简易型GPS定位信息显示系统的设计

毕业设计说明书简易型GPS定位信息显示系统的设计毕业生姓名：专业：学号：指导教师：所属系（部）：二〇〇八年五月简易型GPS定位信息显示系统的设计I毕业设计评阅书题目：简易GPS定位信息显示系统的设计系专业姓名设计时间：评阅意见：成绩：指导教师：（签字）职务：200年月日毕业设计答辩记录卡简易型GPS定位信息显示系统的设计II系专业姓名答辩内容问题摘要评议情况记录员：（签名）成绩评定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。专业答辩组组长：（签名）200年月简易型GPS定位信息显示系统的设计i前言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7段共阳LED组成的显示器。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LED显示器轮流显示实时时间、纬度、经度。该系统的时间为原子钟时间，因此非常精确。能满足一般应用项目的使用。简易型GPS定位信息显示系统的设计ii目录第一篇绪论...........................................................1第一章GPS概述......................................................1第二章本设计的目的和意义.............................................2第三章本设计研究的内容和所做的工作..................................4第一节本设计研究的内容............................................4第二节本设计所做的工作.............................................4第二篇元件选择.......................................................5第三篇方案论证.......................................................9第四篇系统硬件电路设计..............................................11第五篇硬件电路制作..................................................15第六篇控制系统的软件设计............................................16第一章GPS25-LVS的信息输出格式.....................................16第二章单片机的信息接收处理..........................................17第三章内存中的信息存放地址分配.....................................18第七篇控制程序编制和调试............................................20第八篇硬件和软件综合调试及性能分析..................................28第一章硬件和软件综合调试...........................................28第二章性能分析......................................................30结论..................................................................32参考文献..............................................................33致谢..................................................................34简易型GPS定位信息显示系统的设计1第一篇绪论第一章GPS概述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。GPS系统的基本定位原理是：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，就可以算出三维坐标、速度和时间。全球定位系统（GlobalPositioningSystem简称GPS）是美国第二代军用导航系统，可实现全球范围内的实时导航和定位。GPS由空间部分、地面监控部分、用户设备部分组成。GPS系统的空间部分是指GPS工作卫星星座，其由24颗卫星组成，其中21颗工作卫星，3颗备用卫星，均匀分布在6个轨道上。卫星轨道平面与地球赤道面倾角为55°，各个轨道平面的升交点赤经相差60°，轨道平均高度为20200km.卫星运行周期为11小时58分（恒星时），同一轨道上的各卫星的升交角距为90°，GPS卫星的上述时空配置，基本保证了地球上任何地点，在任何时刻均至少可以同时观测到4颗卫星，以满足地面用户实时全天候精密导航和定位。GPS卫星的主体呈圆柱形，直径约为1.5m，重约774kg，两侧各安装两块双叶太阳能电池板，能自动对日定向，以保证卫星正常工作用电。每颗卫星带有四台高精度原子钟，其中2台为铷钟，2台为铯钟。GPS卫星上设有微处理机，可以进行必要的数据处理工作，它主要的3个基本功能：根据地面监控指令接收和储存由地面监控站发来的导航信息，调整卫星姿态、启动备用卫星；向GPS用户播送导航电文，提供导航和定位信息；通过高精度卫星钟向用户提供精密的时间标准。地面监控部分由5个地面站组成。1个主控站，其位于美国本土科罗拉多斯平土（ColoradoSpings）的联合空间执行中心CSOC，3个注入站，其分别设在印度洋的迭哥加西、南大西洋的阿松森岛和南太平洋的卡瓦加兰。5个监控站，其中4个与主控站、注入站重叠，另外一个设在夏威夷。主控站的主要任务为：根据各监控站提供简易型GPS定位信息显示系统的设计2的观测资料推算编制各颗卫星的星历、卫星钟差、和大气层修正参数并把这些数据传送到注入站；提供GPS系统的时间标准；调整偏离轨道的卫星，使之沿预定的轨道运行；启用备用卫星以取代失效的工作卫星。注入站的主要任务为：在主控站的控制下，把主控站传来的各种数据和指令等正确并适时地注入到相应卫星的存储系统。监测站的主要任务为：给主控站编算导航电文提供观测数据，每个监控站均用GPS信号接收机，对每颗可见卫星每6秒钟进行一次伪距测量和积分多普勒观测，并采集气象要素等数据。用户设备部分由GPS接收机硬件和相应的数据处理软件以及微处理机及其终端设备组成。其主要功能是接收GPS卫星发射的信号，获得必要的导航和定位信息及观测量，并经简单数据处理实现实时导航和定位，用后处理软件包对观测数据进行精加工，以获取精密定位结果。第二章本设计的目的和意义自从五七年第一颗人造卫星上天，六十年代的人造卫星导航定位技术，七十年代美国军方开始发展GPS（GlobalPositioningSystem）卫星导航定位系统，直至1995年4月27日美国国防部宣布“GPS系统已具备全部运作能力”。GPS计划的实现历时23年，耗资200多亿美元，前后共发射35颗卫星，目前仍在轨道上正常工作的有25颗卫星，其中1颗为实验卫星，24颗为工作卫星。它具有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力，是美国第二代卫星导航系统，其特点是全天候、高精度、应用广，是迄今最好的导航定位系统。它广泛的应用价值，引起了各国科学家的关注和研究，前苏联和西欧各国的科学家在积极开发利用GPS信号资源的同时，还致力于研究开发各自的卫星导航定位系统，如前苏联建成的GLONASS卫星导航系统，我国也在致力于发展自已的卫星导航定位系统。同时，它的出现也导致了测绘行业一场深刻的技术变革。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导航定位系统之所以在许多领域得到广泛应用，出现了与GPS系统相关的产简易型GPS定位信息显示系统的设计3业，这都得益于其本身所具有的诸多优点，概括起来主要有以下几个方面。定位精度高：通过很多应用实践已经证明，GPS相对定位精度在50km以内可达10-6，100km～500km可达10-7，1000km以上可达10-8，在300-1500m工程精密定位中，1小时以上观测的解算，其平面位置误差小于1mm。基线边长越长越能突显是定位精度高的优势。观测时间短：由于GPS系统的不断完善，软件不断更新，目前20km以内相对静态定位，仅需15～20分钟，快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距在15km以内时，流动站只需观测1～2分钟，动态相对定位测量时，流动站出发时观测1～2分钟，然后可随时定位，每站观测仅需几秒钟。测站间无须通视：GPS测量不要求站点间相互通视，只需测站上空开阔即可。可提供三维坐标：经典大地测量将平面与高程采用不同方法施测，而GPS可同时精确测定测站点的三维坐标，目前GPS水准可达到四等水准测量的精度。操作简便：随着GPS机不断改进，自动化程度越来越高，体积也越来越小，重量越来越轻，有的已达“傻瓜化”的程度。全天候作业：使用GPS测量，不受时间限制，24小时都可以工作，也不受起雾、刮风、下雨下雪等气候的影响。功能多、应用广：GPS系统不仅可用于测量，还可用于测速、测时。测速精度可达0.1m/s，测时精度可达几十毫秒。随着人们对GPS系统的不断开发，其应用领域正在不断地扩大。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了广泛的应用，在各个领域发挥了极大的作用，已成为了信息时代不可以或缺的一部分。简易型GPS定位信息显示系统的设计4第三章本设计研究的内容和所做的工作第一节本设计研究的内容本设计是由AT89C52单片机控制GPS模块较为精确地计算和显示实时时间、经度、纬度等卫星信息。此设计主要是在了解掌握了GPS和单片机的理论知识的基础上，选用Atmel（爱特梅尔）公司的AT89C52提取GPS模块的接收数据并由6位LED显示器显示接收数据。在此设计过程中，主要熟悉了简易GPS定位信息显示系统各性能指标，学习NMEA封包并懂得使用NMEA输出命令，结合单片机串行通信知识能实现对GPS接收到的卫星信息进行提取，并在6位LED显示器上选择性的显示数据。第二节本设计所做的工作本文讨论了简易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，单片机采用12MHz晶振，以串口方式1接收GPS信息，P0口和P2口用于7段共阳LED显示接口，LED显示器轮流显示实时时间、纬度、经度或其他GPS信息数据。在软件方面，首先进行了单片机的信息接收处理，给出了系统的软件流程图，然后对内存中的信息存放地址进行了分配，并对控制程序进行了编制。最后对硬件和软件进行了综合调试。简易型GPS定位信息显示系统的设计5第二篇元件选择简易GPS定位信息显示系统主要由三部分构成：卫星信息接收器、单片机控制器和显示器件。卫星信息接收器选用GARMIN公司的GPS25-LVS系列OEM接