基于单片机及gps器件的定位与测量系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于单片机及gps器件的定位与测量系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

，”为域分隔符；“ Ddd„ ddd”为数据块，发送数据内容；“ *”为校验和识别符，其后面的两位数为校验和；“ hh”为校验和；“ CR/LF”为终止符，表示回车、换行。 输入语句 NMEA 0183 输入语句是指 GPS OEM 板可以接收的语句。 输入语句包括初始位置，时间，秒脉冲状态，差分模式， NMEA 输出间隔等设置信息。 这些语句是GPS 接收机可以有串口 1 接受的于 语句。 本设计使用了接收机初始化信息（ PGRMI）语句。 该语句一般在初始位置和当前实际位置的距离超过 800 公里时使用，以加快定位速度。 ＄ GPRMI， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7 *hhCRLF 1纬度 （度分）格式（前面的 0 也将被传输） ； 2纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）； 3经度 （度分）格式（前面的 0 也将被传输） ； 4经度半球 E（东经）或 W（西经） ； 5 UTC 日期， ddmmyy（日月年）格式； 6 UTC 时间， hhmmss（时分秒）格式； 7接收机命令， A=自动定位， R=机器重新启动。 输出语句 GPS OEM 板的输出语句有十余种 ,以 Garmin生产的 GPS25LP 板为例 , 其主要语句有 GPALM（历书数据）、 GPGGA( GPS标准数据 ,定位数据 )、 GPGSV（卫星状态） 、 GPGSA 、 GPRMC 、 GPVTG 、 PGRME 、 PGRMF 、 PGRMT 、 PGRMV（ GARMIN定义的语句 ,3D速度信息） 、 LCGLL 、 LCVTG（ NMEA 标准语句）等。 可通过 GPS 串口调试软件发送相应的命令语句给 GPS OEM 板，此后 GPS OEM 板会根据设置参数决定每隔若干毫秒发送哪种或哪几种 NMEA 语句。 主要的输出语句格式如下： （ 1） GPS标准数据（ GGA） ＄ GPGGA , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ,6 , 7 , 8，9 ,M,10 ,M, 11 ,12*hh CR LF 各数据区含义为 : 1 确定位置的世界协调时 (UTC) 时间 ,格式为“时时分分秒秒”； 2 纬度值 ,格式为“度度 分分 . 分分分分” (含前导 0) ； 3 所测纬度半球 ,格式为“ N”或“ S” (即北或南 ) ； 4 经度值 ,格式为“度度度分分 . 分分分分” (含前导 0) ； 5 所测经度半球 ,格式为“ E”或“ W” (即东或西 ) ； 6 GPS 品质标识 ,0 = 不能定位 ,1 = 无差分定位 ,2 = 差分定位； 7 定位所用卫星数目 ,数值范围 00～ 12(含前导 0) ； 8 水平精度因子 :数值范围 0. 5～ 99. 9 ； 9 天线高度 ,数值范围 9999. 9～ 99999. 9m； 10 大地水准面 高度 ,数值范围 999. 9～ 9999. 9 m； 11 差分 GPS 数据期 ,数值为从上一次有效的差分校正开始所经历的秒数(若无差分修正 ,则此项为空 ) ； 12 差分站编号 ,数值范围 0000～ 1023 (含前导 0 ,若无差分修正 ,则此项为空 )。 （ 2）＄ PGRMO， 1， 2*hhCRLF 1语句名称 2语句模式： 0=关闭 1中指定的语句； 1=打开 1中指定的语句； 2=关闭所有输出的语句； 3=打开所有的输出语句（ GPALM 语句除外）； 4=恢复出厂时的语句设置。 (3)推荐最小 GPS/TRANSIT数据（ RMC） GPRMC语句包含时间、日期、方位、速度和磁偏角等信息，基本上可以满足一般的导航需求。 ＄ GPRMC， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10，11， 12*hhCRLF 1 UTC 当地时间， hhmmss（时分秒）格式； 2定位状态， A=有效定位， V=无效定位； 3纬度 （度分）格式（前面的 0也将被传输） ； 4纬度半球 N（北半球）或 S（南半球）； 5经度 （度分）格式（前面的 0也将被传输） ； 6经度半球 E（东经）或 W（西经） ； 7对地速率 ~ 节（前面的 0也将被传输）； 8对地航向 176。 ~ 176。 （以真北为参考基准，前面的 0也将传 输）； 9 UTC当地日期， ddmmyy（日月年）格式； 10磁偏角 176。 ~176。 （地球磁场不同时间不同地点的偏差。 前面的0也将被传输） ； 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=无效。 （ 4） GPS板设置语句（ PGRMC） PGRMC语句用于设置 GPS板，设置参数存储于永久存储器中。 如果设置语句无错，则 GPS会响应语句，否则返回语句将显示当前默认值。 ＄ PGRMC， 1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10，11， 12， 13， 14*hhCRLF 在本文的研究中，我们只保留推荐最小 GPS/TRANSIT ＄ GPRMC 语句，通过串口向 GPS 输出。 5 GPS OEM 板与 MCS51单片机的接口电路 单片机电路 MCS– 51 单片机是美国 Intel 公司的产品 , 也是国内使用较早的单片机系列之一。 MCS 51 系列单片机因其结构简单、功能丰富、价格低廉 ,在消费电子和工业控制领域有着广泛的应用。 将 MCS 51 单片机作为处理器构成的 GPS 应用系统 ,具有体积小巧、使用灵活的特点 ,而且系统的结构和功能可以根据需求的不同进行个性化配置 ,其性价比十分明显。 MCS – 51 系列单片机中，各类单片机都是相互兼容的，只是引脚功能略有差异。 以典型的 8051产品为例，它属于 8位高档单片微机 , 拥有强大的指令集 、多种寻址功能 , 含有并行 I/O 口和全双工串行 I/O口 , 支持中断操作和中断优先级 , 直接指令级支持乘除和位运算操作。 图 805 1单片机的引脚图（ 40脚 DIP封装）。 其中有两条主电源引脚， 2条外接晶体引脚， 4条控制或与其他电源复用的引脚， 32条 I/O引脚。 图 8051 单片机引脚图 前已叙述， GPS 25 LP 有 2组输入输出的串行接口（见图 ），其引脚 4 TXD1 用来输出相位信号，引脚 5 RXD1 用来输入串行差分 GPS 信号。 因此，单片机与 OEM 板的通信线路很简单，即将 MCS 51单片机的串行口（引脚10， RXD和引脚 11， TXD）与 GPS25 LP 对应的串行口进行相应连接即可实现数据传输。 GPS – OEM 板上电经过自检后即进入卫星测量阶段并输出相关信息。 GPS 应用统的软硬件复杂程度依其应用场合的不同而有极大的差异 ,对获取来自OEM 板的信息要求也各不相同。 因此 ,硬件上的关键是单片机与 OEM板的接口线路 ,而软件的核心则是正确对单片机串行口进行设置、对 OEM板的进行合理配置并提取相应的 GPS 信息。 要实现单片机的控制系统，还需要配备基本的外围电路。 单片机的工作是在统一的时钟脉冲的控制下一拍一拍的进行的。 这个脉冲是由单片机控制器中的时钟电路发出的，用来产生单片机工作所需的时钟信号。 8051内部有一个高增益反向放大器，用以构成振荡器，引脚 XTAL1和 XTAL2分别是放大器的输入端和输出端。 外部时钟振荡脉冲由 XTAL2接入后直接送至内部时钟发生器，输入端XTAL1接地。 见图。 在单片机控制系统中，复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此非常重要。 单片机的复位都是靠外部电 路来实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 RESET引脚上出现 24个时钟振荡脉冲以上的高电平，单片机就能实现复位。 如图。 图 时钟振荡电路 图 按键复位电路 MAX232 电平转换电路 单片机的串行口与 GPS OEM 板的联接需要通过一个电平转换芯片实现的。 因为 GPS OEM 板的串口电平是符合 RS232 标准的电平，而单片机串口采用的是TTL 电平，因此需要通过电平转换才能够实现联接。 MAX232 芯 片是一款较为常用的电平转换芯片，可以实现 RS232 电平与 TTL 电平的双向转换。 该芯片内部有电压倍增电路和转换电路，仅需外接几个小电容和＋ 5V 电源便可工作，使用十分方便。 引脚图如图 所示。 引脚说明如下： C1+、 C C2+、 C2:外接电容； R1IN、 R2IN：两路 RS232 电平信号输入 端，可接传输线； R1OUT、 R2OUT：两路转换后的 TTL 电平输入端，可送单片机的 RXD； T1IN、 T2IN：两路 TTL 电平输入端，可接单片机的 TXD 端； T1OUT、 T2OUT:两路转换后的 RS232 电平信号输出端，可接传输线； V+、 V：分别经电容接电源和地。 一片 MAX 232 内部带两组电平转换电路，在本电路择其中一组即可。 需要注意的是，在使用时串行口的发送端和接收端必须对应使用同一组，还要注意数据的传输方向，注意不要将输入输出接口接反。 GPS OEM 板与单片机通过 MAX232 电平转换的接口电路具体可见附录 1。 单片机的信息接收和处理 GPS 只要处于工作状态就会源源不断地把接收并计算出的 GPS 导航定位信 图 MAX232 引脚图 息通过串口传送到单片机系统中。 假如对信息不经处 理直接送到 LCD 实现的话，那么在屏幕上出现的将是从串口接收到的一长串 ASCⅡ 码字节流，这样没有经过分类提取的信息是无法利用的。 因此必须通过程序将个人所需要的信息从接收到的字节流中提取出来，然后才能送到 LCD 显示，这样才能做到一目了然。 本文提取的信息是日期，时间，经度和纬度信息。 对 GPS 信息进行提取必须首先明确其帧结构，数据帧主要有帧头，帧尾和帧内数据组成。 对于不同的数据帧，帧头是不同的，主要有＄ GPGGA， $GPGSV，$PGRMC等。 本文只需使用 $PGRMC 信息，因此我们用软件设置 OEM 板只 输出$PGRMC 即可。 这样我们就省去了判断是何种类型的麻烦。 在单片机串口收到信息后，首先判断是否为语句引导头＄，然后再接收信息内容。 在收到 *字符 ASCⅡ 码后在接受两个字节结束接收，然后根据语句表示区分出信息类别以对受到ASCⅡ 码进行处理显示。 在这里需要强调的是，由于 GPS 输出记录中的 ASCⅡ 码字段位数可能随着实际测量计算出的定位数据的不同而有所变化，因此在进行识别，分解，解析记录中个字段时必须以逗号分隔符，作为个字段的分割标志，而不应该一个字段的字符位数作为分割个字段的依据，否则将会导致严重的数 据错位。 同时需要注意的是，在处理北京时间时应在 UTC 时间上加上 8 小时才是准确的北京时间，在超出 24 小时时应作减 24 小时处理。 数据更新率为每秒一次。 系统工作时 OEM 板不断得到新的数据，单片机不断刷新 RAM，处理完后的数据随时送液晶显示器显示。 6 数据的控制与显示 液晶模块的工作特性 液晶显示器是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、 PCB 线路板、背光源、结构件装配在一起的器件。 一般情况下称作液晶显示模块。 根据显示方式和内容的不同，液晶显示模块可以分为数显液晶模块，液晶点阵字符模块和图形 点阵液晶模块三种。 图形点阵液晶显示模块的点阵像素连续排列，行和列在排列中均没有空格。 因此不仅可以显示字符，而且还可以显示连续完整的图形，是目前。