课程设计-GPS卫星定位系统

单片机课程设计课题：简易GPS定位信息显示系统的设计系别：电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化姓名：XX学号：091410104指导老师：杨帆、李小敏河南城建学院2013年01月10日一、设计目的GPS全球定位系统在实际生活中被广泛应用，是当今信息时代发展中的重要组成部分。因其具有性能好、精度高、应用广的特点，使其成为了迄今最好的导航定位系统。GPS是英文GlobalPositioningSystem（全球定位系统）的简称，GPS已广泛应用于船舶、飞机、汽车、个人通讯终端（与手机，PDA，电子地图等集成一体）。GPS模块通过NMEA协议，可以将定位数据传送到单片机或PC机。本设计是利用GPS实现对年月日、时分秒、经纬度、速度、海拔等。二、设计要求GPS作为最先进的空间定位技术，在社会建设中发挥了重要的作用。随着GPS定位技术的快速发展，其功能越来越强，精度越来越高，在测量领域的应用日益广泛。本文讨论了简易GPS定位信息显示系统的设计,提出了对GPS全球定位系统定位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法。在硬件方面，采用了GPS25-LVS作为卫星信息接收器；控制器选用AT89C52单片机，以串口方式1接收GPS信息；设计了由12864LCD液晶显示器显示。在软件方面，进行了单片机的信息接收处理，对内存中的信息存放地址进行了分配，并编制控制程序。最后对硬件和软件进行了综合调试。实现了由LCD液晶显示器轮流显示实时时间、纬度、速度、海拔等。三、总体设计硬件系统中主要由主控制器、液晶显示模块、GPS模块和GSM模块等组成。使用GPS模块我们可以定位到具体的位置，然后通过GSM模块把定位到的经纬度发送到指定的手机上。该系统可以应用于多种场合，比如航海路径导航，假设某轮渡发生碰撞等事故或者迷路，碰撞时该系统就会自动把准确的位置发送出去（包括经度和纬度），接收方就可以通过该经纬度通过导航在最短的时间到达事故地点进行救援；也可以应用于我们的日常家庭汽车中，在我们外出迷路时，我们只要按一下开关就可以把我们所处的具体位置发送出去，这样就很容易得到救助。3.1总体框图图1按键控制显示模块GPS模块主控制器3.2工作原理（1）分析GPS_DATAS.TXT$GPGGA,025620.00,2602.33721,N,11911.49176,E,2,04,1.63,13.5,M,9.9,M,,0000*5D$GPRMC,025620.20,A,2602.33722,N,11911.49176,E,0.100,,281211,,,D*79$GPGGA,025620.20,2602.33722,N,11911.49176,E,2,04,1.63,13.3,M,9.9,M,,0000*5A$GPRMC,025620.40,A,2602.33723,N,11911.49174,E,0.098,,281211,,,D*7C＄GPGGA是GPS固定输出语句$GPGGA,025620.00,2602.33721,N,11911.49176,E,2,04,1.63,13.5,M,9.9,M,,0000*5D，其标准格式为：＄GPGGA，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，(8)，(9)，M，(10)，M，(11)，(12)＊hh(CR)(LF)各部分所对应的含义为：(1)定位UTC时间：02时56分20秒(2)纬度(格式ddmm.mmmm:即dd度，mm.mmmm分)；(3)N/S(北纬或南纬)：北纬26度02.33721分；(4)经度(格式dddmm.mmmm：即ddd度，mm.mmmm分)；(5)E/W(东经或西经)：东经119度11.49176分；(6)质量因子(0=没有定位，1=实时GPS，2=差分GPS)：2=差分GPS；(7)可使用的卫星数(0～8)：可使用的卫星数=04；(8)水平精度因子(1.0～99.9)；水平精度因子=1.63；(9)天线高程(海平面，－9999.9～99999.9，单位：m)；天线高程=13.5m);(10)大地椭球面相对海平面的高度(－999.9～9999.9，单位：m):9.9m;(11)差分GPS数据年龄，实时GPS时无:无;(12)差分基准站号(0000～1023)，实时GPS时无:无;。$GPRMC,025620.20,A,2602.33722,N,11911.49176,E,0.100,,281211,,,D*79其标准格，$GPRMC,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12*hh1定位UTC时间，02时56分10秒(时分秒.毫秒)格式2定位状态，A=有效定位，V=无效定位3纬度（格式ddmm.mmmm：即dd度，mm.mmmm分）；4N/S（北纬或南纬）：北纬26度2.33722分；5经度（格式ddmm.mmmm：即dd度，mm.mmmm分）；6E/W(东经或西经):东经119度11.49176分；7地面速率0.100；8地面航向(000.0~359.9度，以正北为参考基准，前面的0也将被传输)无；9UTC日期，ddmmyy(日月年)格式即11年12月28日；10磁偏角(000.0~180.0度，前面的0也将被传输)无；11磁偏角方向，E(东)或W(西)无；12模式指示(仅NMEA01833.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)任务分析根据GPS_DATAS.TXT文件中的数据，编写程序分析出gps数据，输出屏幕显示并写入文档保存。实现过程：读入GPS_DATAS.TXT将按照遇到‘，’字符便拆分的原则，将各项信息存放于一二维字符串数组中，再根据各部分的含义检索该二维数组，并存放于不同字符串。最后根据显示习惯将字符串输出并写入文件。3.3主程序框图否是图2消息触发读缓冲判断有消息帧头？单片机处理将处理后的信息显示到12864液晶显示屏显结束缓冲区有消息进入四、各部分电路设计4.1GPS实物如图3，图4所示：图3GPS模块正面（1）HOLUXM-89GPS模块与DD-900实验开发板的连接HOLUXM-89GPS模块安装在一块PCB板上，板上引出有6针间距为2.54mm的插针，可方便地与顶顶电子开发的DD-900实验开发板进行连接，各插针管脚功能及其与DD-900实验开发板的连接方法如下：1脚：指示灯，通电常亮，接收到卫星开始闪烁，模块板上带有LED灯，实验时图4GPS模块反面可不接。2脚：外部复位输入，模块内部有复位电路，实验时可不接。3脚：模块串口数据输出。接DD-900实验开发板MCU的RXD脚（P30脚）。4脚：模块串口数据输入。接DD-900实验开发板MCU的TXD脚（P31脚）。5脚：GND。接DD-900实验开发板的地端。6脚：电源输入，电压范围：3.3-5V，接DD-900实验开发板的3.3V或5V端。（2）GPS源程序实验步骤1、打开STC下载软件，将“12864液晶屏显示GPS数据C51源程序”中的“GPS_12864.hex”目标文件下载到DD-900实验开发板上。2、取一只12864液晶显示屏，将其插到DD-900实验开发板上。3、将GPS模块与天线连接好。4、找四根杜邦线，将GPS模块与DD-900实验开发板的连接好。断开232与单片机的短接插针。使单片机只能与GPS模块进行通信。5、打开DD-900实验开发板电源，约几十秒后，在12864液晶屏上即可显示出经度、纬度、时间、海拔高度等信息，如下图5所示：4.2LCD12864显示模块液晶显示器(LCD)具有功耗低、体积小、重量轻、超薄等许多优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。系统采用控制器为ST7920的带字库的LCD12864用来显示用户机信息，该液晶显示器由两个64*64点阵屏组成，可以显示字符、汉字、图形等。本模块电路如图6所示。图5GPS接收数据显示GND14VOUT13VDD15RES27A026WR/RW25RD/E24D023D122D221D320D419D518D6/SCL17D7/SI16CS128P/S1C862LCD12864R20k图64.3SCT89C51单片机(1)SCT89C51单片机最大的特点是：单片化，体积大大减小，功耗小，成本低，可靠性能高等优点，因此本次设计使用此单片机，管脚图如图7所示。（2）主要功能特性和AT89S51系列的单片机一样：具有（兼容MCS51指令系统)32个双向I/O口3个16位可编程定时/计数器中断，2个串行中断，2个外部中断源，2个读写中断口线，低功耗空闲和掉电模，8k可反复擦写(1000次）FlashROM，256x8bit内部RAM，时钟频率0-24MHz，可编程UART串行通道，共6个中断源，3级加密位软件设置睡眠和唤醒功能。图7STC89C51双列直插封装方式的引脚（3）内部时钟方式SCT89C51内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，图8是SCT89C51内部时钟方式的电路。图8内部时钟方式电路C1和C2的典型值通常选择为30pF。电容大小会影响振荡器频率高低、振荡器的稳定性和起振的快速性。晶振频率范围通常是1.2～12MHz。晶体频率越高，单片机速度就越快。速度快对存储器的速度要求就高，印制电路板的工艺要求也高，即线间的寄生电容要小。晶体和电容应尽可能与单片机靠近，以减少寄生电容，保证振荡器稳定、可靠地工作。为提高温度稳定性，采用温度稳定性能好的电容。常选6MHz或12MHz的石英晶体。随着集成电路制造工艺技术的发展，单片机的时钟频率也在逐步提高，已达33MHz。（4）复位操作和复位电路单片机的初始化操作，给复位脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就使SCT89C51复位。例如，当P1口某个引脚外接一个继电器绕组，当复位时，该引脚为高电平，继电器绕组就会有电流通过，就会吸合继电器开关，使开关接通，可能会引起意想不到的后果。（5）复位电路设计上电自动复位是给电容C充电加给RST引脚一个短的高电平信号，此信号随着VCC对电容C的充电过程而逐渐回落，即RST引脚上的高电平持续时间取决于电容C充电时间。为保证系统可靠复位，RST引脚上的高电平必须维持足够长的时间。除了上电复位外，有时还需要按键手动复位。按键手动复位有电平和脉冲两种方式。按键手动复位电路见图9，脉冲复位是利用RC微分电路产生的正脉冲来实现的，脉冲复位电路见图10。图中阻容参数适于6MHz时钟。图9图104.4SCT89C51的串口模式。单片机SCT89C51的串行端口有4种工作模式，通过编程设计，可以使其工作在任一模式，以满足不同场合的需要。其中，模式0主要用于外接移器，以扩展单片机的I/O电路；模式1主要用于双机之间或外设电路的通信；模式2、3除有模式1的功能外，还可用作多机通信，以构成多微机系统，模式2、3的区别在于波特率的不同。(1)串行端口处于模式0串行端口处于模式0时，数据的发送与接收都是通过RXD引脚，而TXD引脚则负责送出移位脉冲。其数据位由LSB开始发送/接收8个位。①模式0发送数据：执行写入SBUF的指令，即激活串行端口的发送动作，写入SBUF信号在S6P2将“1”加载发送移位寄存器的第9位，并激活TXD控制方块开始发送数据。从写入SBUF至SEND引脚变为高电位，约需一个机械周期的时间。在SEND信号动作期间，每个机械周期的S6P2期间，将使发送移位寄存器的内容右移-位，同时由高位左移一个0进来。发送数据依LSB-MSB的顺序，由RXD(P3.0)引脚送出，并在TXD引脚产生同步脉冲。当发送数据的第8位(MSB到达移位寄存器的最右侧位置时，其左侧除第9位为1外，其余位均填入0。在此情况下，零检测器(ZeroDetector)激活TX控制