GPS报告.docx

1、GPS报告基于单片机的GPS定位系统系部：自动化系制作人：季宇峰，田金霞，苏慧雯指导老师：魏芬 南京航空航天大学金城学院121 数据采集方案 21 前言11 GPS概述 全球定位系统(GPS)是20世纪70年代 由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统 。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。GPS技术在军事、通讯、气象、勘探、导航、遥感、大地测量、地球动力以

2、及天文等众多学科领域得到极其广泛的应用，推动了科学技术的迅猛发展，也丰富了人类的科学文化生活。现在，GPS的外型设计已经转向便携式发展，逐步踏入寻常百姓的生活中。所以，对GPS的研究具有十分重要的意义。 全球定位系统由空间部分（GPS卫星星座）、地面监控部分（地面监控系统）和用户接收机（GPS信号接收机）3大部分组成。通常说的GPS系统一般是指用户接收机，即GPS信号接收机。本文中的简易GPS定位系统也是指GPS信号接收机，通过AT89S52单片机将从JRC-GPS-V1模块上采集的数据显示在12864液晶屏上。本文主要研究GPS的定位原理与技术，单片机的编程及其应用，液晶屏的功能及其实现方法

3、。制作了一套设计方案，以软、硬件相结合的方式完成整个GPS数据接收和显示的过程。完成了一台液晶显示的手持式GPS定位接收设备，并依次显示实时时间及所在地的经纬度等信息。12 基础知识 本案例的基础知识主要有GPS的基础知识、串口通信的基础知识以及12864液晶显示知识。GPS主系统是美国发射运行的卫星系统，包含了27 颗能持续发送地理位置海拔高度和时间信号的卫星，24 个正常使用，3 个备用，这些卫星平均分布运行在六个轨道上。一般来说，在地面上的GPS 接收器能接收512 个卫星信号，GPS定位技术的基本原理是采用测量学中通用的测距交会方法GPS接收机在某一时刻接收到4 颗以上的GPS卫星信号

4、导航电文, 通过变频、放大、 滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息(包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等),经由I/O口输出串行数据。串口通讯和12864液晶显示的知识将在下文中涉及，顾不在此赘述。121 数据采集方案为了减少接收出错的问题，采集数据时使用串行口中断数据接收方式。经过商定，我们决定采用以下方案设计：选择性接收，先判断从GPS模块接收到的数据的格式，然后选择需要的格式中的一些数据进行存储。这样就大大的节余了RAM，解决RAM不够用的问题。例如：接收$GPGGA格式数据的时间：前五次数据接收的时候先判断数句格式

5、（依次判断接收到的数据是否先后为$、G、P、G、G、A），如果是，然后判断接下来的逗号（，）是第几个逗号。如果是第一个，说明接下来的数据是时间，如果是第二个，说明接下来的数据是纬度，依此类推。本设计采用这种方案接收数据。2 硬件设计21 整版设计设计原理图：以单片机为核心将GPS数据发送模块，12864液晶显示模块系统的结合在一起形成一个整体，实现特定功能。22 显示模块设计由于本作品显示的内容涉及中文显示，顾采用SMG12864液晶屏（带字库）作为显示模块，该液晶有20个引脚，带背光显示。显示电路如下：23 GPS数据模块设计本作品采用JRC-GPS-V1模块接受卫星发射的定位数据，顾不再需

6、要设计GPS模版。而为了能够显示时间、经纬度、海拔、速度等信息，需要接收GPGGA和GPRMC两段数据。GPGGA数据格式：$GPGGA,M,M,*xx$GPGGA：起始引导符及语句格式说明(本句为GPS定位数据)； ：UTC时间，格式为hhmmss.ss； ：纬度，格式为ddmm.mmm(第一位是零也将传送)； ：纬度半球，N或S(北纬或南纬) ：经度，格式为dddmm.mmm(第一位零也将传送)； ：经度半球，E或W(东经或西经)； ：定位质量指示，A 为有效位置, V为非有效接收警告，即当前天线视野上方的卫星个数少于3颗； ：使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)； ：水平精确度

7、，0.0到99.9； ：天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米； M ：指单位米：大地水准面高度，-9999.9到9999.9米； M ：指单位米：差分GPS数据期限(RTCM SC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量；：差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。 * ： 语句结束标志符。 xx ： 从$开始到*之间的所有ASCII码的异或校验和。： 回车。： 换行。GPRMC数据格式：$GPRMC,hhmmss.dd,s,xxmm.dddd,yyymm.dddd,s.s（速度数据）,h.h,ddmmyy, d.d ,M *hh3 软件设计31 主程序设计本设计

8、的主要功能是接收GPS模块传送的数据，并显示出相应的数据信息，包括接受卫星颗数、当地时间、纬度、经度、高度以及速度。数据接收部分，采用串行口中断接收数据。显示部分就采用一个I/O口控制12864液晶显示相应的信息。系统主程序的总体结构如图所示。系统的主程序开始以后，首先是对系统环境初始化，包括设置串口、定时器、中断，12864液晶初始化；然后LCD显示屏进入开机状态，显示开机信息，转入正常的显示，并接收数据。接着由于单片机没有停机指令，所以可以设置系统程序不断地循环执行数据信息显示。系统程序结构属中断方式，绝大多数功能在中断服务子程序中完成。根据总体结构，可将程序划分为几个功能化模块：串行口中

9、断服务程序、显示子程序、扫描程序。各个模块可进行独立设计、调试和查错，最终再连接成一个整体。系统主程序的总体结构系统主程序的总体结构如图3-1所示，首先是系统初始化，然后是显示开机信息，最后根据系统接收到的信息综合处理，得到数据显示到显示屏上。图3-2 数据接收程序流程图32 显示驱动程序void wr_d_lcd(uchar content) /写入数据void wr_i_lcd(uchar content) /写入命令void busy_lcd(void) /忙信号检查void gotoxy(unsigned char y, unsigned char x) /控制数据显示位置void p

10、rint(uchar *str,uint d) /显示字符串char open() /开机程序33 硬件连接设置sbit rs = P20;sbit rw = P21;sbit e = P22;#define lcddata P0sbit busy=P07; /lcd busy bit寄存器选择位RS，当RS=1时选择数据寄存器DDRAM。 当RS=0时选择指令寄存器CDRAM。读写选择位RW，当RS=1时读数据寄存器。 当RS=0时写数据或指令到寄存器。读写使能信号EN，当EN=1时读取数据。 当EN为下降沿是为写数据或指令。34 系统主程序main() unsigned char b; T

11、MOD=0x20;/初始化串口 TL1 =0xfd; TH1 =0xfd;/9600波特率 SCON=0x50;/工作方式1：八位异步通信，允许接收 PCON=0x00;/波特率加倍关 IE=0x90;/打开总中断EA，和串行口中断ES TR1=1;/开启启动定时器1 init_lcd(); clrram_lcd(); /清屏 img_disp(qq1); / mdelay(3000); clrram_lcd(); /清屏 b=open(); clrram_lcd(); while(1) show(); 35 数据接收程序RI=0;/软件清除中断标志位，串行口中断需要软件清零，去除中断标志进入

12、中断过后要先判断接收数据的格式，否则会出现乱接收数据，出现接收到的数据不对的问题，先判断是否接收到GPGGA格式语句的第一个字符“$”收到后，继续判断格式是不是为GPGGA，分五次中断判断，如果是，开始记录数据并设置记录标志，否则退出数据接收中断，程序设计如下：void qiannan() interrupt 4 using 3 uchar x,z,temp , ips , num; int y; RI=0;/软件清除中断标志位 temp = SBUF; switch (data_item) case 0: if (temp = $) data_item+;igps = 0; Num_comm

13、a = 0 ; break; case 1: if (temp = G) data_item+; else data_item = 0; break; case 2: if (temp = P) data_item+; else data_item = 0; break; case 3: if (temp = G) data_item+; else data_item = 0; break; case 4: if (temp = G) data_item+; else data_item = 0; break; case 5: if (temp = A) data_item+; else da

14、ta_item = 0; break; if(data_item=6)/开始处理GPRMC中的数据信息, if(temp=,)/利用GPGGA数据中的逗号间隔，判断数据信息 Num_comma+;/记录逗号个数，标志数据的意义 if(Num_comma=1)/接收时间，时分秒格式 data_tempigps=temp;/将字符放入字符串data_temp中 igps+; if(Num_comma=2)/接收接收纬度，ddmm.mmmm格式 data_tempigps=temp; igps+; if(Num_comma=3)/判断北纬还是南纬 data_tempigps=temp; igps+;

15、 if(Num_comma=4)/接收精度，ddmm.mmmm格式 data_tempigps=temp; igps+; if(Num_comma=5)/判断东西经 data_tempigps=temp; igps+; if(Num_comma=7)/判断使用卫星数量 data_tempigps=temp; igps+; if(Num_comma=9)/海拔高度：0-9999.9 if(SBUF!=M)/不接受M单位数据，节省资源 data_tempigps=temp; igps+; if(temp=*)/判断是否收到字符*，是，则结束接收，/开始处理 /返回初值;标识结束一次接收完毕 Num

16、_comma=0; data_item = 0 ; igps=0; 在对GPS接收到的卫星信息进行处理时，碰到较为麻烦的问题是在对接收到的时间信息进行转换上。直接从卫星接收到的时间是UTC时间，北京时间应在UTC时间上加上8小时才是准确的北京时，在超出24小时时应作减24小时处理，代码如下：time0=data_temp1; time1=data_temp2; x = time0-0 ;/提取时间的小时位高位并转换码型 y = time1 -0;/提取时间的小时位低位并转换码型 y = x*10 + y+ 8; /在UTC时间上加上8个小时 if (y = 24) /判断得到的时间是否超过24

17、小时，超出变作24处理 y -= 24; time0 = y/10+0; /将北京时间高一位作码型变换并赋予高一位显示 time1 = y%10 +0;/将北京时间高二位作码型变换并赋予高二位显示 4 调试及性能分析41 软件调试软件调试采用Proteus 7.1、操作系统Windows 7。在PC机上对目标电路原理图和程序进行检测和调试。42硬件调试焊接硬件，检查线路连接正确无误。硬件调试环境，从USB蓄电池中输出5V直流电。以下是2012年9月1日在高速公路上对GPS的整体功能的测试图：参考文献1 周国运。单片机原理及应用（C语言版）。北京：中国水利水电出版社，20102 邱致和，王万义。 GPS原理与应用。北京：电子工业出版社，2001 3 51单片机接收GPS数据的算法与实现。 淮安：淮安信息职业技术学院，20084 王丙祥，李建海。 基于89C52的GPS板电路设计与实现。西安文理学院学报（自然科学版）,2007附录：（电路图）