GPS定位系统要点

学号11700108天津城建大学电子系统综合设计设计说明书GPS定位系统的设计起止日期：2014年12月29日至2015年1月23日学生姓名申耿班级11电信1班成绩指导教师(签字)计算机与信息工程学院2015年1月23日天津城建大学课程设计任务书2014—2015学年第1学期计算机与信息工程学院电子信息工程专业课程设计名称：综合课设设计题目：GPS定位系统的设计完成期限：自2014年12月29日至2015年1月23日共4周设计依据、要求及主要内容：一．课程设计依据在掌握单片机相关理论的基础上，利用GPS接收模块，实现对GPS卫星定位信息的采集，并将其传输单片机中，利用单片机的分析功能，将接收到的数据进行分析，并用液晶屏将分析后的数据显示出来。二．课程设计内容利用单片机和GPS模块设计定位系统。定位系统是通过GPS接收模块来采集卫星定位信息，并将这些信息通过串口传输到单片机中，利用单片机的接收分析功能将接收到的数据进行分析，并转化为更直观的信息，如海拔，高度，经纬度等，最终通过液晶屏将这些信息实现实时显示。三．课程设计要求1.要求独立完成设计任务。2.课程设计说明书封面格式要求见《天津城建大学课程设计教学工作规范》附表13.课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。4.画出电路的原理图及软件流程图。5.课设说明书要求：1)说明题目的设计原理和思路、采用方法及程序。2)独立完成说明书，不允许同组人出现雷同情况。指导教师（签字）：系/教研室主任（签字）：批准日期：年月日目录第一章GPS系统简介............................................................11.1GPS的由来........................................................................11.2GPS定位系统的基本原理............................................................2第二章系统硬件设计...........................................................32.1设计框图...............................................................32.2单片机STC12C5A60S2.....................................................32.3时钟电路...............................................................42.4GPS模块...............................................................42.4.1GPS模块简介......................................................42.4.2输出信息.........................................................62.4.3BS-280有源天线增益参数...........................................92.5液晶显示模块...........................................................92.5.1LCD12864介绍.....................................................92.5.2基本特性........................................................10第三章系统程序设计..........................................................113.1程序流程图............................................................113.2程序编写..............................................................113.2.1初始化模块......................................................113.2.2数据接收处理模块................................................11第四章系统调试..............................................................134.1硬件调试..............................................................134.2软件调试..............................................................13第五章总结..................................................................16参考文献.....................................................................171第一章GPS系统简介1.1GPS的由来GPS是全球定位系统英文名词GlobalPositioningSystem的缩写。该系统是美国布设的第二代卫星无线电导航系统。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。其目的是在全球范围内对地面和空中目标进行准确定位和监测。现在，GPS接收机作为一种先进的导航和定位仪器，已在军事及民用领域得到广泛的应用。导航卫星定时测距全球定位系统(NavigationSatelliteTimingandRangingGlobalPositionSystemGPS)是美国第二代卫星导航系统。它在1973年底由美国陆海空三军等单位协调分工提出的能取代旧式的导航设备,为军用舰船、飞机车辆等用户提供全球全天候、连续实时服务的高精度三维导航系统。系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。定位服务包括精密定位服务(PPS)和标准定位服务(SPS)。PPS授权的精密定位系统用户需要密码设备和特殊的接收机。SPS对于普通民用用户,供全世界用户免费、无限制地使用。GPS系统包括三大部分：空间部分——GPS卫星星座；地面控制部分——地面监控系统；用户设备部分——GPS信号接收机。GPS系统通过使用来自多个卫星的信号来确定地面或近地面任何位置的移动接收机的位置。我国的卫星定位技术综合了GPS卫星导航全球定位，GSM全球数字蜂窝移动通信，GIS地理信息，计算机网络技术全方位的技术应用。利用GPS卫星信号接收机，跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，测量传播时间，解译导航电文。接收机24h不间断地接收卫星发送的数据参数，算出接收的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。全球定位系统GPS是近年来开发的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性、全能性、全天候性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运输和道路工程之中。目前，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还刚刚起步，相信随着我国经济的发展，高等级公路的快速修建和GPS技术应用研究的逐步深入，其在道路工程中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。由于GPS具有全球覆盖以及精度高、定位速度快、实时性好、抗干扰能力强等特点,近年来在国内外得到广泛的应用,在各个领域发挥了极大的作用,已成为信息时代不可缺少的一部分。各种GPS民用产品的开发,已是经济和社会发展的必然要求,其前景将会非常广阔和光明,尤其是在我国,通过这些年来对它认识不断加深,我国的GPS开发应用也一定会以科技力量推动经济和社会发展的一颗巨星,对我国的经济和社会的发展产生重大的影响。自20世纪90年代GPS系统向全世界免费开放以来,GPS系统已广泛应用在导航、大地测量、精确授时、线路巡检及车辆防盗等领域。接收机是获得GPS系统服务的关键设备,目前已有从手持式到台式数百种型号的接收机可供用户选择。通用接收机功能齐全,除了信号接收单元外,往往还配置有显示单元和人机对话设备。这一方面为用户提供了极大的方便，但GPS定位接收机价格比较昂贵而且使用灵活性低,难以满足特定条件下的应用需求,造成了资金浪费。因此,众多用户期望按照自己的使用环境和性能要求设计和使用个性化的GPS定位接收机。21.2GPS定位系统的基本原理每颗GPS卫星时刻发布其位置和时间数据信号，用户接收机可以测量每颗卫星信号到接收机的时间延迟，根据信号传输的速度可以计算出接收机到不同卫星的距离。同时收集至少4颗卫星的数据时，通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定和测量,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。本设计是基于STC12C5A60S2单片机来实现的简易GPS定位信息显示系统。本控制系统主要完成接受数据、海拔现实、经度显示、纬度显示等常规功能。此方案基于单片机、GPS模块和12864液晶显示屏等硬件,并应用C语言实现了GPS信号的提取、显示等。3第二章系统硬件设计2.1设计框图图2-1系统框图2.2单片机STC12C5A60S2图2-2单片机STC12C5A60S2单片机STC12C5A60S2LCD12864显示模块电路电源电路GPS接收模块复位电路串口通信电路时钟电路P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178INT113INT012T115T014EA/VP31X119X218REST9RD17WR16PSEN29TXD11RXD10P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P2021P0732P0633P0534P0435P0336P0237P0138P0039U1STC12C5A60S212Y1C1C24.7uFC38.2KR1AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7A8A9A10A11A12A13A14A15RXDTXDPSENVCCP10P11P12P13P14P15P16P17INT1INT0VCCT0T1RDWR4由图可知电源引脚为40脚，本单片机的电源接的是+5V的电压；20脚为接地的管脚；18、19管脚为时钟引脚。XTAL1（19脚）是片内振荡反相放大器和时钟发生器电路的输入端。当使用片内振荡器时，该引脚连接外部的石英晶体和微调电容；当采用外接时钟源时，该引脚接外部时钟振荡器的信号。XTAL2（18脚）是片内振荡器反相放大器的输出端。当使用片内的振荡器时，该引脚连接外部石英晶体和微调电容；当采用外部时钟源时，该引脚悬空。在这里控制引脚和I/O引脚就不做仔细的介绍了。2.3时钟电路图2-3时钟电路图时钟电路控制单片机时间日期等信息的显示。2.4GPS模块2.4.1GPS模块简介本次课设所使用的GPS模块为BS-280GPS模块+有源天线一体模块，下图为GPS模块实物图：5图2-3GPS模块实物图BS-280一体模块采用UBLOXG7020-KT芯片设计，性能优越。此模块具有高性能、低功耗的优点。是一个完整的卫星定位接收设备，具备全方位功能，能满足专业定位的严格要求与个人消费需要。该产品可应用于开发多种GPS终端产品如：高频率飞控航模、无人机，四六轴，多旋翼飞行器，语音报站、同步授时、农田测量、汽车导航、汽车保全