基于单片机的gps定位信息显示系统设计ppt

导师：王庆龙,基于单片机的GPS定位信息显示系统设计,班级：08级自动化（1）班姓名：王致忠学号：0805070058,论文结构和主要内容,课题背景及意义论文主要内容GPS定位信息显示系统方案设计基于单片机的GPS硬件电路设计基于单片机的GPS软件设计实验结果分析,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。,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。,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,GPS接收模块是接收机的关键部分，主要由低噪声下变频器、并行信号通道、CPU、储存器等组成。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。GPS接收模块内部结构如下图所示。,GPS接收模块内部结构,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SiRF Star II GPS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SiRF Star II GPS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：12864LCD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。,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（SiRF Star II GPS信号接收模块）、控制芯片（STC89C52单片机）、显示部分（12864LCD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CMOS 8 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（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7；P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7；P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7；P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.7,SiRF Star II GPS信号接收模块,GPS信号接收模块所选用的是SiRF Star II GPS接收模块,主要使用到的引脚图和实物图如图所示。该模块具有12通道并行接收能力，所接收的GPS信号属于民用频段的L1信号（1575.42MHz），在没有SA干扰的情况下平均定位误差为10米，动态速度误差为0.1米/秒，信号灵敏度达到142dBm，冷启动定位时间为42秒，热启动时间为38秒，重新定位时间仅仅需要8秒。,SiRF Star主要特征,12864液晶显示模块,12864液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字、128 个字符及64X256 点阵显示RAM。12864液晶显示模块引脚如图所示。,主要技术参数和显示特性：电源：VDD 3.3V5V； 显示内容：128 列 64 行； 显示颜色：黄绿； 配置LED 背光； 多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式等；逻辑工作电压(VDD)：4.55.5V； 电源地(GND)：0V； 工作温度：060(常温) / -2075（宽温）。,引脚说明：,基于单片机的GPS硬件连接图,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：$GPRMC,，*hh其中“GP”为交谈识别符；“RMC”为语句识别符；“hh”为校验和，其代表了“$”与“*”之间所有字符的按位异或值。,$GPRMC语句数据区的内容为：定位点的协调世界时间（UTC），hhmmss（时分秒）格式；定位状态，A有效定位，V无效定位；定位点纬度，ddmm.mmmm（度分）格式；纬度半球，N（北半球）或S（南半球）；定位点经度，dddmm.mmmm（度分）格式;经度半球，E（东经）或W（西经）；地面速率，000.0999.9节；地面航向，000.0359.9度；UTC日期，ddmmyy（日月年）格式；磁偏角，000.0180度；磁偏角方向，E（东）或W（西）；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Keil uVision2,本次设计所采用的软件是Keil uVision2,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：,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12864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。,软件调试：检查12864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12864液晶显示情况理解GPS信息接收状况。通过GPS模块程序和12864液晶显示模块程序的结合，观看12864液晶显示器上的GPS显示信息。,实验结果： 经过软件部分和硬件部分的调试，最后实现了其功能。GPS初始化如图所示。,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合肥学院竹苑A座419寝室测试的结果。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31度45分15秒，东经117度14分51秒。谷歌地图上显示的结果是北纬31.7505度，东经117.2530度。经过单位换算可知，谷歌地图显示的结果是北纬31度45分18秒，东经117度15分10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,总结,本次毕业设计，主要了解GPS接收机的工作原理及其各部分工作流程。GPS信号处理模块由SiRF Star II实现，通过SiRF Star II与MCS-51兼容系列单片机相连，配备了所需的外围电路，同时配有液晶显示器，可以显示字符，并详细介绍了该GPS接收机的硬件和软件设计。毕业设计是本科学习阶段一次非常重要的理论与实际相结合的机会，通过本次设计的理论和实际相结合，