基于单片机的gps定位信息显示系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的gps定位信息显示系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

............. 8 基于单片机的 GPS 定位信息显示系统设计硬件电路简介 .................................................. 8 STC89C52 简介 ....................................................................................................... 8 SiRF Star II GPS 信号接收模块 .............................................................................. 12 12864 液晶显示模块介绍 ....................................................................................... 13 基于单片机的 GPS 硬件连接介绍 ................................................................................... 15 第四章 基于单片机的 GPS 软件设计 .................................................... 17 NMEA0183 数据格式 ..................................................................................................... 17 输入语句 .............................................................................................................. 17 输出语句 .............................................................................................................. 18 基于单片机的 GPS 定位系统 软件开发环境 ―Keil uVision2 ............................................. 20 8051 开发工具 ....................................................................................................... 20 uVision2 集成开发环境 .......................................................................................... 20 编辑器和调试器 ................................................................................................... 21 测试程序 .............................................................................................................. 22 Keil C 编译步骤 .................................................................................................... 23 基于单片机的 GPS 软件设计思路 ................................................................................... 25 模块软件设计 ................................................................................................................ 26 液晶模块初始化模块 ............................................................................................ 26 GPS 数据接收模块 ................................................................................................ 29 第五章 系统调试与实验结果 .......................................................... 31 硬件调试 ....................................................................................................................... 31 软件调试 ....................................................................................................................... 31 实验结果 ....................................................................................................................... 32 实验 结果分析 ................................................................................................................ 33 第六章 总结 ........................................................................ 34 致谢 ............................................................................... 35 参考文献 ........................................................................... 36 附录 ............................................................................... 37 第一章 绪论 课题 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 [1]。 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 的 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 其他无线电接收 装置都 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 如下 用途。 GPS 技术的陆地应用 GPS 技术在陆地上的开发应用可以体现在许多方面，如： 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 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等。 GPS 技术的海洋应用 GPS 技术在海洋方面有着极其重要的作用，比如： 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；海洋纠纷或海损事故的定点测定；港口交通管制；海洋灾难检测 等。 GPS 技术的航空应用 GPS 技术在航空方面的应用主要体现在： 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量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量 等。 GPS 技术的航天应用 GPS 技术在航天方面 同样 也有着很重要的作用： 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 状 态参数测量 [2]。 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 这种 设备最基本的功能就是能 够 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， 如 GPS 手持机、车载 GPS 导航仪等等，虽然其功能强大，但价格 相对而言 比较昂贵，而且对于普通应用 没有必要。 所以 基于 这种情况 下， 本次设计针对普通用户使用 GPS 的切实需要，设计并制 作 基于单片机 的 GPS定位信息显示系统。 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，选择合适的单片机提取 GPS 接收 模块 接收 的数据并且由液晶显示模块显示接收的数据。 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能实现对 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。 第二章 GPS 定位信息显示 系统 方案设计 GPS 全球定位系统简介 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 部分。 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 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 [3]。 这三部分的相互关系 如图 所示。 图 GPS 全球定位系统 组成 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 GPS 系统进入了生产作业阶段。 GPS 系统经过 16 年 的发射试验卫星，到开发 GPS 信号应用，进而发射工作卫星，终于在 1994 年 3 月建成了信号覆盖率达到了 98％ 的 GPS 工作星座，它由 24颗 Block2卫星卫星组成。 Block2 卫星如图 所示。 图 Block2 卫星图 全球定位系统 有很多特点，其 主要特点 如下 ： (1) 全天候； (2) 全球覆盖； (3) 三维定速定时高精度； (4) 快速省时高效率 ； (5) 应用广泛多功能。 24 颗 GPS 卫星在离地面 2 万公里的高空上，以 12 小时的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意一点都可以同时 接收到 6 颗以上 GPS 卫星的定位信息。 只要有 4 颗卫星的定位信息， GPS 接收机就能向用户提供三维坐标、时间及移动速度等信息参数。 由于卫星的位置精确可知，在 GPS 观测中，我们可得到卫星到接收 设备 的距离， 根据 三维坐标中的距离 公式，利用 3 颗卫星，就可以组成 3 个方程式，解出观测点的位置(X,Y,Z)。 考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有 4 个未知数， X、 Y、 Z和钟差，因而需要引入第 4 颗卫星，形成 4 个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。 由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的 SA 保护政策，使得民用 GPS 的定位精度只有 100 米。 美国政府宣布 从 20。