基于单片机的GPS定位信息显示系统设计

LOGO基于单片机的GPS定位信息显示系统设计组号：9组员：杨召邹杰黄至翔汪启洪健赵丹丹班级：11通信2班论文结构和主要内容1.课题背景及意义2.论文主要内容3.GPS定位信息显示系统方案设计4.基于单片机的GPS硬件电路设计5.基于单片机的GPS软件设计6.实验结果分析一.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。GPS卫星的入轨运行已经为大地测量学、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。二.论文主要内容本次设计的主要任务是在GPS和单片机的理论知识基础上，选择适当的单片机提取GPS接收模块所接收的数据，最终由液晶显示器显示接收到的数据。在此次设计过程中，主要熟悉所选用的GPS接收模块的性能指标，学习NMEA封包并懂得如何使用NMEA输出命令，结合单片机的相关知识实现对GPS接收到的卫星信息进行提取，并在液晶显示器上选择性的显示需要的数据。三.GPS定位信息显示系统方案设计GPS全球定位系统简介GPS信号接收方案选择GPS接收模块的研究总体方案的设计GPS全球定位系统简介全球定位系统由三部分组成：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个轨道平面上。3.用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天线组成。系统的结构框图如下图所示：由三大部分构成的GPS卫星全球定位系统GPS信号接收方案选择方案一：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，但是这个方案实现的难度较大，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。方案二：选择成品GPS接收模块，这个方案的优点在于现阶段GPS接收模块的制造技术已经相当成熟，性能稳定并且使用方便。并且在经过大规模的商业化生产后价格已经很低，这些模块在市面上也能够容易的购买到。由此可知，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，因此我选择的是第二种方案。GPS接收模块的研究工作原理：GPS接收模块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。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。通过输入输出接口，与GPS接收模块进行信息交换。总体方案的设计本次设计要求通过单片机控制GPS器件实现定位显示功能。在这里使用51单片机作为处理器，利用51单片机的串行接口接收AI-GPS-V04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，最后通过单片机的并行接口输出至液晶显示模块显示的方案。该GPS定位显示系统硬件由以下几部分组成：1.接收部分：以AI-GPS-V04信号接收模块为核心的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：1602LCD液晶显示模块；4.电源电路部分：用以提供系统电源和LCD背光调节的电压输出。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。四.基于单片机的GPS硬件电路设计基于单片机的GPS定位信息显示系统硬件电路设计主要由GPS信号接收部分（AI-GPS-V04信号接收模块）、控制芯片（STC89C52单片机）、显示部分（1602LCD液晶显示模块）这几部分构成。结构框图如下图所示。硬件电路简介STC89C52简介：STC89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，采用40引脚双列直插封装方式。引脚图如下图所示。引脚说明：主电源引脚（2根）：VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源；GND(Pin20)：接地线。外接晶振引脚（2根）：XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端；XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。控制引脚（4根）：RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位；ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号；PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号；EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚（32根）：STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、P1、P2、P3口，每个口有8根引脚，共32根。P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7；P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7；P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7；P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7AI-GPS-V04GPS信号接收模块一，引脚说明：VCC：电源正极输入,VCC电压范围3-5.5V,须接直流,高于此范围就会烧掉芯片GND：电源负极输入,模块与其他设备连接一定要共GND（共地）TXD：GPS模块的数据TTL信号输出,一般接其他设备的RXD或RXRXD：GPS模块的数据TTL信号输入,一般接其他设备的TXD或TXPPS：GPS授时输出,当GPS定位以后，此引脚会输出1Hz的脉冲信号二，接线方式三、状态描述1.模块的红色LED表示电源指示灯，通电就常亮，没电就灭。2.模块通电后板上的（绿色）LED灯闪烁，表示此时已经搜到卫星了，绿色的灯只有2种状态（灭和闪烁）闪烁是1秒1次。3.本GPS模块内自带一个可充电的电池来保存星历，以便使GPS在下一次上电时更快的搜到星，一般在使用GPS的时候就在给内部电池充电，当不用GPS的时候就自动给电池充电，充满自动停止4.客户若没有备注特殊要求，出厂默认输出为NMEA格式数据，波特率9600bps，1Hz刷新率四、注意事项1.本GPS模块在使用时正面需要面向天空，才能保证信号的良好，如果是反面面向天空，也会有信号只是信号要比正面的时候差一些。2.模块在冷启动后接上有些客户机时，由于客户机程序不同的原因，显示不出卫星状态，此现象是正常，这时需再稍等片刻待GPS定位成功即可1602液晶显示模块五.基于单片机的GPS软件设计NMEA-0183数据格式：这种格式所输出的语句采用的是ASCII字符码，包含了纬度、经度、速度、日期、时间、航向、以及卫星信号情况等信息。其串行通信默认参数为：波特率=9600bps，数据位=8bit，开始位=1bit，停止位=1bit，无奇偶校验。本设计所使用的语句：推荐最小GPS/TRANSIT数据（GPRMC），其结构为：$GPRMC,1,2,2,4,5,6,7,8,9,10,11，12*hhCRLF其中“GP”为交谈识别符；“RMC”为语句识别符；“hh”为校验和，其代表了“$”与“*”之间所有字符的按位异或值。$GPRMC语句数据区的内容为：1定位点的协调世界时间（UTC），hhmmss（时分秒）格式；2定位状态，A＝有效定位，V＝无效定位；3定位点纬度，ddmm.mmmm（度分）格式；4纬度半球，N（北半球）或S（南半球）；5定位点经度，dddmm.mmmm（度分）格式;6经度半球，E（东经）或W（西经）；7地面速率，000.0～999.9节；8地面航向，000.0～359.9度；9UTC日期，ddmmyy（日月年）格式；10磁偏角，000.0～180度；11磁偏角方向，E（东）或W（西）；12工作模式：A=自主，D=差分，E=评估，N=数据无效。基于单片机的GPS软件开发环境―KeiluVision2本次设计所采用的软件是KeiluVision4C51基于单片机的GPS软件设计思路该软件分为了液晶模块初始化模块，数据接收模块，单片机模块这三个主要模块。其程序流程图如图所示：软件调试：检查1602液晶显示模块程序，观察在液晶显示器上是否能够显示相应的字符。检查显示模块程序。检查GPS模块程序，通过观察1602液晶显示情况理解GPS信息接收状况。通过GPS模块程序和1602液晶显示模块程序的结合，观看1602液晶显示器上的GPS显示信息。六.系统调试与实验结果硬件调试：检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否正确。将仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接口是否满足设计的要求。将写入程序的单片机插入硬件电路单片机管座，查看液晶显示器1602显示结果是否符合设计要求。将程序代码经过Keil软件仿真生成的（.hex）文件，用编程器将生成的文件导入单片机STC89C52中。实验结果：经过软件和硬件部分的调试,最后实现了其功能。时间、经纬度显示结果如下图所示。实验结果分析:上图所示的实验结果所处位置是在湖北工业大学一教101测试的结果。谷歌地图显示这个位置的经纬度如图下所示。GPS定位显示系统设计所测量出来的结果中，时间是很精确的，但是经纬度有所差异，根据我的装置显示的结果是北纬30度24分0秒，东经114度18分21秒。谷歌地图上显示的结果是北纬31.4853度，东经114.2973度。经过单位换算可知，谷歌地图显示的结果是北纬31度29分2秒，东经114度17分50秒。由于我所选用的GPS接收模块的版本比较低，而且在实验过程中有其他因素干扰，比如天气方面的影响，以及在谷歌地图上点选的位置有误差，最终使得我所测量的结果与谷歌地图之间有些许误差，但是误差是能够被接受的，因此，本次试验结果是可靠的，有效的。试验结果谢谢观看致谢