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GPS定位系统设计

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本科毕业论文（设计）

题目：

GPS定位系统设计

学院：

自动化工程学院

专业：

电子信息科学与技术

班级：

2007级1班

姓名：

#############

指导教师：

#$############

2011年6月2日

GPS定位系统设计

TheDesignofGPSPositioningSyste

摘要

本系统设计的是基于GPS定位系统的公交车自动报站系统。

硬件上是由单片机（SPCE061A）、液晶显示模块、GPS接受器、SPR模组等组成。

能够实现卫星定位，公交车语音报站等功能。

该系统通过实时对GPS模块输出数据采集，并根据得到的经纬度信息判断公交车当前是否到达预设的各个站点。

本系统的优越性主要体现在通过GPS对公交车进行实时定位，无需人工干预，便可准确无误的进行自动报站，以实现朽能化和高可靠性。

关键词GPS单片机定位报站

Abstract

ThissystemprovidesthefunctionoftheGPSbuslocationandstopreporting.It’sbasedontheSPCE061AMCU,LCDmodule,GPSreceiver,SPRmoduleandothercomponents.Itcanachievesatellitepositioning,busstopsreportingandotherfunctions.

Thesystemisbasedonreal-timeGPSdataacquisitionmodulegettingtheinformationoflatitudeandlongitudeanddeterminethecurrentbusstop.Advantagesofthissystemismainlythatthroughreal-timeGPSpositioningonthebus,withouthumanintervention,itcanbeaccurateforautomaticstationinordertoachieveenergyandhighreliabilityofthedecadent.

KeywordsGPSMCUpositioningstopreporting

前言1

第1章总体方案2

1.1系统供电电源选择2

1.2控制器选择2

1.3定位装置GPS的选择3

1.4显示器件选择4

第2章硬件设计5

2.1总体设计5

2.2各模块设计6

2.2.1电源设计6

2.2.2微控制器7

2.2.3GPS接收器12

2.2.4SPR模组14

2.2.5C系列中文液晶模块15

第3章软件设计16

3.1GPS定位的实现16

3.1.1GPS绝对定位16

3.1.2GPS定位相关概念16

3.1.3GPS接收器17

3.1.4NMEA0183标准语句17

3.2液晶显示部分设计23

3.2.1C系列中文模块显示资料RAM23

3.2.2显示程序实现24

3.3SPR_Demo的软件设计25

3.4语音报站设计27

第4章测试方法28

4.1测试方法28

4.2系统特色28

结束语29

谢辞30

参考文献31

前言

GPS公交自动包装系统集定位技术、语音报站、液晶显示于一体，能够对车辆进行实时定位、自动报站，在保障车辆安全和提高效率等方面发挥着巨大作用。

现在所说的公交自动报站系统一般都基于GPS定位技术。

GPS定位系统主要有GPS接收器,SPCE061A为核心的控制器组成。

在卫星定位的基础上，公交车可以实现进出站时的自动报站，方便乘客与司机。

GPS导航系统是以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维速度、三维位置等信息的一种无线电导航定位系统。

它主要是由三部分构成，一是地面控制部分，包括主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统等设施。

二是空间部分，由24颗定位卫星组成，分别分布在6个倾斜的轨道平面。

三是用户端部分，包括天线及GPS接收器两部分。

现在有些民用的定位精度甚至可以达到10米内。

卫星导航技术的发展趋势主要有三个方面的表现：

一是卫星导航可多系统并存，这样使系统可用性得到了提高，应用领域将会更广阔；二是多元组合导航技术一步步得到推广应用，主要有GPS与移动通信基站定位、航位推算技术、陀螺等的组合应用；三是无线通信与卫星导航等其它技术互相结合，如将GPS接收机嵌入到蜂窝电话、PDA、便携式PC和手表等通信、安全和消费类等电子产品中，这样本上促进着IT技术的整体发展。

从前，国内城市公交系统采用过工干预的电脑报站器。

必须根据运营线路提前设置上、下行线路；公交车司机在驾驶的同时，当快到站时，需要手动按下相应报站按键。

而进站时，由于人流较多而使司机工作受影响，导致漏报站、错报站可能偶有发生，进而影响到公交服务质量，而且潜伏着很大的交通隐患。

因此，这里提出一种基于GPS卫星定位的全自动公交语言报站器的设计方案，该方案采GPS全球定位系统，避免了人工干预，当车辆快到车站时可全自动实现语音报站。

GPS模块接收到所选卫星发来的导航信息和星钟校正参数的时间信息，如此计算出车辆当前的经纬度坐标信息。

将此坐标信息与存储在单片机中的车站的经纬度坐标信息比对，就可查得车站站名信息，由语音系统播报即可。

该系统通过实时对GPS模块输出数据采集，并根据得到的经纬度信息判断公交车当前是否到达预设的各个站点。

当到达既定的站点时通过语音芯片实时播报站点信息，并通过LCD显示站名和当前经纬度。

本系统的优越性主要体现在通过GPS对公交车进行实时定位，无需人工干预，便可准确无误的进行自动报站，以实现朽能化和高可靠性。

用于公交车站台信息的自动播报，无需人工干预便可准确无误的进行自动报站。

第1章总体方案

此系统硬件主要由单片机、电源、GPS接收器、液晶模块等构成，主要是解决各模块间的通信问题，实现单片机、GPS接收器、液晶之间的互相通讯，从而完成GPS定位及自动语音报站。

简要过程为：

车载GPS接收机接收定位卫星发来的定位数据，并根据从三颗以上不同卫星发来的数据计算出自身所处地理位置的经纬度，之后将数据通过串口传递给MCU。

然后MCU将经纬度数据与存储的公交站点经纬度数据进行比较。

系统方案选择主要涉及以下几个方面的内容：

（1）系统供电电源选择

（2）控制器的选择

（3）定位装置GPS选择

（4）显示部分即液晶屏选择

1.1系统供电电源选择

方案一：

采用普通降压芯片LM7805。

LM7805系列三端稳压电源芯片，电路内部局有过流、过热及调整管的保护电路，并且组成稳压电源所需的外围元件极少，使用起来不但方便，而且价格便宜。

可调线性稳压电源多采用LM318进行电平转换。

但是由于线性稳压电源芯片具有效率比较低等缺点，所以本系统未采用。

方案二：

采用开关稳压电源芯片LM2596。

LM1117是NationalSemiconductorCorporation（国家半导体）生产的电源芯片，LM2596是MOTORALA公司生产的开关稳压电源芯片芯片。

LM2596输入电压范围为6V-30V，输过热和过流保护；可用TTL电平关闭输出，低功耗待机模式，典型待机电流为50uA，BUCK式降压器，较高的转换频率；可实现Buck-Boost正—负电压转换器LM1117和LM2596符合系统的要求，因此选择此芯片为电压转换芯片。

1.2控制器选择

方案一：

采用可编程逻辑器件CPLD作为控制器。

CPLD可以实现各种复杂的逻辑功能、系统处理速度快、IO资源丰富，可由用户根据需要生成特定的电路结构，完成一定的功能。

CPLD适合作为大规模控制系统的控制核心。

但本系统不需要复杂的逻辑功能。

从器件功能利用率及经济的角度考虑，不采用此方案。

方案二：

使用8位单片机AT89C52。

AT89C52是一种低电压、高性能的CMOS8位单片机，本身带有8字节可编程和擦除的只读存储器Flash。

该器件采用了ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术，并且跟符合工业标准的80C51和80C52产品的指令系统和引脚兼容。

片内Flash允许程序存储器在系统重复编程，或着通过传统的非易失性存储器编程器重复编程。

通用8位中央处理器和Flash存储单元在片内的结合使Atmel公司的AT89C52成为一款功能强大的单片机，因此它能对许多嵌入式控制应用提供极为灵活和廉价的解决方式。

AT89C52提供了以下的标准功能：

8K字节闪速存储器，256字节RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个全双工串行口，一个6向量两级中断结构，片内振荡器和时钟电路。

但系统控制器至少需要有两个串口，而51、52单片机只有一个串口，故也放弃此方案。

方案三：

采用凌阳SPCE061A单片机。

SPCE061A是由凌阳科技推出的一个16位结构的微控制器。

考虑到用户在存储器资源方面较少的资源需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存FLASHROM。

较高的处理速度使μ’nSP™能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号，适用在数字语音识别应用领域。

SPCE061A是数字声音和语音识别产品的一种最经济的应用。

凌阳的SPCE061A是16位单片机，具有DSP功能，有很强的信息处理能力，最高时钟频率可达到49MHz，具备运算速度高的优势等等，这些都无疑为语音的播放、录放、合成及辨识提供了条件。

因此选用凌阳SPCE061A单片机作为系统的主控芯片。

灵活、高效是μ’nSP™指令系统的显著特点。

μ’nSP™的汇编指令只有单字和双字这两种，其结构紧凑，并且对高级语言中C语言的支持提供最大限度地考虑。

另外，在需要寻址的各类指令中的每一个指令都可通过与6种寻址方式的组合而形成一个指令子集，目的是为增强指令应用的实用性和灵活性。

而复合式的「移位算逻操作」指令允许操作数在经过ALU的算逻操作前可以先由移位器进行各种移位处理，然后再经由ALU的算逻运算操作。

此外，算逻运算类指令中的16位×16位的乘法运算指令（Mul）和内积运算指令（Muls），又提供了对数字信号处理应用的支持。

1.3定位装置GPS的选择

方案一：

选用测地型接收机作为定位装置。

测地型接收机主要应用于精密大地测量和精密工程测量。

这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。

仪器结构复杂，价格较贵，不宜采用，故舍弃。

方案二：

利用授时型接收机。

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常常用于天文台及无线电通讯中时间同步。

对于本设计不适用，放弃此方案。

方案三：

采用导航型接收机。

此类型接收机主要运用于运动载体的导航，它可以实时的给出载体的位置和速度。

这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低一般为±25m,有SA影响时为±100m。

这类接收机应用广泛，价格便宜，适合系统设计，由于是对车辆定位，故选用车载型GPS接收器。

在本项目中使用基于SiRFstarIII型GPS模块，采用+5V供电，TTL电平自动输出NMEA01833.0格式（ASCII字符型）语句。

1.4显示器件选择

本项目采用C系列液晶，C系列中文模块可以显示字母、数字符号、中文字型及图形，具有绘图及文字画面混合显示功能。

提供三种控制接口，分别是8位微处理器接口，4位微处理器接口