GPS定位凌阳版Word格式文档下载.docx

GPS定位凌阳版Word格式文档下载.docx

《GPS定位凌阳版Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《GPS定位凌阳版Word格式文档下载.docx（33页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Abstract

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

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

KeywordsGPSMCUpositioningstopreporting

目录

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,GARMINGPS25LP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，更重要的事减轻司机的手动控制负担，给公交车的运行提供保障。

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人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。

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。

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，输出电压可调范围为1.23---20V。

输出电流可达3A。

内部振荡器产生52KHZ的固定频率；

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

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。

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

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。

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。

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位微处理器接口及串行接口（OCMJ4X16A/B无串行接口）。

所有的功能，包含显示RAM，字型产生器，都包含在一个芯片里面，因此只要一个最小的微处理系统，就可以方便操作模块。

显示数据RAM可以提供64x2个字节的空间，最多能控制4行16字（64个字）的中文字型显示。

内置2M-位中文字型ROM（CGROM）总共能够提供8192个中文字型（16x16点阵），16K-位半宽字型ROM（HCGROM），总共能够提供64x16-位字型产生RAM（CGRAM），126个符号字型（16x8点阵），另外绘图显示画面还提供了一个64x256点的绘图区域（GDRAM），可以实现和文字画面混和显示。

第2章硬件设计

2.1总体设计

此系统主要由凌阳的SPCE061A单片机、GPS接收器、C系列中文显示液晶、SPR模组等构成。

主要实现卫星定位导航，即在彩屏上显示导航路径及当前位置，系统的总体框图如图2.1所示。

液晶显示

SPR模组

微控制器（SPCE061A）

图2.1系统总体框图

天线

GPS接收模块

（1）GPS接收模块：

接收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。

并将经纬度信息通过串口传送给单片机。

（2）主控制模块：

将从GPS接收器传来的数据进行运算，将经纬度数据与存储的公交站点经纬度数据进行比较得出当前的位置。

读取SPR模组存储的语音资源并实现语音报站，将位置信息通过液晶显示出来。

整个系统的设计思想是将显示和计算分开，不仅在硬件上是这样，在软件上也把显示函数和计算函数分开，每块程序可以调用显示函数，显示函数根据当前状态的不同显示不同的内容，并且这样做会给将来做下一个项目时带来很大方便（可以直接将源文件包含进去，需要时直接调用源文件中的函数）。

（3）液晶显示模块：

液晶显示模块要求带有中文显示功能，显示当前的位置信息。

站点名称及经纬度坐标。

（4）SPR模组：

存贮音频文件供单片机读取。

考虑到语音文件的存储，SPR模组可用来存储体积较大语音文件。

SPR模组是针对凌阳科技公司的存储器芯片SPR4096/SPR1024开发的简易烧写器。

由于单片机带有10位双通道DAC音频输出能力。

因此不需要额外的语音模块。

2.2各模块设计

2.2.1电源设计

单片机的工作电压范围2.6-3.6V，与GPS及液晶屏并不相同。

因为系统电源需要两个电压，单片机需3.3V供电，另外GPS及液晶屏需5V供电，因此采用LM2596芯片稳出5V电压，然后用AS1117模块将5V电压转换为3.3V电压。

图2.2、图2.3、图2.4分别为电源芯片原理图及部分布线图。

图2.3LM2596PCB布线图

图2.43V电源原理图

2.2.2微控制器

1.SPCE061A是由凌阳科技推出的一个16位结构的微控制器。

较高的处理速度使得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在工作电压范围内（2.6V~3.6V）的工作速度0.32MHz~49.152MHz，较高的工作速度使其应用领域更加拓宽。

2K字SRAM和32K字闪存ROM仅仅占了一页存储空间，32位可编程的多功能I/O端口；

两个16位定时器/计数器；

低电压复位/监测功能；

32768Hz实时时钟；

双通道10位DAC方式的音频输出功能；

8通道10位模-数转换输入功能并具有内置自动增益控制功能的麦克风输入方式……。

2.结构概览

SPCE061A的结构如图2.5所示：

图2.5SPCE061A的结构

3.SPCE061A共有84个引脚，封装形式为PLCC84，它的排列如图2.6所示，

图2.6SPCE061A引脚排列图

4.SPCE061A的性能参数如下：

•16位μ’nSP™微处理器；

•工作电压：

VDD为2.6~3.6V（cpu）；

VDDH为VDD~5.5V（I/O）；

•CPU时钟：

0.32MHz~49.152MHz；

•32768Hz实时时钟；

•内置32K闪存ROM；

•内置2K字SRAM；

•晶体振荡器；

•可编程音频处理；

•系统处于备用状态下（时钟处于停止状态），耗电小于2μA，3.6V；

•2个10位DAC（数-模转换）输出通道；

•2个16位可编程定时器/计数器（可自动预置初始计数值）；

按寻址方式划分，可分为以下几类：

•立即数寻址这种寻址方式是操作数以立即数的形式出现，例如：

R1=0x1000，是把16进制数0x1000赋给寄存器R1。

•存储器绝对寻址这种寻址方式是通过存储器地址来访问存储器中的数据，例如：

R1=[0x1000]，访问0x1000单元的数据。

•寄存器寻址这种寻址方式是操作数在寄存器中，例如：

R1=R2，则是进行把寄存器R2中的数据赋给寄存器R1的动作。

•寄存器间接寻址这种寻址方式是操作数的地址由寄存器给出，例如：

R1=[BP]，是进行把BP指向的内存单元的数据送寄存器R1的动作。

•变址寻址这种寻址方式下，操作数的地址由基址和偏移量共同给出的，例如：

R1=[BP+0x34]

7.中断系统

为处理器对外界异步事件具有处理能力而设置了中断系统，计算机的发展和应用因中断技术的引入大大地推进一步。

因此中断功能的强弱是衡量一台计算机性能的重要指标。

（1）中断

中断是指计算机在执行某一程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因，而必须终止原程序的执行，转去执行相应的处理程序，待处理结束之后，再回来继续执行被终止的原程序过程。

中断技术能实现CPU与外部设备的并行工作，提高CPU的利用率以及数据的输入/输出效率；

中断技术也能对计算机运行过程中突然发生的故障做到及时发现并进行自动处理如：

硬件故障、运算错误及程序故障等；

中断技术还能使我们通过键盘向计算机发出请求，随时对运行中的计算机进行干预，而不用先停机，然后再重新开机等等。

（2）中断源

中断源是指在计算机系统中向CPU发出中断请求的来源，中断源可以人为设定也可以是为响应突发性随机事件而设置。

如定时器中断，它的中断源即是定时器。

（3）中断优先级

在实际的系统中，由于往往会有多个中断源，且中断申请是随机的，而且有时可能会有多个中断源同时提出中断申请的情况，但是CPU一次只能响应一个中断源发出的中断请求，那么这时CPU应响应那个中断请求？

这就需要软件或硬件根据中断源工作性质的轻重缓急来给它们安排一个优先顺序，这就是所谓的优先级排队。

中断优先级越高，则响应优先权就越高。

当CPU正执行中断服务程序时，如果又有中断优先级更高的中断申请产生，而且CPU能够暂停对原来的中断处理程序，那么CPU就转而去处理优先级更高的中断请求，处理完毕之后，再重新回到原低级中断处理程序，这一整个过程称为中断嵌套。

具有这种功能的中断系统称之为多级中断系统；

没有中断嵌套功能的则称之为单级中断系统

（4）中断响应的过程

在每条指令结束后系统都自动检测中断请求信号，如果有中断请求，相应的中断允许位为真（允许中断），相应的总中断允许位为真（允许中断），则响应中断。

保护现场，CPU一旦响应中断，中断系统会自动的保存当前的PC和SR寄存器（入栈）进入中断服务程序地址入口,中断服务程序中可以通过入栈保护原程序中用到的数据，保护现场前，一般要关中断以防止现场被破坏。

保护现场一般是将堆栈指令将原程序中用到的寄存器推入堆栈，在保护现场之后要开中断，以响应更高优先级的中断申请。

中断服务，即为相应的中断源服务。

清相应的中断请求标志位，以免CPU总是执行该中断。

恢复现场，利用堆栈指令将保护在堆栈中的数据弹出来，在恢复现场前需要关中断，来防止现场被破坏，而在恢复现场后应及时开中断。

返回，此时CPU将PC指针和SR内容出栈恢复断点，从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。

中断技术主要用于单片机实时控制。

所谓实时控制，就是要求单片机能及时地响应被控对象提出的分析、计算和控制等请求，使被控对象保持在最佳工作状态，以达到预定的控制效果。

由于这些控制参量的请求都是随机发出的，而且要求单片机必须作出快速响应并及时处理，对此，只有靠中断技术才能实现。

8.凌阳单片机语音的播放、录制、合成和辨识

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

凌阳压缩算法中SACM_A2000、SACM_S480、SACM_S240主要是用来实现放音，可以用于语音提示，而DVR则主要用来录放音。

对于音乐合成MS01，该算法较繁琐，而且需要具备音乐理论、配器法及和声学知识。

对于语音辨识主要有以下两种：

1）特定发音人识别SD（SpeakerDependent）

2）非特定发音人识别SI（SpeakerIndependent）

2.2.3GPS接收器

1.全球卫星定位系统GPS由3个基本部分组成：

太空部分、监控部分和用户部分。

图2.8GPS接收器实物图

太空部分包括24颗可操作的卫星，它们以一定倾角分布在地球上空20~200km的6个轨道面上，运行周期为12个恒星时，这个分布状态使得地球上任意位置任意时刻都可以同时接收至少6颗卫星定位信息，这些卫星不断给全球用户发送位置和时间等数据。

监控部分由若干个跟踪站组成的监控系统构成，这些跟踪站能观测GPS数据并计算改正参数注入到卫星中去，能对卫星进行控制等作用。

用户部分的GPS接受机接受卫星信号，通过数据处理软件及相应的显示设备即可进行定位显示。

2.GPS系统的基本定位原理

GPS系统的基本原理是先测量出已知位置的卫星与用户接收机之间的距离，然后综合4颗或4颗以上卫星的数据就可测出接收机的具体位置。

要完成这一工作，需要根据星载时钟所记录的时间查出卫星在卫星星历中的位置要。

而用户到卫星的距离则通过纪录卫星信号从发射到用户接受所经历的时间，再将其乘以光速得到，然而这一距离并不就是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（PR）：

当GPS卫星正常工作时，会不停地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。

GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是军用的P（Y）码和民用的C/A码。

P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m；

C/A码以1.023MHz,的频率重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m。

而Y码是在P码的基础上形成的，具有更加优秀的保密性。

导航电文包括卫星星历、时钟改正、大气折射修正、电离层时延修正、工作状况等信息。

它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。

导航电文每个主帧中包含每帧长6s的5个子帧。

前三帧各包含10个字码；

每三十秒重复一次，每小时更新一次。

后两帧共有15000b。

导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3数据块，其中最重要的则为星历数据。

当用户接受到导航电文时，先会提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对以此得知卫星与用户的距离，然后利用导航电文中的卫星星历数据来计算出卫星发射电文时所处位置，便可得知用户在WGS-84大地坐标系中的位置速度等信息。

每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间