864液晶显示屏的等硬件，应用C语言，可以完成GPS的信息提取，可以显示时间、经度、纬度等其他信息，使用基本的键盘控制操作等。

2、这种设计可以精度高、体积小、连续导航。本设计主要是应用于个人驾车外出旅游，出租车定位等领域。关键词：单片机，HOLUX M-87，LCD Design of GPS positioning system based on single-chip computerABSTRACTAs GPS technology with around-the-clock, high accuracy automatic measurement and characteristics as advanced measurement methods and new productive forces, are i

3、ntegrated into the national economic construction and national defense construction and social development in various areas of application.The design due to the use of GPS module (M-87), AT89C51 based on single-chip microcomputer to achieve GPS positioning information display system. So this design

4、details to a low cost, easy affordable GPS positioning system design. This scenario is based on 51 single chip, M-87,12864 LCD screen, hardware, c language, you can complete the GPS information extraction, you can display the time, other information such as longitude, latitude, using basic keyboard

5、control of operations. This design makes high precision and small size, continuous navigation. This design is applied to individual car travel, taxi location and so on.KEY WORDS: SCM, HOLUX M-87,LCD8目录前言1第1章 GPS和相关软件的简介21.1 GPS简介21.1.1 GPS定义21.1.2 GPS定位基本原理21.1.3 GPS特点31.2 HULUX M-87简介41.2.1 HULUX M

6、-87 参数41.2.2 通信处理41.2.3 M-87协议5第2章 硬件电路设计82.1 设计方案的选择82.1.1 方案一82.1.2 方案二82.2 AT89C5192.2.1 AT89C51简介92.2.2 管脚说明102.2.3 AT89C51芯片擦除112.3 单片机与GPS接口电路122.3.1单片机与GPS的接口电路122.3.2 GPS模块管脚说明122.3.3 键盘部分132.4 LCD液晶显示器132.4.1 LCD12864概述132.4.2基本特性142.4.3模块接口说明142.5 电源部分16第3章 系统软件设计183.1系统软件概述183.2软件程序的编写183

7、.2.1 初始化模块193.2.2 数据接收处理模块19第4章 系统调试214.1 硬件调试214.2 软件调试214.3 系统测试结果22结 论24谢 辞25参考文献26附录26外文资料翻译28前言针对中国交通现状而言，我想大家都不言而喻。其实我更想说的是上班不易，下班难，当然我这里说上班不易是你必须提前一个小时左右的时间去赶车或开车，下班时，你到家可能很困难。因为堵车在这个时段是很常见的，特别是那些开私家车的人对这种情况更加烦恼，不知道改怎么做，我想他们想的更多的是还是等政府制定政策，在开几条道路吧！在这之前还是默认接受这样的情况。我想这样的情况我们大可不必这样默认接受，我本次设计就是有这

8、方面的启发。面临如今交通现状，特别是私家车日益增多，对交通便利的压力很大，GPS车载定位监控对于缓解交通拥堵现象还是很有一定的作用，这个定位监控能及时的把自己的位置显示出来，及时找到一条交通不拥堵的道路，让自己的能准时的去工作，准时的到家等等：当然这个设计不仅仅只有这样一些的特点，他们对于自己外出旅行业有很大的帮助，他能准确的识别道路，识别自己的方位等很多方面。本文首先介绍了GPS系统由来及其发展、基本概念、M-87的工作原理通信处理和M-87协议。然后确定最佳的了设计方案 及其对AT89C51、NMEA-0183 通讯协议、液晶显示器进行了详细论述。并且设置了单片机与GPS接口电路、单片机与

9、液晶显示器的电路。通过C语言实现了 GPS 信号的提取、显示及基本的键盘控制操作等。经过实践测试,这种接收机可以达到基本 GPS信息接收以及显示，可以做到方便灵活、优质价廉、精度高、连续导航、抗干扰能力强，并可广泛应用于个人野外旅游探险、出租汽车定位及海上作业等领域。 第1章 GPS和相关软件的简介1.1 GPS简介1.1.1 GPS定义利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55。卫星的分

10、布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。图1.1 GPS卫星空间分布示意图1.1.2 GPS定位基本原理GPS定位的基本原理是根据高速运动的卫星瞬间位置作为已知的起算数据，采用空间距离后方交会的方法，确定待测点的位置。如图所示，假设t时刻在地面待测点上安置GPS接收机，可以测定GPS信号到达接收机的时间t，再加上接收机所接收到的卫星星历等其它数据。1.1.3 GPS特点（1）全球全天候定位 GPS卫星的数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS卫星，

11、确保实现全球全天候连续的导航定位服务（除打雷闪电不宜观测外）。 （2）定位精度高 应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6m，100-500km可达10-7m，1000km可达10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测时解其平面位置误差小于1mm，与ME-5000电磁波测距仪测定的边长比较，其边长较差最大为0.5mm，校差中误差为0.3mm。 实时单点定位(用于导航)：P码12m ；C/A码510m。 静态相对定位：50km之内误差为几mm+(12ppm*D)；50km以上可达0.10.01ppm。 实时伪距差分(RTD)：精度达分米级。 实时相位差分

12、(RTK)：精度达12cm。 （3）观测时间短 随着GPS系统的不断完善，软件的不断更新，目前，20km以内相对静态定位，仅需15-20分钟；快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15KM以内时，流动站观测时间只需1-2分钟；采取实时动态定位模式时，每站观测仅需几秒钟。 因而使用GPS技术建立控制网，可以大大提高作业效率。 （4）测站间无需通视 GPS测量只要求测站上空开阔，不要求测站之间互相通视，因而不再需要建造觇标。这一优点既可大大减少测量工作的经费和时间（一般造标费用约占总经费的30%50%），同时也使选点工作变得非常灵活，也可省去经典测量中的传算点、过渡点的测量工作。 （5

13、）仪器操作简便 随着GPS接收机的不断改进，GPS测量的自动化程度越来越高，有的已趋于“傻瓜化”。在观测中测量员只需安置仪器，连接电缆线，量取天线高，监视仪器的工作状态，而其它观测工作，如卫星的捕获，跟踪观测和记录等均由仪器自动完成。结束测量时，仅需关闭电源，收好接收机，便完成了野外数据采集任务。 如果在一个测站上需作长时间的连续观测，还可以通过数据通讯方式，将所采集的数据传送到数据处理中心，实现全自动化的数据采集与处理。另外，现在的接收机体积也越来越小，相应的重量也越来越轻，极大地减轻了测量工作者的劳动强度。 （6）可提供全球统一的三维地心坐标 GPS测量可同时精确测定测站平面位置和大地高程

14、。目前GPS水准可满足四等水准测量的精度，另外，GPS定位是在全球统一WGS-84坐标系统中计算的，因此全球不同地点的测量成果是相互关联的。 （7）应用广泛1.2 HULUX M-87简介1.2.1 HULUX M-87 参数（1）GPS芯片是MTK，系统内存是4MB；（2）模块灵敏度：159dBm，卫星通道：32通道，定位精度：= 24) /判断得到的时间是否超过24小时，超出变作减24处理 j - = 24; g_DisTime0 = j/10+0; /将北京时间高一位作码型变换并赋予高一位显示 g_DisTime1 = j%10 +0;/将北京时间高二位作码型变换并赋予高二位显示 在调试

15、中出现一个奇怪的问题，在作了以上的处理后时间的小时位数据并不完全正确，高位显示的与北京时间相同，但低位却与UTC时间相同。在做了各种尝试（如在UTC时间上做加9处理、直接给六位时间g_DisTime5赋值等）后总结出这样一个问题，以上的算法处理只对六位数据位的高一位处理有效，低五位的显示始终都是正确UTC时间。经过分析，初步认定上面的程序并没有被完全的执行。因GPS接收模块源源不断的传送数据给单片机处理，在运行过程中定位信息大约每秒钟更新一次，在主函数中对收到的时间进行处理时有可能会出现还没来得及处理完毕时便接收到下一帧数据，故时间的处理就可能会有只对高一位处理完成而没完成处理好低五位时又进入

16、了串行口中断，那么液晶显示的结果就是经过处理的高一位(北京时间)和未经处理的低五位(UTC时间)。考虑到以上原因，将原放在主函数的时间转换处理程序放置在到中断时一收到UTC时间就对其进行转换处理。经过了调试，终于在液晶上显示出来正确的北京时间，证明了以上的分析、推断的正确性。4.3 系统测试结果2012年5月12日上午10点23分钟左右在洛阳理工学院实验楼D楼进行测试，接收天线放置于户外接收信号，启动GPS接收系统，经过测试，液晶显示的结果如下图4-1：图4-1 液晶显示结果结 论本课题是在了解当前GPS导航系统的条件下，自行开发一套GPS定位系统。GPS接收机的开发和研制，主要是了解GPS的

17、原理，熟悉GPS接收机的工作原理及其各部分工作流程。GPS信号处理这一块由M-87实现，通过M-87与MCS-51兼容系列单片机串口相连，配备了所需的外围电路，同时配有液晶显示器，可以显示字符，并详细介绍了该GPS接收机的硬件和软件设计。开发的GPS接收机已经可以正常工作，同时显示的定位精度和定位速度等各方面的指标都满足要求。通过实验模拟仿真，结合本课题的人机界面、参数设置与计算等，能够满足课题要求，可以实现导航功能。通过本课题的完成，我对GPS的原理有了深入的理解，熟练地掌握了GPS接收机的工作原理。同时，我对单片机的应用有了更深入的掌握，提高了单片机外围电路设计和软件设计的经验的能力。这些

18、对我今后的工作的提高都有所帮助。同时，由于水平有限和时间问题，有许多不足。没有进行误差分析，定位数据可能有误差，这有待改进和提高。谢 辞时间转眼即逝，不知不觉我的大学已渐渐的接近尾声，大学的努力与付出，随着本次论文的完成，将要划下完美的句号。在此，首先，我要感谢王煜老师！老师学识渊博、治学严谨、耐心细致。在毕业设计期间，无论是在资料的查找、原理的讲解，还是在做人处世的风格上，都让我受益匪浅，得到的启示是难以详尽。在这里我要向老师表示最忠心最诚挚地感谢！我有很多基础理论知识掌握不牢，一面帮我查缺补漏，一面发挥我的特长，让我的课题能够顺利有序地进行到满足要求。其次，我还要感谢我们课题组的曲尚辉，梁

19、玲敏，张益梁同学，在共同的学习中，我们互帮互助，愉快地完成了毕业设计！此外,还要感谢以前的代课老师,他们在各方面都给了我不少帮助,愿他们工作愉快,身体健康，万事如意!参考文献1刘基余. GPS卫星导航定位原理与方法M. 北京: 北京科学出版社,20032洪大永. GPS全球定位系统技术及应用M. 福建: 厦门大学出版社,19983张守信. GPS卫星测量定位理论与应用M. 长沙: 国防科技大学出版社,19964郑晓霞.基于AT89S51单片机实验开发系统设计D. 内蒙古大学 20095尹继尧,徐平,杨天青,吴培稚. 对GPS接收机测试评估的探讨J. 地震地磁观测与研究. 2005(06)6施维

20、忠. 接收全球定位系统信号的系统和方法 P. 中国专利:CN1459638,2003-12-03.李华. MCS51系列单片机实用接口技术. 北京: 北京航空航天大学，19937徐绍铨等编著.GPS测量原理及应用M. 武汉测绘科技大学出版社, 19988贾赞杰,朱昱,史线龙,高云飞. 基于GPS的时钟同步模型选择与实验分析J. 测绘科学. 2011(03) 9长谷川浩二;若森美贵雄;金纲治男. 全球定位系统定位方法和全球定位系统接收装置 P. 中国专利:CN1299976,2001-06-20.10吴迅. 使用单片机的简易GPS经纬度信息显示系统J. 电子世界. 2009年,第1期,P4648

21、11Ling Huang. GPS Information Processing System Based on Single Chip Microcomputer. Modern Electronics TechniqueC. 200712张海龙. 基于单片机的GPS定位显示系统J. 网络与信息. 2009年,第4期，P4713何立民. 从Cygnal 80C51F看8位单片机发展之路. 单片机与嵌入式系统应用，2002年，第5期,P5814Bradford W Parkinson,James J Spilker Jr.Global Positioning System: Theory and Applications Volume. . 199615S.-C. Han,J. H. Kwon,C. Jekeli. Accurate absolute GPS positioning through satellite clock error estimationJ ,2001附录 软件程序#includereg51.h#include stdio.h#include intrin