GPS全球定位系统毕业论文

GPS全球定位系统

1、引言

GPS全球导航定位系统越来越多的应用于汽车、手机等领域，是当今信息时代发展中的重要组成部分。因其具有性能好、精度高、应用广等特点，使其成为了迄今最后的导航定位系统。本文以凌阳科技有限公司提供的GPS接收模组为例，介绍了GPS的通信协议。讨论了基于SPCE061A单片机的GPS接收系统设计，提出了对GPS全球定位系统定位信息的接收以及对各定位参数数据的提取方法，并给出了系统的硬件电路及软件流程图。使用单片机实现该系统，可以很好的掌握单片机的应用，同时学习GPS 定位原理，为以后开发打下基础。本系统由单片机控制GPS模块较为精确地计算和显示日期、时间、经度、纬度等卫星信息。

该方案十分强调趣味性，配合SPLC501 液晶模组，可以实现地图定位功能，经纬度、时间的显示与播报等功能。

1.1 功能简介

本方案可以实现：

具有GPS 信号搜索功能；

利用SPLC501 液晶模组显示一幅中国地图，当GPS 接收到信号后会显示当前的位置；

可以显示、语音播报当前地理位置的经纬度；

可以显示、语音播报从GPS 模组接收的标准时间。

1.2 设计意义

GPS全球定位可以应用到实际生活的各个方面，利用其基本功能可以扩展其它功能。

可以进行位移测量，通过外扩一个4*4键盘输入目标城市的经纬度，就可以得出当前位置到目标城市的实际位移。可以为汽车导航，为公共汽车报站等功能。

还可以在地质灾害预警中发挥作用。

1.2 系统组成结构

图中为GPS全球定位系统的系统框图，采用SPCE061A作为主控制器，通过串口接收GPS模组发来的卫星消息。根据消息特定的格式，对其进行解析，最后将解析后的信息用于各种显示。

1.4 GPS全球定位系统

1.4.1 概述

GPS（Global Positioning System－全球定位系统）是美国从本世纪70 年代开始研制，历时20 年，耗资200 亿美元，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。

GPS 的主要优点包括：

（1）全球，全天候工作：能为用户提供连续，实时的三维位置，三维速度和精密时间。不受天气的影响。

（2）定位精度高：单机定位精度优于10 米，采用差分定位，精度可达厘米级和毫米级。

（3）功能多，应用广：目前已广泛的应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等学科领域。

GPS 由三个独立的部分组成：

空间部分：21 颗工作卫星，3 颗备用卫星。

地面支撑系统：1 个主控站，3 个注入站，5 个监测站。

用户设备部分：接收GPS 卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。

1.4.2 GPS消息格式

GPS 以NMEA 协议格式发送消息，要正确解析出信息首先要了解NMEA 协议的格式。

基本NMEA 指令是一个ASCII 字符串，它以’$’字符开始、以＜CR＞＜LF＞序列结束。NMEA 标准消息以’GP’开始，然后是三个字符的消息标识码。消息头和后面的内容通过逗号进行分隔，消息以校检码结束（校检码由一个‘*’和两个16 位的校验字组成。校验码字段并不用逗号进行分隔。目前，校验码得到的方式是从‘$’到‘*’之间的字符进行逐位计算。作为ASCII表示法，每个字段的长度是随着精度的不同而变化的，因此记录的长短是变化的。

这里以$GPRMC为例分校NMEA协议的格式

下面以实际的例子分析NMEA 消息格式

$GPRMC, 161229.487, A, 3723.2475, N, 12158.3416, W, 0.13, 309.62, 120598, , *10 从上面的消息可以得到

对于消息$GPRMC

时间第一个逗号后面161229.487 表示时间为16点12分29.487秒

有效位第二个逗号后面A 表示这条消息是有效的

纬度第三个逗号后面3723.2475 和N 表示北纬3723.2475

经度第五个逗号的12158.3416和E表示东经12158.3416

2、硬件系统设计

SPCE061A开发板

2.1 LCD液晶显示

1.3 SPLC501液晶模组

SPLC501 液晶显示模组为128*64 点阵，面板采用STN（Super Twisted Nematic）超扭曲向列技术制成并且由128 Segment 和64 Common 组成，LCM 非常容易通过接口被访问。

下面为SPLC501 液晶显示模组的基本参数：

模组上的液晶显示器采用的驱动控制芯片为凌阳科技的SPLC501A 芯片，该芯片为液晶显示控制驱动器，集行、列驱动器和控制器于一体，广泛用于小规模液晶显示模块。SPLC501A 单芯片液晶驱动，可以直接与其他微控制器接口总线相连。微控制器可以将显示数据通过8 位数据总线或者串行接口写到SPLC501A 的显存中。下列是SPLC501A 的特点：

◇内置8580 位显示RAM。RAM 中的一位数据控制液晶屏上的一个象素点的亮、暗状态。“1”亮“0”暗。

◇具有65 行驱动输出和132 列驱动输出（注：模组中的液晶显示面板仅为64 行、128 列）

◇可以直接与80 系列和68 系列微处理器相连。

◇内置晶振电路，也可以外接晶振

◇工作温度范围为－40 摄氏度～＋85 摄氏度

为方便学生进行单片机接口方面的学习专门设计的模块，SPLC501 液晶显示模组可以方便的和61 板连接，可进行字符显示、汉字显示以及图形显示；应用在需要图形、文本显示的系统中。

SPLC501 液晶模组的电路图如图2.7所示