NMEA-0183GPS定位信息显示系统方案设计.docx
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中文摘要
GPS定位系统在人们的日常生活中已被广泛使用，已然成为人们生活中的重要组成部分。
因其具有定位精度高、价格低廉、适用性强等特点，在许多领域都占有主导地位。
本次设计将介绍一种简易GPS卫星定位显示系统，GPS模块采用ublox公司旗下的NEO-6M模块，同时主控MCU采用51单片机STC89C52，显示屏幕采用常见的LCD-12864液晶屏，通过对单片机串口接收到的GPS数据包进行解析并显示在12864液晶上，实现实时地理位置信息的采集与显示。
同时采用电池供电以实现体积小巧、携带方便。
关键词：
GPS定位；STC89C52NEO-6M；LCD-12864；
第一章绪论
1.1课题背景及意义
GPS全球卫星导航系统在军事，商用，民用上都具有广阔的领域，现在应用GPS的产品已经随处可见，比如常见的汽车导航仪，GPS测距测亩仪，GPS定位追踪搜救系统等等，虽然这些功能都比较强大，但差不多都是应用在特定的领域，结合其他的功能模块一起设计使用的，而且仪器价格高，而且对于需要简单定位功能来说没有必要那么复杂。
所以在这种情况下，本次设计的定位显示系统满基本的GPS的定位系统的需求。
1.2课题研究的目标和任务
本次设计的主要任务是通过单片机与GPS模块进行通信，解析出NEMA-0183语句并提取需要的经纬度、时间日期在12864液晶上进行显示。
在此次设计过程中，主要熟悉所选用的GPS接收模块的性能指标，接收并解析它所输出的数据包，用C语言编写相关单片机控制和解析程序，并在液晶显示器成功的显示相关的信息。
第二章GPS定位信息显示系统方案设计
2.1全球GPS卫星导航系统系统简介
GPS卫星到现在为止已经设计了三代，第一代为实验卫星，一共发射了11颗卫星，设计的寿命是5年，现在已经停止工作了。
第二代称之为工作卫星，一共发射了28颗，寿命是7.5年，从1989年开始发射到1994年上半年发射完成。
第三代卫星尚在设计中计划20颗，用来取代第二代提高并改善卫星定位系统。
GPS卫星定位系统给民用开放的定位精度是10米，对外提供了地精度的卫星信号，如果发生战争将随时关闭对某个地区的服务。
欧盟Galile卫星导航计划，该系统由30颗高轨道卫星组成，卫星将给用户提供精准的定位时间和误差不超过1米的定位精度，面对的困难：
“Galile系统”的开发成本高达30亿欧元，还有美国政府的极力反对也推迟了“伽利略”计划的进行。
俄罗斯GLONASS：
与GPS导航系统类似是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统，于20世纪70年代开始启动GLONASS计划，1996年完成24颗卫星的布局，卫星具备完全工作能力，不过由于经济原因现在天空中的GLONASS卫星仅为8颗。
中国北斗系统：
我国的北斗是是自主研发独立运行的全球卫星导航系统，在2003年完成了区域导航的测试系统，然后开始构建全球范围的北斗卫星导航系统，在2012年开始为亚太大部分地区提供服务，并计划在2020年搭建完成全球卫星导航系统。
北斗卫星的特点为快速定位、简短通信、实时导航、等，目前主要的优势用于军事的通讯、集团用户的调度和派遣。
2.2GPS接收机的组成及其工作原理
GPS接收机的重要组成部分为：
天线（带前置放大器）、信号处理器（用于信号的识别和处理）、微处理器（用于接收机的控制，数据采集和导航的计算）、用户信息传输、精密振荡器（产生标准频率）、电源组成。
天线的基本作用就是采集信号，把采集到的信号的能量转化为电流值，但这个电流值是很小的需要进行放大，放大后在变成频率用来对卫星进行跟踪。
接收机的工作原理：
当GPS卫星在用户视界升起时，接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星，并能够跟踪这些卫星的运行；对所接收到的GPS信号，具有变换、放大和处理的功能，以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置，甚至三维速度和时间。
GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。
接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户设备。
2.2GPS接收方案的选取
要想接收并显示GPS定位信息，首先要接收GPS发送的数据包。
在接收GPS数据上有两种选择方案：
第一：
自己购买GPS芯片，GPS芯片是模块的核心部分，可以根据GPS芯片技术手册设计外围电路，并制作PCB板，这种方案的优点是可以自己动手亲自实践，并可以学习到电路设计、天线接收等方面的知识，增强动手的能力，但这种方案的缺点也是很明显的，手工焊接不了，需要贴片机焊接，而且电路做的不好阻抗不匹配很容易影响GPS信号的接收质量，成功率低，费用比较高。
第二：
选择现成的GPS接收模块，现在GPS应用技术已经非常成熟，模块也是多种多样供我们选择，购买也十分方便，各种天线接口的都有，而且性能非常稳定，应用很方便，可以直接输出GPS数据包供我们解析，价格方面由于已经形成产业化所以我们能够接受。
结合以上两点为了很好的完成本次设计应用，我选择第二种。
2.3总体方案的设计
本设计的最终目标就是利用单片机的串行通信接收GPS模块的数据包并提取需要的信息进行解析，然后单片机驱动液晶进行数据的显示。
有如下几个组成部分：
（1）：
处理单元采用51单片机STC89C52作为中央控制器。
（2）:
GPS使用UBLOX公司NEO-6M模块。
（3）:
显示屏选择12864图形液晶信息显示屏。
。
（4）:
电源考虑到携带方便采用4节5号干电池进行供电。
第三章基于单片机的GPS硬件电路设计
3.1系统整体结构框图
根据总体设计方案，可以做出以下体结构框图，图中电源分别给隔各个模块供电，GPS天线用的是有源3米长的天线接到模块上，GPS模块输出数据包给单片机，单片机解析后显示在液晶上如图3.1所示。
图3.1系统结构框图
3.2系统各部分模块电路简介
3.2.1单片机STC89C52简介
STC89C52单片机是深圳宏晶STC出品公司具有低功耗，高性能的8位微控制处理器，具有8K擦除闪存。
它使用了经典的C51内核，在51内核基础上做了多次改进和升级，比传统的51单片机功能丰富多样，所以应用领域非常广阔，价格低廉从而大大降低了产品的开发成本，因此成功的应用到了众多个嵌入式领域。
STC89C52工作电压很宽在3.5～5.5V，拥有8K字节的闪存，SRAM512个字节，5K具有EEPROM功能可以保存数据不丢失，多个定时计数器，抗干扰能力强，速度快。
基本参数如下：
1.增强型C51内核，6T和12T时钟周期可以选择，完全兼容传统C51的指令并且拥有双数据指针。
2.工作电压3.5V～5V。
3.0～40MHz的工作频率，类似于传统C51单片机的0～80MHz的工作频率。
4.8K字节的闪存用于用户编译程序。
5.集成512个外部SRAM。
6.通用I/O口为32个，扩展外部总线时可以用P0和P2，P0是开漏极输出，使用时必须要接上拉电阻才能用，其他三个可以直接使用。
7.拥有ISP（在系统可编程）功能，不需要编程器和专用芯片下载程序，只需下载官方提供的ISP烧写工具即可，烧写十分方便快速。
8.拥有5K字节EEPROM存储区，可以存储用户的重要数据，掉电保存数据，不用再单独购买EEPROM芯片。
9.拥有看门狗功能，程序跑死时可以复位系统，保证系统的可靠性。
10.3个可编程16位的定时计数器，即T0、T1、T2。
11.外部中断功能，可设置为上升沿中断和下降沿中断。
12.拥有串行通信接口UART，还可以结合定时器模拟出其他串口，解决串口不足问题。
13.具有超低的功耗：
设置成睡眠模式后可以由外部中断唤醒，非常适用于选用电池供电的系统功。
14.工作的温度范围为-40～85度，
15.封装模式为PDIP、LQFP、PQFP等。
单片机电路图如图3.2所示：
由于通电后NEO-6M默认为9600bps的波特率，，所以单片机需也要产生9600bps的波特率，根据计算波特率的公式选择11.0592M的晶振产生波特率是没有误差的。
图32单片机电路
3.2.2NEO-6MGPS信号接收模块
本设计采用瑞士u-blox公司的第6代GPS芯片NEO-6M接收模块，配备了一个50通道u-blox的高性能6技术，100多万个多个有效的相关器32通道采集引擎的处理能力，使模块可用于大规模并行搜索。
具有SuperSense@kickstart启动技术，可以加快微弱信号的捕获能力。
采用先进的噪声抑制技术和创新的RF架构平台使得u-bloxGPS接收机具有更强的抗干扰能力。
同时，u-blox还具有惯性导航GPS接收机的能力，A-GPS技术和精确定时等。
同时该芯片还兼容其他卫星导航系统，具有-160dBm的弱信号捕获能力等特点，且在价位上合适，接口电路简单直接输出TTL电平，可直接与单片机相连不需要其他转化电路，结合以上的特点我选用GPS模块是NEO-6M。
技术指标:
接收机类型50通道。
最大更新速度：
5HZ
精度：
定位2.5mCEP
冷启动：
26S
辅助启动：
1S
热启动：
1S
运行限制：
速度500m/s
高度50，000m
电源：
2.7到3.6V
功耗;50mW3.0V（连续）
图3.3GPS模块电路图
3.2.312864液晶显示模块介绍
本设计采用显示部分采用LCD-12864，可显示图形和汉字，并且具有光标闪烁、画面位置移动等多种功能，12864液晶显示模块跟系统连接电路如图3.3所示。
主要技术参数和显示特性:
电源部分可以选3.3V的液晶和5V的液晶。
显示格式：
128列×64行
显示颜色：
黄绿
与单片机接的数据口可以设置成：
并行可以设置成8位的或者4位的，串行可以设置成3位的。
配置LED背光
多个显示的效果：
显示光标并闪烁、移动画面位置、用户可以自己定义字符等。
电源地（GND）：
0V
它的工作温度是：
常温在0～60℃；宽温在-20～75℃。
引脚说明如下所示：
电路连接图如下如所示：
图3.412864液晶连接电路
由上图可知液晶的数据口跟单片机的P0口由于是开漏输出所有必须接10K的上拉电阻才行，而且P0口与液晶典型的的接法是DB0接到P00，DB1接到P01，依次类推，但这样接的话会导致焊接电路时十分不方便，所以用图上所示的接法焊接起来十分方便，避免了不必要的飞线，飞线太多容易碰断线容易短路，效果也不太美观，只需编写程序时只需要把数据反转就行了。
按照液晶的操作时序编写了液晶的主要驱动函数如下：
液晶写时序：
单片机模拟时序对液晶进行写指令的操作函数：
voidLcd_write_Cmd（ucharcmd）
{
chk_busy（）;//检测忙
LCD12864_RS=0;/RS拉低选择写命令操作
LCD12864_RW=0;//写模式
LCD_data=fan_zhuan_dat（cmd）;//将数据进行反转后赋值给P0口（传送到12864）
LCD12864_EN=1;//拉高EN使能端
Nop（）;//延时
Nop（）;
Nop（）;
Nop（）;
Nop（）;
Nop（）;
Nop（）;
Nop（）;
LCD12864_EN=0; //拉底EN使能端
}
单片机模拟时序对液晶进行写数据的操作函数：
voidLcd_write_Dat（uchardat）
{
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