《基于单片机的Gps,Gprs定位系统的设计》开题报告

-1-开题报告一、选题的依据和意义全球定位系统（GPS,GlobalPositioningSystem）是美国从上世纪70年代开始研制、历时20年、耗资200亿美元、于1994年全面建成、具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。近年来随着科技的不断进步，GPS全球定位系统得到了飞速的发展，在这样飞速发展的前景下，GPS定位系统逐渐成为了人们生活中不可或缺的一部分。通过对GPS的应用可以在各个领域为人们带来很多便利，例如可以通过GPS定位系统对车辆进行跟踪定位、报警、短信通知功能、车辆远程控制以及油量检测等。除了对车辆进行定位，GPS定位系统同样可以对每个人进行定位，只要身上携带者GPS接收器就可以对每个人的位置进行定位。在GPS的发展进程中除了在民用上的用途外，GPS在军事上的用途一直是每个国家最为关注的。GPRS是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。它采用信道捆绑（目前GPRS的设计可以在一个载频或8个信道中实现捆绑）和增强数据速率改进实现高速接入，理论上可提供高达115kbps的空中接口传输速率，使若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。实际不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源，并且网络容量只有在实际进行传输时才被占用。基于以上对GPS系统和GPRS系统的简要介绍，可以得出基于GPS和GPRS定位系统终端的组成及特点。系统工作流程为：GPS和GPRS定位系统终端将其所获取的当前GPS地理位置信息，通过GPRS方式上传到系统服务器。客户端可以通过专用GIS软件或IE浏览方式，对当前受监控物体，如人物、车辆所在的位置、移动速度及行进方向进行实时监控，并可以通过网络对终端进行控制，实现移动物体与监控中心的双向数据传输，应用在车辆方面，可完成对车辆运行状态、安全状态、技术状态的监控。1.1GPS技术的陆地应用各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导游；应急车辆（如公安、急救车沈阳航空航天大学电子信息工程学院开题报告-2-等）的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地球物理资源勘探；工程建设的施工放样测量；大型建筑和煤气田的沉降检测；板内运动状态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设；请求救援在途实时报告；引导盲人行走；平整路面的实时监控，精细农业。1.2GPS技术的海洋应用远洋船舶的最佳航线测定；远洋船队在途中航行的实时调度和监测；内河船只的实时调度和自主导航测量；海洋救援的搜索和定点测量；远洋渔船的结队航行和作业调度；海洋油气平台的就位和复位测定；海底沉船位置的精确探测；海底管道铺设测量；海岸地球物理勘探；水文测量；海底大地测量控制网的布测；海底地形的精细测量；船运货物失窃报警；净化海洋（如海洋溢油的跟踪报告）；海洋纠纷或海损事故的定点测定；浮筒抛设和暗礁爆破等海洋工程的精确定位；港口交通管制；海洋灾难检测。1.3GPS技术的航空应用民航飞机的在途自主导航；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救的搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定测量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量。1.4GPS技术的航天应用低轨道通讯卫星群的实时轨道测量；卫星入轨和卫星回收的实时点位测量；载入航天器的在轨防护探测；星载GPS的遮掩天体大小和大气参数测量；对地观测卫星的七维状态参数和三维姿态参数测量。1.5GPRS的技术特点为了实现GPRS，需要在现有的GSM网络中引入3种新的逻辑网络实体：服务GPRS支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）和分组控制单元（PCU）。GPRS与现有的GSM语音系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统。因此，GPRS特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。这一特点正适合大多数移动互联的应用。二、选题研究的基本内容GPS能提供全天候、连续、实时高精度导航参数，实现三维定位，并可提供精确的时沈阳航空航天大学电子信息工程学院开题报告-3-间信息。运用GPS定位系统可以实现对车辆进行跟踪定位、报警、短信通知功能、车辆远程控制以及油量检测等。除了对车辆进行定位，GPS定位系统同样可以对每个人进行定位，只要身上携带者GPS接收器就可以对每个人的位置进行定位。GPRS(GeneralPacketRadioService)（通用分组无线业务）是一种基于包的无线通讯服务。它将使得通讯速率从56k一直上升到114Kbps（171.2k；主要是采用的编码方式不同CS-1、CS-2、CS-3、CS-4，会有不同的传输速率），并且支持计算机和移动用户的持续连接。相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式，GPRS是分组交换技术，具有高速和永远在线的优点。本次选题从GPS和GPRS模块的功能和理论出发，设计一种基于单片机、GPS接收模块、GPRS模块、12864液晶屏等器件的实时显示器。分别从硬件和软件实现等方面进行设计，根据GPS模块和GPRS模块数据输出基本原理设计系统，在硬件方面制作一台体积小巧、携带方便、可以独立使用的全天候实时的定位导航设备。该系统将GPRS、GPS技术相结合，利用GPRS的数据传输功能，实现移动车辆与监控中心的双向数据传输。三、研究方法及措施本次设计要求通过单片机控制GPS和GPRS器件实现定位信息显示功能。在这里使用常见的MCS-51型单片机作为处理器，利用MCS-51单片机的串行接口接收GPS信号接收模块输出的数据信号，并通过软件方法筛选出其中有用的定位数据，然后通过单片机的并行接口输出至液晶显示模块显示。最后通过GPRS系统传送至控制中心。GPS定位系统硬件部分主要由以下几个部分组成：(1)接收部分：以GPS接收模块为核心的GPS接收机；(2)控制电路：由51单片机作为微处理器控制GPS信号；(3)显示部分：12864LCD液晶显示模块；(4)电源电路部分:用以提供系统工作时所必须的电。GPS接收模块将接收到的GPS卫星导航电文调制解码，转换为标准格式后，送给单片机，当单片机接收到GPS发送过来的导航电文后，经过片内程序的识别筛选，将筛选出来的导航电文送到显示模块，并且最后通过液晶显示器按照要求显示出来。3.1GPS信号接收方案选择沈阳航空航天大学电子信息工程学院开题报告-4-要实现在液晶显示器上显示出接收到的GPS数据信息，首先要实现GPS信号的接收。在接收GPS信号方案上可以有两种选择。第一种方案是选择GPS接收芯片然后再根据芯片设计标准，设计外围电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以掌握到GPS接收部分的电路设计技术，但是这个方案的缺点也是显而易见的，首先实现的难度较大，不容易成功，其次由于GPS接收芯片一般都是厂商直接供货，单独采购价格会很高。第二种方案是选择成品的GPS接收模块，采用这个方案的优点是由于现阶段GPS接收模块的制造技术已经相当成熟，性能稳定并且使用非常方便，定位成功后直接就可以通过模块输出GPS相关信息。并且在经过大规模的商业化生产后价格已经能被我们所接受，这样的模块在市面上也能够容易的购买到。从上面的分析可以知道，选择GPS接收模块就能够很好的作为本次设计接收GPS定位信息的解决方案，因此我选择第二种方案来完成本次设计。3.2GPS接收模块的研究GPS接收模块是接收机的关键部分，而且型号很多，功能各异，一般组成结构主要由低噪声下变频器、并行信号通道、CPU、储存器等组成。GPS接收模块通过它的接收天线获取卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取了卫星的位置信息和测算出卫星信号传播时间之后，即可计算出天线位置。用户通过输入输出接口，与GPS接收模块进行信息交换，实现功能。GPS接收模块内部结构如图3.1所示。沈阳航空航天大学电子信息工程学院开题报告-5-图3.1GPS接收模块内部结构3.3单片机系统本次设计使用51单片机作为微处理器，控制GPS数据的读取和传输过程。利用其串行接口接收GPS接收模块输出的语句数据，并将接收到的数据经过筛选和处理后发送到12864液晶显示器显示。3.4GPRS系统本次设计选用市场上比较成熟的GPRS模块，实现数据采集和传输。3.5外围电路外围电路一部分是由GPS接收器件及其辅助电路组成，一部分是LCD液晶显示模块的电源电路和显示电路。GPS接收模块主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。它接收天线获取的卫星信号，经过变频、放大、滤波、相关、混频等一系列处理，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量定位。3.6单片机控制程序编写程序，实现单片机控制系统的初始化，控制GPS和GPRS两种器件完成数据的采集和发送,进行相应的信号处理，并通过单片机接口输出至液晶显示模块显示必要的数据，最终发送数据至控制中心。沈阳航空航天大学电子信息工程学院开题报告-6-3.7系统总体框图GPS模块显示模块MCS-51单片机外围电路GPRS模块监控中心图3.2总体框图四、毕业设计进度及步骤1-4周确定题目后查阅资料并准备开题报告、为设计准备相应的理论知识。学习GPS模块的功能和应用；5-6周学习并深入理解基于单片机的GPS的定位信息显示系统的工作原理，收集与单片机的GPS定位系统相关知识；7周调研市面上的主流GPRS模块，购买模块进行理论学习和应用；8-10周处理电路之间的匹配的相关问题，对设计方案中部分电路进行仿真；11-12周对设计中产生的问题进行分析,找出错误不足并进行完善,进行部分硬件电路的搭建工作；13-14周完成该系统设计并进行相关电路调试,完善硬件实现对应功能，着手论文写作；15-16周毕业答辨、论文写作。五、参考文献[1]邱致和王万义.《GPS原理与应用》,北京:电子工业出版社，2001[2]李维言郭强.《液晶显示应用技术》，电子工业出版社，1999.8[3]李维言郭强周云仙.《液晶显示应用手册》，电子工业出版社，2002.8沈阳航空航天大学电子信息工程学院开题报告-7-[4]陆爱明.单片机和图形液晶显示器接口应用技术.[硕士学位论文]电子产品世界,2001.9[5]余锡存.《单片机原理及接口技术》,西安:西安电子科技大学出版社，2000[6]戴佳.戴卫恒.《51单片机C语言应用程序设计》,北京:电子工业出版社.2006[7]彭为.《单片机典型系统设计实例精讲》,北京:电子工业出版社.2006[8]肖剑飞.嵌入式GPS通用卫星模拟器设计与实现.空间电子技术，2007.4[9]黄少锋.张尊泉，邓斌，黄斌.基于单片机采集与显示GPS定位信息系统的设计.空军雷达学院学报，2007.1[10]王古猛.GPS与单片机接口程序设计.电子测试，2007,7[11]黄凌.基于单片机的GPS信息处理系统.现代电子技术，2009,12[12]杨平.宋贽存.基于GPS-OEM板和单片机的GPS接收机的设计.东北林业大学学报，2009,5