基于单片机及GPS器件的定位与测量系统设计

基于单片机及GPS器件的定位与测量系统设计

目录

中文摘要????????????????????? 英文摘要????????????????????? 1 引言?????????????????????? 2 系统的总体设计????????????????? 3 GPS全球定位系统及其工作原理?????????? 3.1 GPS导航系统???????????????? 3.2GPS导航系统的定位原理???????????? 3.3 GPS OEM板组成结构及原理?????????? 4 GPS25LP系列OEM板的数据格式?????????? 4.1GPS OEM板的窜口通信协议?????????? 4.2 NMEA 0183语句格式?????????????

4.2.1输入语句格式?????????????? 4.2.2输出语句格式????????????? 5 GPS OEM板与MCS-51单片机接口电路设计?????? 5.1单片机控制电路??????????????? 5.2MAX232电平转换电路????????????? 5.3单片机的信息接收和处理???????????

6 数据的控制与显示??????????????? 6.1液晶模块的工作特性????????????? 6.2液晶模块的电源电路设计??????????? 7 系统软件设计?????????????????? 7.1软件设计方案???????????????? 7.2程序设计??????????????????

7.2.1程序功能??????????????? 7.2.2变量说明??????????????? 7.2.3程序代码??????????????? 结束语????????????????????? 参考文献???????????????????? 附录1?????????????????????? 附录2??????????????????????

基于单片机及GPS器件的定位与测量系统设计

摘要: 本文主要介绍了利用单片型微机作为处理器，接收GPS 定位导航系统

信息的原理和方法，以及如何实现控制和显示所采集的信息。GPS

（ GlobalPositioning System ）全球定位系统，是由美国为高精度导航和定位而研制的全球性被动式无线电卫星系统， 是集无线电导航、定位和定时于一体的多功能系统。GPS系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。GPS 全球定位系统精度高，可连续导航，抗干扰能力强，加之其全天候，全球覆盖，方便灵活，质优价廉的特点，因而具有广阔的应用前景。将GPS接收机的小型化OEM 板与单片机相结合, 配置相应的外围设备，即可开发GPS 应用系统。

在这里我们以MCS-51 单片机作为控制模块，接收由GPS 接收机发送的数据，进行定位信息的计算处理后，控制显示模块将当前时间、经度、纬度等定位信息用液晶显示器显示出来。借助该系统，只许按几次键，便可以清楚的知道自己的方位。本文以Garmin 公司生产的GPS 25 LP型OEM 板为例，介绍了全球定位系统( GPS ) 的基本工作原理,讨论了GPS - OEM 板的组成和特点,分析了满足NMEA – 0183 通信协议语句的数据格式及信息组成,并结合其硬件特点，着重讲述了MCS - 51 单片机与GPS OEM 板的串行通信问题,讨论了GPS 应用系统的软硬件配置问题,并给出了单片机读取和现实导航数据的有关汇编语言程序。

关键字:全球定位系统，单片机，OEM 板，串行通讯，液晶显示器

Positioning and measurement systembased on SCM and GPS device

Abstract: This paper mainly introduced the theory and method of

using microcontrolleras microprocessors to receive information from GPS navigation system , Andthe control and display of the collection of information. GPS Namely globalpositioning system is built for precision global satellite system and passiveradio by America's navigation and positioning,which is a multifunctionalsystem of

collection of radio navigation, location and time. GPS systemconsists of space, ground monitoring and ground receivers parts. GPS hashigh precision, strong anti-jamming capability, together with its all-weather, global coverage, convenient and flexible, inexpensive, and

thus has the broadapplication prospect. The miniaturization of GPS receiver will be combinedwith MCU OEM board, configure corresponding peripherals, we can developthe GPS system application.

To combine GPS receivers of miniaturization OEM plate with

SCM( singlechip microcomputer) as control module to receive the data sent GPS receiver, and corresponding peripherals ,we can develop the GPS system application. Using SCM as Microprocessor module to receive the data from GPS receiverand calculate the Positioning information , Then send the current time, latitude, longitude etc positioning

information to LCD to display. Here, wetake the GPS25LP OEM board of Garmin company as an example, Introduces the basic principle of GPS device and data formats, discusses theGPS - OEM plate with MCS - 51 SCM serial communication interface andliquid crystal display circuit connection method, And present the reading, control and display of GPS navigation information assembler language program.

Keywords: global position system (GPS)，single chip

microcomputer(SCM)， OEM board ；Serial communication；LCD

1 引言

从事林业、石油、地质、海洋、铁路、公路、环保等行业的工作者由于工作范围大多地处户外，有些甚至是人迹罕至的不毛之地，所以他们对于获取自己当前所处位置的需求是非常强烈的。而且随着经济的不断发展，使移动目标的定位、监控、指挥和调度系统，成为公安、银行以及公交运输系统中一个越来越重要的问题。而GPS 定位技术的出现也给车辆、轮船等移动目标的导航定位提供了精确、实时的定位能力。全球定位系统是美国第二代卫星导航系统。它是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，GPS 能提供全天候、连续、实时高精度导航参数，实现三维定位，并可提供精确的时间信息。GPS系统由空间部分、地面监控部分和地面接收机部分组成。用户接收机接收到卫星发播的信号并利用本机产生的伪随机噪声码取得距离观测量和导航电文；根据导航电文提供的卫星位置和钟差改正信息计算接收机的位置。近年来GPS在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。GPS系统一开始是为军事目的而建立的，但很快在民用方面得到了极大的发展。现在大多数的GPS 都已经模块化并提供简洁的应用接口。本文中要讨论的定位测量系统就是利用单片微型计算机和GPS 接收技术相结合而成的GPS 定位测量系统。

目前, 世界市场上已经出现了许多性能优良的便携式GPS 接收机, 尤其是美国、日本公司的GPS 接收机已经被广泛使用在车载导航、大地测量、远洋船

舶导航等领域中。利用GPS 全球定位系统而建立的实时导航，定位授时系统目前已被广泛应用。因此GPS接收机的原始设备制造产商（Original Equipment Manufacturer）接收板应运而生, 其内部含有基本的GPS 信号接收和解算单元以及必要的输入输出接口,具有性能可靠、结构简便、易于开发的特点,而且,仅数厘米的尺寸使其可以十分方便地与其他设备组合,适用于多种应用场合,正越来越受到开发者的关注。

本文即使用Garmin 公司生产的GPS 25 LP 型OEM 为例，介绍了其基本工作原理和输入输出数据格式,讨论了GPS OEM 板与MCS-51 单片机的串行通信接口以构成GPS基本应用系统,并给出了读取和控制GPS 导航信息的汇编语言程序。

2 系统的总体设计

本课题要求设计通过单片机控制GPS 器件组成的定位与测量系统。在这里使用常见的MCS-51 型单片机作为处理器，利用MCS-51 单片机的串行接口接收GPS 25型GPS OEM 板输出的数据信号，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定位与测量系统硬件系统由以下几部分组成：

(1)接收部分：以Garmin GPS OEM板为核心的GPS 接收机； (2)电平转换电路：应用MAX232 电平转换芯片；

(3)控制电路：由51单片机作为微处理器控制GPS 信号； (4)显示部分：图形点阵液晶显示模块；

(5)电源电路部分:用以提供系统电源和LCD 背光调节的双电压输出。 该系统所要实现的基本功能为单片机对GPS器件的控制和对所采集的定位信息的显示两个方面。系统的总体硬件电路图如电路原理1所示。

单片机系统：本文提出使用8051 单片机作为微处理器，控制GPS 数据的读取和传输过程。利用其串行接口接收GPS25LP 型GPS OEM 板输出的NMEA 0183 语句数据，并将接收到的数据经过筛选和处理后发送到LCD 液晶显示器显示。

外围电路：外围电路一部分是由GPS 接收器件及其辅助电路组成，一部分是LCD 液晶显示模块的电源电路和显示电路。。GPS25系列OEM板主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。它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。

单片机控制程序：编写程序，实现单片机控制系统的初始化，控制GPS 器件完成方位数据的采集,进行相应的信号处理，并通过单片机接口用总线的方式输出至液晶显示模块显示的功能。系统硬件结构原理框图如图2.1所示。

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