基于单片机的GPS定位显示系统

基于单片机的GPS定位显示系统

同济大学（软件学院）宋秀萍

天津海运职业学院天津300461

【摘要】GPS系统组成中的三大部分：太空部分、监控部分和用户部分，环环相扣。基于单片机的GPS定位显示系统，对于增强各个部分的联系与衔接起到了很好的作用。本文就单片机的GPS定位显示系统做了初步探究。

【关键词】GPS；单片机；显示系统；定位

中图分类号：TH85文献标识码：A文章编号：

一、前言

GPS定位系统的应用始于美国，近几年对GPS的发展与改进有了很大的进展。我国GPS系统的应用起步稍晚，但是近几年也有长足发展。GPS系统广泛应用于通信、军事以及民用设施。在现有的GPS接收模块GR-87的基础上,利用单片机对GR-87输出的信息(时间、经度、纬度、海拔、速度等)进行提取和处理,通过显示模块显示出来,从而实现实时定位、导航的功能，使得GPS的应用有了更广阔的舞台。

二、GPS系统简介

1、GPS系统组成

GPS系统主要分为三部分:太空部分、监控部分和用户部分。

（1）、太空部分

太空部分包括24颗工作卫星，以55°倾角分布在地球上空20～200km的6个轨道上，运行周期为12恒星时。这样的分布使地球上任何位置的用户在任意时刻都可以同时接收到至少6颗卫星的定位信号，这些卫星则不断的给全球用户发送位置和时间的广播数据。

（2）、监控部分

监控部分由分布在全球的若干个跟踪站组成的监控系统构成，根据其作用的不同，这些跟踪系统又可被分为主控站、监测站和注入站，其中主控站有一个，注入站有三个，监测站有五个。主控站的任务是收集、处理各监测站对GPS的监测数据，从而计算出每个卫星的星历和卫星钟的改正参数。注入站的任务是将主控站计算出来的卫星的星历和卫星钟的改正参数注入到卫星中去。监测站的任

务是对每颗卫星进行监测，并向主控站提供卫星的观测数据

（3）用户部分

用户部分是满足用户定位精度和动态特性要求的接收机，其作用是接收GPS 卫星所发出的无线电信号，并利用这些信号进行导航、定位等工作。用户部分由GPS接收机数据处理软件以及相应的用户设备等组成。

2、GPS定位原理

GPS系统的基本定位原理是利用测距交汇的原理确定点位的。天空中每颗GPS卫星时刻在发布自己的位置和时间数据等信号，用户接收机可以通过测量与每颗卫星的时间延迟来确定与卫星之间的距离，用户接收机每时刻至少可以接收到3颗卫星的信号，因此以每颗卫星为圆心，以测量到的距离为半径，分别画3个圆，它们的交点便是用户的位置。在开发GPS定位系统的过程中，并不需要去关心如何计算坐标数据，这些工作GPS芯片都会自动完成，因此只需要考虑选择合适的芯片即可。

3、GPS的应用

（1）、GPS技术的陆地应。用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（如公安、急救车等）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；请求救援在途实时报告；引导盲人行走；平整路面的实时监控，精细农业。GPS技术的海洋应用

（2）、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（如海洋溢油的跟踪报告）；海洋纠纷或海损事故的定点测定；浮筒抛设和暗礁爆破等海洋工程的精确定位；港口交通管制；海洋灾难检测。

（3）、GPS技术的航空应用。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。

（4）、GPS技术的航天应用。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姿态参数测量。

三、GPS接收机工作原理及输出数据格式

1、工作原理

GPS定位技术的基本原理是采用测量学中通用的测距交会方法．GPS接收机在某一时刻接收到4颗以上的GPS卫星信号导航电文,通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息（包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等),经由I/O口输出串行数据。

2、GPS输出数据格式

GPS输出数据采用ASCII码，按照NMEA-0183格式进行异步串行通信。其基本定义为：波特率4800(默认值)，8bit数据，无奇偶校验，1bit开始位，1bit停止位。GPS输出语句有十余种，GPS Mouse输出的语句有很多，其中$GPGGA定位数据语句是最为常用的语句。在实际应用中，一般只需提取时间和位置信息，并对定位数据的有效性进行验证。

四、采集GPS定位信息的单片机系统设计

1、硬件设计

硬件部分主要由GPS25-LVS接收板、AT89S52单片机、RT1602C字符型液晶显示器等部分组成。AT89S52单片机与MCS-51单片机产品兼容，8K字节系统可编程Flash存储器、结构简单、功能丰富、性价比高。1602字符型液晶，它使用方便，能直接与单片机连接，通过指令编程来实现对数据的读写操作。在RT1602C液晶显示器电路中，V0通过电位器调整对比度。AT89S52单片机的串行口采用TTL电平，而GPS25-LVS的接口引脚5RXD1和引脚4TXD1也采用TTL电平传输串行数据，所以GPS25-LVS的接口引脚5和引脚4可分别直接与单片机的TXD和RXD 引脚相连，无需电平转换。在基于单片机采集与显示GPS定位信息系统的设计中，