四川理工学院毕业设计(论文)说明书题目:基于单片机的GPS设计系别:电子与信息工程系专业班级:自动化2班学生姓名:潘越指导教师:方宁教研室:自动化教研室提交时间:2007年6月13日潘越:基于单片机的GPS设计I摘要本设计详细介绍了一种基于单片机、GPS接收模块、1602液晶屏等器件的GPS实时显示功能的实现。分别从硬件和软件实现等方面对设计作了详细的阐述,并且结合硬件的特点研究了MCS-51系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信,该系统是根据GPS模块数据输出基本原理设计而成的。是一台体积小巧、携带方便、可以独立使用的全天候实时的定位导航设备。关键词:单片机;GPS;1602液晶屏;串行通信;四川理工学院本科毕业(设计)论文IIABSTRACTThedesingnofGPS(GlobalPositioningSystem)portablereceiverisintroducedindetail.ThereceiverhasbeenrealizedonthebasisofMCU,GPSreceiverand1602LCDscreenetc.Thesystemisdiscussedintwoaspects,softwareandhardware.Itiswidelyusedintraveling,navigations,landsurveys,prospectingandmanyotherfields.AnditisdesignedbasedonprinciplesofGPS,whichissmallbulk,easytotakeandcanbeindependentlyused.KEYWORDS:GPS(GlobalPositioningSystem);MCU51;1602LCDscreen潘越:基于单片机的GPS设计III目录摘要.............................................................IABSTRACT..........................................................II第1章引言.......................................................11.1课题的背景及意义..............................................11.2总体方案的设计................................................2第2章GPS全球定位系统介绍与接收GPS定位信号方案...................32.1GPS全球定位系统及GPS接收模块的研究..........................32.1.1GPS全球定位系统.........................................32.1.2GPS接收模块的研究.......................................62.2接收GPS定位信号方案.........................................7第3章基于单片机的GPS硬件设计....................................83.1基于单片机的GPS硬件总体结构.................................83.2基于单片机的GPS设计硬件部分介绍.............................93.2.1AT89S51微处理器主要性能.................................93.2.2SERFGS1100GPS信号接收模块介绍........................103.2.31602液晶显示模块介绍...................................113.2.4电平转换电路介绍........................................133.2.5电源....................................................143.3基于单片机的GPS硬件连接介绍................................14第4章基于单片机的GPS软件设计...................................154.1GPSNAEA0183数据格式介绍...................................154.2基于单片机的GPS软件开发环境................................164.2.1程序编译环境――KeiluVision2...........................164.2.2串口通信调试工具――COMPortDebugerV2.00...............174.2.3单片机程序编程软件――SLISPV1.3.2.......................174.2.4GPS接收模块调试软件——uNavAnalyzer...................184.3基于单片机的GPS软件设计思路.................................204.4各模块软件设计..............................................214.4.1串口初始化模块..........................................214.4.2液晶模块初始化模块......................................214.4.3数据接收模块............................................22四川理工学院本科毕业(设计)论文IV4.4.4数据格式调整送显模块....................................24第五章设计过程中出现的问题及解决办法.............................285.1液晶屏无显示................................................285.2GPS模块送出数据单片机不能接收...............................28第六章总结.......................................................29致谢.............................................................30参考文献..........................................................31附录..............................................错误!未定义书签。潘越:基于单片机的GPS设计1第1章引言1.1课题的背景及意义1978年2月22日第一颗GPS试验卫星的入轨运行,开创了以导航卫星为动态已知点的无线电导航定位的新时代。GPS卫星所发送的导航定位信号,是一种可供无数用户共享的空间信息资源。陆地、海洋和空间的广大用户,只要持有一种能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收机,就可以全天时、全天候和全球性地测量运动载体的七维状态参数和三维状态参数。其用途之广,影响之大,是任何其他无线电接收设备望尘莫及的。不仅如此,GPS卫星的入轨运行,还为大地测量学、地球动力学、地球物理学、天体力学、载人航天学、全球海洋学和全球气象学提供了一种高精度、全天时、全天候的测量新技术。纵观现状,GPS技术有下述用途。1.GPS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。2.GPS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。3.GPS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四川理工学院本科毕业(设计)论文2量;摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量。4.GPS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。由此可见GPS技术已经延伸到各个领域的方方面面,但是要完成以上所述的各种用途,最基本的就是要具备能够接收GPS信号并且能够调制输出的设备,而设备最基本的功能就是能显示当时所处地点的经纬度以及UTC标准时间。现在世面上已经有许多基于GPS接收模块所开发的产品,GPS手持机、车载GPS导航仪等等,虽然其功能强大,如车载GPS导航系统都带有大比例尺地图,但价格都比较昂贵,而且对于普通应用完全没有必要。所以基于这种情况本次设计针对普通用户使用GPS的切实需要,设计并制作实现了基于单片机采集与显示GPS定位信息的低成本手持GPS设备。1.2总体方案的设计该手持GPS设备硬件主要由GPS信号接收部分(SERFGS1100GPS信号接收模块)、控制芯片(AT89S51单片机)、显示部分(1602LCM液晶显示模块)、电平转换电路(MAX232)构成。GPS接收模块将收到的GPS卫星导航电文调制解码,转换为标准格式后送到电平转换电路再由MAX232芯片进行RS-232——TTL的电平转换,再送给单片机串口接收,当单片机收到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的编排格式所显示。潘越:基于单片机的GPS设计3第2章GPS全球定位系统介绍与接收GPS定位信号方案2.1GPS全球定位系统及GPS接收模块的研究2.1.1GPS全球定位系统全球定位系统(GPS)是本世纪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。全球定位系统由三部分构成:(1)地面控制部分,由主控站(负责管理、协调整个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的控制下,向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成;(2)空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个道平面上;(3)用户装置部分,主要由GPS接收机和卫星天线组成。其系统的结构框图如图2-1所示。图2-1由三大部分构成的GPS卫星全球定位系统1978年2月22日,第一颗GPS试验卫星的发射成功,标志着工程研制阶段的开始。1989年2月14日,第一颗GPS工作卫星的发射成功,宣告