基于单片机的北斗定位系统毕业论文Word文档格式.docx

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信息采集；

GSM通信

Abstract

Therearemoreandmoreemptynestersinmodernsociety.Theelderlycan'

tcallforhelpintimeduetoaccidents,whichbringsthreatstohealthandevenlifesafety.Therefore,moreandmoreattentionhasbeenpaidtothesafetymonitoringoftheelderly.Inordertosolvethisproblem,STC12C5A60S2singlechipmicrocomputerisusedasthemainprocessor,um220moduleasthecore,LCD12864displaymodule,buzzerandsim900modulearecombinedtorealizethemulti-functionalalarmsystem.Iftheelderlyorvulnerablegroupshaveanaccident,pressthealarmbutton,thebuzzerwillsound,thecase,allergyhistory,druglocation,etc.willbedisplayedontheLCDscreen,andthelocationaddressinformationcanalsobeswitchedthroughthebutton.AndthroughtheGSMwirelesscommunicationmodule,thelocationinformationissenttothefamilycellphone,sothattheinjuredcanberescuedintime.Theexperimentalresultsshowthatthesystemcanaccuratelyrealizethefunctionsofalarm,locationandinformationdisplay,andprovideasolutionforsafetymonitoring.

Keywords:

Beidoupositioningsystem;

singlechipmicrocomputer;

informationcollection;

GSMcommunication

第一章绪论

1.1北斗定位系统及其工作原理

我国北斗卫星导航系统经历了几十年的研究与建设，已经成功完成了“北斗一号”、“北斗二号”建设，意味着北斗能够覆盖到亚太地区，区域建设目标达成。

如今已经完成了全球组网的部署，可以向全球提供定位服务。

“北斗二号”是全球的卫星导航系统组成形式由空间段、用户段和地面段三个部分,北斗导航系统的中枢部分以地面为中心控制,实现对卫星的测轨、定位和调整[1]。

从而实现卫星定位以及实时监控。

当你打开手机上的导航软件，卫星的定位功能会自行运行，北斗系统组建了空间卫星网络，由55颗北斗导航卫星组成的轨道分布，能让人们随时随地都能观察到北斗卫星的存在。

定位系统的基本原理是用户机、定位卫星以及地面中心站三者之间的相互响应。

首先，地面中心站会向北斗卫星发送询问信号，北斗卫星将该信号扩散到各个区域，如果在这期间有用户机使用定位功能，它将会把定位请求反馈给北斗卫星，最后卫星把反馈发送给地面中心站。

根据电磁波的速率和完成这一信号传播所用的时间，地面中心站可以得到北斗卫星和用户机两者间的距离。

测量出用户机与第一颗卫星的距离和与第二颗卫星的距离可以得到俩个球面，球面相交得到一个圆环，再与地球表面的交点，地面中心站就能确定出用户机当前的位置。

最终由卫星把接收到的位置信息传送给用户机，到此完成了定位流程。

可以看出卫星相当于一个中转站，使得用户机与地面中心站相互连接起来传递信息。

如需提高定位精度，可以使用四颗或者更多导航卫星，确定用户机的空间坐标轴，可以得到用户机的确切位置。

现在市面上大多数手机都搭载了北斗定位系统，可以接收和解析北斗信号，虽然明面上使用最多的还是GPS但在我们不知觉中北斗也给我们提供了许多支持。

如今北斗系统不仅应用与军事领域，也开始加大了民用开发，使得北斗更加全面化，与GPS势均力敌，各有各的特点。

北斗系统的建设摆脱GPS的限制，拥有自主的定位战略提高了国防安全，其次，GPS也有其自身的技术局限性。

北斗系统具有GPS无法实现的一些功能，因此在卫星应用中具有更好的前景。

1.2本设计的研究内容及成果

现代社会空巢老人越来越多，老人因意外发生不能及时呼救给健康甚至生命安全带来威胁，以及防范未成年走失。

所以为满足当前人们对健康的关注以及市场的需求，使得家人更加放心地让老人家独自外出，本次设计采用示波法设计出一种基于STC系列单片机的北斗定位系统，该设计拥有成本低廉，测量方便，结果精确的特点。

本设计使用UM220模块用于采集和解析定位信息，通过GSM无线通信模块SIM900发送定位信息以及液晶显示经纬度坐标和个人信息，联系人也能及时收到家人发送的定位信息，LCD模块负责显示报警人员的重要信息以及当前的位置地址，还实现了信息的切换，蜂鸣器吸引周围人的注意力进行救援。

实现快速报警以及发送所在位置信息的功能。

第二章整体方案设计

2.1系统整体方案

本次设计的报警系统的实现方案有硬件系统部分以及软件系统部分。

首先，硬件系统上设计了基于STC12C5A60S2芯片的信号检测与采集系统。

在这部分中，UM220模块通过串口1传输采集到的数据信息。

SIM900A模块通过串口2将分析后的坐标位置信息通过短信形式发送至预设的手机号码。

软件系统设计主要完成北斗定位信息的采集、定位信息的提取和分析。

定位通过全球移动通信系统发送，并通过液晶显示模块显示

2.2系统整体框架图

图2.1系统整体框图

第三章硬件电路设计

3.1UM220接受板模块

本次设计使用了UM220-IVN，它拥有双系统以及高性能全球导航卫星系统模块，这个模块使用了SoC芯片，该芯片具有双系统和多频高性能出色实现模块要求也让产品的开发成本降低了。

UM220-IVN整体设计紧凑，可以实现标准取放和回流焊的全自动集成，特别适合低成本、低功耗领域。

UM200原理图如图3.1所示。

3.1.1北斗定位系统接受板原理

UM220-IVN模块采用5V供电，搭载了RS232接口，串行端口1是主串行端口，可以进行数据传输、固件升级等，使得模块与上位机接口适配。

LVTTL电平自动输出ASCII字符型语句。

通信波特率的值默认为9600bps，最大值为115200bps。

串行端口2只能进行数据传输。

搭载1个外部中断信号输入管脚。

该模块采用天线接收卫星信号，经过变频和放大信号以及对信号进行滤波减少干扰等处理后，可以得出用户当前的位置信息，输出标准时间、经纬度、经纬度方向等数据。

图3.1和芯星通公司设计的UM200原理图

3.1.2通信处理信息协议

串口数据发送和接收是一位位接收，当接收到8位数据后，申请中断，并进行数据存储[2]。

每个语句都以“$”开头，前两字母作为标志符而后三个字母作为语句的名称，用逗号将各个数据分割开来，都代表着各自的作用，在语句末尾进行校验和，最后以换行符结束整条语句，接着输出下一条语句信息中。

校验和的计算方法为从'

$'

起到'

*'

之前的所有字符的异或，以16进制表示。

3.2STC12C5A60S2单片机

本次设计使用的是STC12C5A60S2单片机，该单片机可以兼容51内核,使得该单片机的适用性更加广泛。

内部不仅搭载了随机存取存储器还有Flash只读程序存储器，这两类存储器容量相比较与其他单片机都有较大优势，可以容纳更多的数据。

处理速度是传统8051的8-12倍，因此在满足兼容传统的8051代码要求上集成了MAX810特用复位电路2路PWM8路高速10位A/D转换[3]。

MCU内部进程最多可以提供60k的FlashROM，可以方便用户存储。

并且可以加密编写的程序，这很好地保护了自己地劳动成果。

该单片机有多种中断方式，以适应外接多个模块情况，防止串口不足。

还有三种不同的低功耗工作方式，采用标志位来判断是否进入省电模式，三种模式都能达到不同的效果。

空闲模式下还能进行外部中断，定时器以及各串口还能起效；

如果进入低速模式不仅可以减少功耗还能降低干扰；

微控制器进入掉电模式时，内部时钟停振。

3.2.1STC12C5A60S2单片机的结构

STC12C5A60S2单片机中包括中央处理器（CPU）、程序存储器（Flash）、数据存储器（SRAM）、定时/计数器、UART串行端口等模块。

3.2.2引脚定义及功能

图3.2STC12C5A60S2引脚图

图3.2显示了单片片STC12C5A60S2的针脚排列和针脚功能的一部分。

P0：

P0口作为输入/输出口和地址/数据复用总线使用；

P1：

P1口有着八位I/O串口，可以接收外部信息以及信号地输出；

P2：

P2口内部上拉电阻，用作高8位地址总线以及输入/输出口；

P3：

8个双向I/O口，可以用作外部中断、定时器中断以及下降沿中断等，外部数据存储器写脉冲与读脉冲；

P4口：

增加了4个I/O口，可以进行位寻址；

XTAL1：

反向放大器的输入端；

XTAL2：

用来反向振荡器的输出端；

RST：

该引脚起到了复位作用，进行初始化以及重新赋值；

3.3LCD液晶显示器

3.3.1LCD显示器的工作原理

液晶显示器的显像原理，屏幕背后有一排LED灯称为“背光源”，通过了解光学系统，光线穿过屏幕后部，第一张膜为光提供了白色背景，再经过被圆点覆盖的导光板，当光线从底部边缘进入时，它会通过全内反射向下传播，直到碰到其中一个点使光线从前面显现出来，通过漫射膜消除导光板上的点阵图案，然后是一个棱镜膜和漫射膜就有了一个非常均匀的照明表面，如果表面添加一个玻璃夹层就能显示出图像。

使用微小的玻璃珠填充窗格之间的空间，以保持它们与液晶分离，这些晶体不允许光沿两个轴均匀传递，两块玻璃表面上相互成90度角形成凹槽，中间的分子排列成螺旋线，当来自背光源的光通过第一偏光片并进入夹层时，它被液晶旋转，从而允许其通过第二偏光片并出现在屏幕前方，这被称为正常白模式。

在夹层结构上施加电场使晶体纵向排列，通过第一偏振片的光线不会被晶体旋转，不能再通过屏幕的前方，这被称为正常黑模式。

然后可以通过玻璃来控制光线，从而获得色彩，控制电极之间的电压可以控制光线强度。

一个像素由红、蓝、绿三个子像素组成，在