基于单片机的GPS信息与轨迹显示

学号：08417127

常州大学

毕业设计（论文）开题报告

（2012届）

题目基于单片机的GPS信息与轨迹显示设计

学生章台

学院信息科学与工程学院专业班级自动化101校内指导教师专业技术职务副教授

校外指导老师专业技术职务

二○一二年三月

题目：单片机控制的GPS信息系统设计

一、前言

1．课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势

1958年由美国海军武器实验室着手建立的“海军卫星导航系统”在导航技术的发展中具有划时代的意义，但是由于该系统卫星数目较少(5～6颗)、运行高度较低(平均约1000km)、从地面站观测到卫星的时间间隔较长(平均约1.5小时)，因而它无法提供连续的实时三维导航。所以该系统在大地测量学和地球动力学研究方面的应用也受到了很大的限制[1]。为了满足军事部门和民用部门对连续实时和三维导航的迫切要求，1973年美国国防部正式开始组织海陆空三军，共同研究建立新一代卫星导航系统的计划。这就是“授时与测量导航系统／全球定位系统”(Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System-NAVSTAR/GPS)，通常简称为“全球定位系统(GPS)”。现在GPS已在各领域尤其是导航系统中得到广泛应用[2]。

研究的意义：卫星导航技术的飞速发展已逐渐取代了无线电导航、天文导航等传统导航技术，成为一种普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性、全天候作业等方面取得了长足进步[3]。现在不仅应用于物理勘探、电离层测量和航天器导航等诸多民用领域，在军事领域更是取得了广泛的应用。在弹道导弹、野战指挥系统、精确弹道测量以及军用地图快速测绘等领域均大量采用了卫星导航定位技术。鉴于卫星导航技术在民用和军事领域的重要意义，得到了许多国家的关注。

国内外研究现状：以美国GPS和俄罗斯GLONASS为代表的卫星导航系统在世界范围内得到广泛的认可和应用。尤其是美国为保持这一领域的垄断地位，一方面取消限制政策，一方面改进GPS系统性能（即GPS技术现代化：增加卫星数目，改变星座方案，增辟第二民用频率等），鼓励私营公司投资GPS事业，鼓励GPS导航定位系统成为国际标准。这一政策大大鼓舞了美国及世界各大公司发展GPS产业的信心，并推进了GPS应用和产业发展。除俄罗斯外欧盟等国也在相继发展各自的全球定位系统，自主开发定位系统产品，以便占有导航定位市场，掌握控制权。因此，卫星导航定位产业和竞争都将进入新的阶段。我国在卫星导航定位应用方面主要是以美国的GPS技术为代表。随着GPS技术的深入发展，历经十多年我国在应用与理论方面都得到了很大的发展。引进的GPS接收机主要应用于测绘、资源勘探等静态定位，成倍地提高了作业效率，为国家节约了大量经费，并在过去人迹罕至的高原、沙漠、海洋也获得了大量的定位成果，在国家制图、城乡建设开发、资源勘察等方面有了技术保障。尤其是2000年5月美国总统宣布取消SA政策后[4]，在广大的普通用户中受益最大，可靠性和精度都得到了提高。

发展趋势：根据目前GPS的发展状况，GPS未来技术发展特点主要表现为以下几个特点。(1)卫星导航的多系统并存。未来几年用户将面临四大系统(GPS/GLONASS/北斗星/Galileo)近百颗导航卫星并存，相互兼容的局面。再者是多系统[5]，多层次导航

卫星应用；(2)中国“北斗”卫星导航系统广泛应用。“北斗”卫星导航系统是中国独立自主运行的全球卫星导航系统，同时也是国家正在建设的重要空间信息基础设施。目前“北斗”卫星导航系统已经发射了6颗导航卫星，仅2010年就发射了4颗。可以说未来自主知识产权导航系统应用，将打破国外对我国技术的垄断与限制；(3)GPS车载导航系统市场发展潜力巨大[6]；(4)GPS卫星导航与无线通信等技术结合[7]。

鉴于GPS的应用前景，有必要进一步研究GPS信息系统。本设计利用单片机读取GPS接收端接收的经度、纬度、时间、水平高度和捕获卫星数目等实时信息，系统的这一功能可以应用到日常生产和设计中。

2．课题的研究目标、内容和拟解决的关键问题

目标：设计一个GPS信息与轨迹显示系统。由GPS模块接收卫星信息，送至CPU处理，然后将处理好的数据送至液晶显示器显示。

(1)可以显示经度、纬度。

(2)可以显示时间(北京时间)。

(3)可以显示水平高度。

(4)可以显示捕获卫星数目。

(5)可以显示运动轨迹。

内容：本设计用单片机作为中央处理器。GPS接收板接收卫星信息，然后将信息送至CPU处理。CPU处理接收到的信息后，获得经度、纬度、时间、卫星数目和水平高度数据并保存。通过键盘选择要显示数据，CPU根据键盘信息将相应数据送至液晶显示器显示。设计内容：

(1)选择GPS接收器，设计与PC机的连接电路以设置参数。

(2)选择一种液晶显示器，能显示各种提示信息以及经度、纬度、水平高度、时间、

卫星数目和运动轨迹。

(3)选择一种单片机，接收GPS接收器发送的信息，并送LCD显示。

关键问题：

(1)不同GPS生产厂商生产的GPS所用的输出语句格式不同，选用的GPS接收到的信息要送至CPU，一方面要考虑硬件上的问题，主要涉及电平的匹配，速度的匹配。另一方面是软件上的问题。GPS输出语句要进一步处理才可以得到经度、纬度、时间、水平高度和捕获卫星数目信息。

(2)CPU中存储了四组信息，通常情况一块液晶无法一次将所有信息显示出来，必须分页显示，这就必须处理好液晶显示器的软件部分，尤其是翻页后的屏显处理。

(3)移动轨迹显示较为复杂。由于GPS读取的信息只能是经纬度数值，而LCD显示运动轨迹，必须建立相应的坐标系将读取的信息转换到坐标系中的点显示。但是要想得到连续的轨迹必须保存一系列的数据才可以，所以数据处理麻烦，而且数据较多。

(4)GPS的数据是以串口的形式发送到CPU的，在接收数据期间CPU必须处理其他的任务，所以CPU必须能够检测数据何时接收完成，接收的数据是否有效。