NMEA-0183GPS定位信息显示系统方案设计Word下载.docx
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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,接收并解析它所输出的数据包,用C语言编写相关单片机控制和解析程序,并在液晶显示器成功的显示相关的信息。
第二章GPS定位信息显示系统方案设计
2.1全球GPS卫星导航系统系统简介
GPS卫星到现在为止已经设计了三代,第一代为实验卫星,一共发射了11颗卫星,设计的寿命是5年,现在已经停止工作了。
第二代称之为工作卫星,一共发射了28颗,寿命是7.5年,从1989年开始发射到1994年上半年发射完成。
第三代卫星尚在设计中计划20颗,用来取代第二代提高并改善卫星定位系统。
GPS卫星定位系统给民用开放的定位精度是10米,对外提供了地精度的卫星信号,如果发生战争将随时关闭对某个地区的服务。
欧盟Galile卫星导航计划,该系统由30颗高轨道卫星组成,卫星将给用户提供精准的定位时间和误差不超过1米的定位精度,面对的困难:
“Galile系统”的开发成本高达30亿欧元,还有美国政府的极力反对也推迟了“伽利略”计划的进行。
俄罗斯GLONASS:
与GPS导航系统类似是俄罗斯以空间为基础的无线电导航系统,于20世纪70年代开始启动GLONASS计划,1996年完成24颗卫星的布局,卫星具备完全工作能力,不过由于经济原因现在天空中的GLONASS卫星仅为8颗。
中国北斗系统:
我国的北斗是是自主研发独立运行的全球卫星导航系统,在2003年完成了区域导航的测试系统,然后开始构建全球范围的北斗卫星导航系统,在2012年开始为亚太大部分地区提供服务,并计划在2020年搭建完成全球卫星导航系统。
北斗卫星的特点为快速定位、简短通信、实时导航、等,目前主要的优势用于军事的通讯、集团用户的调度和派遣。
2.2GPS接收机的组成及其工作原理
GPS接收机的重要组成部分为:
天线(带前置放大器)、信号处理器(用于信号的识别和处理)、微处理器(用于接收机的控制,数据采集和导航的计算)、用户信息传输、精密振荡器(产生标准频率)、电源组成。
天线的基本作用就是采集信号,把采集到的信号的能量转化为电流值,但这个电流值是很小的需要进行放大,放大后在变成频率用来对卫星进行跟踪。
接收机的工作原理:
当GPS卫星在用户视界升起时,接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星,并能够跟踪这些卫星的运行;
对所接收到的GPS信号,具有变换、放大和处理的功能,以便测量出GPS信号从卫星到接收天线的传播时间,解译出GPS卫星所发送的导航电文,实时地计算出测站的三维位置,甚至三维速度和时间。
GPS信号接收机不仅需要功能较强的机内软件,而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。
接收机加处理软件包,才是完整的GPS信号用户设备。
2.2GPS接收方案的选取
要想接收并显示GPS定位信息,首先要接收GPS发送的数据包。
在接收GPS数据上有两种选择方案:
第一:
自己购买GPS芯片,GPS芯片是模块的核心部分,可以根据GPS芯片技术手册设计外围电路,并制作PCB板,这种方案的优点是可以自己动手亲自实践,并可以学习到电路设计、天线接收等方面的知识,增强动手的能力,但这种方案的缺点也是很明显的,手工焊接不了,需要贴片机焊接,而且电路做的不好阻抗不匹配很容易影响GPS信号的接收质量,成功率低,费用比较高。
第二:
选择现成的GPS接收模块,现在GPS应用技术已经非常成熟,模块也是多种多样供我们选择,购买也十分方便,各种天线接口的都有,而且性能非常稳定,应用很方便,可以直接输出GPS数据包供我们解析,价格方面由于已经形成产业化所以我们能够接受。
结合以上两点为了很好的完成本次设计应用,我选择第二种。
2.3总体方案的设计
本设计的最终目标就是利用单片机的串行通信接收GPS模块的数据包并提取需要的信息进行解析,然后单片机驱动液晶进行数据的显示。
有如下几个组成部分:
(1):
处理单元采用51单片机STC89C52作为中央控制器。
(2):
GPS使用UBLOX公司NEO-6M模块。
(3):
显示屏选择12864图形液晶信息显示屏。
。
(4):
电源考虑到携带方便采用4节5号干电池进行供电。
第三章基于单片机的GPS硬件电路设计
3.1系统整体结构框图
根据总体设计方案,可以做出以下体结构框图,图中电源分别给隔各个模块供电,GPS天线用的是有源3米长的天线接到模块上,GPS模块输出数据包给单片机,单片机解析后显示在液晶上如图3.1所示。
图3.1系统结构框图
3.2系统各部分模块电路简介
3.2.1单片机STC89C52简介
STC89C52单片机是深圳宏晶STC出品公司具有低功耗,高性能的8位微控制处理器,具有8K擦除闪存。
它使用了经典的C51内核,在51内核基础上做了多次改进和升级,比传统的51单片机功能丰富多样,所以应用领域非常广阔,价格低廉从而大大降低了产品的开发成本,因此成功的应用到了众多个嵌入式领域。
STC89C52工作电压很宽在3.5~5.5V,拥有8K字节的闪存,SRAM512个字节,5K具有EEPROM功能可以保存数据不丢失,多个定时计数器,抗干扰能力强,速度快。
基本参数如下:
1.增强型C51内核,6T和12T时钟周期可以选择,完全兼容传统C51的指令并且拥有双数据指针。
2.工作电压3.5V~5V。
3.0~40MHz的工作频率,类似于传统C51单片机的0~80MHz的工作频率。
4.8K字节的闪存用于用户编译程序。
5.集成512个外部SRAM。
6.通用I/O口为32个,扩展外部总线时可以用P0和P2,P0是开漏极输出,使用时必须要接上拉电阻才能用,其他三个可以直接使用。
7.拥有ISP(在系统可编程)功能,不需要编程器和专用芯片下载程序,只需下载官方提供的ISP烧写工具即可,烧写十分方便快速。
8.拥有5K字节EEPROM存储区,可以存储用户的重要数据,掉电保存数据,不用再单独购买EEPROM芯片。
9.拥有看门狗功能,程序跑死时可以复位系统,保证系统的可靠性。
10.3个可编程16位的定时计数器,即T0、T1、T2。
11.外部中断功能,可设置为上升沿中断和下降沿中断。
12.拥有串行通信接口UART,还可以结合定时器模拟出其他串口,解决串口不足问题。
13.具有超低的功耗:
设置成睡眠模式后可以由外部中断唤醒,非常适用于选用电池供电的系统功。
14.工作的温度范围为-40~85度,
15.封装模式为PDIP、LQFP、PQFP等。
单片机电路图如图3.2所示:
由于通电后NEO-6M默认为9600bps的波特率,,所以单片机需也要产生9600bps的波特率,根据计算波特率的公式选择11.0592M的晶振产生波特率是没有误差的。
图32单片机电路
3.2.2NEO-6MGPS信号接收模块
本设计采用瑞士u-blox公司的第6代GPS芯片NEO-6M接收模块,配备了一个50通道u-blox的高性能6技术,100多万个多个有效的相关器32通道采集引擎的处理能力,使模块可用于大规模并行搜索。
具有SuperSense@kickstart启动技术,可以加快微弱信号的捕获能力。
采用先进的噪声抑制技术和创新的RF架构平台使得u-bloxGPS接收机具有更强的抗干扰能力。
同时,u-blox还具有惯性导航GPS接收机的能力,A-GPS技术和精确定时等。
同时该芯片还兼容其他卫星导航系统,具有-160dBm的弱信号捕获能力等特点,且在价位上合适,接口电路简单直接输出TTL电平,可直接与单片机相连不需要其他转化电路,结合以上的特点我选用GPS模块是NEO-6M。
技术指标:
接收机类型50通道。
最大更新速度:
5HZ
精度:
定位2.5mCEP
冷启动:
26S
辅助启动:
1S
热启动:
运行限制:
速度500m/s
高度50,000m
电源:
2.7到3.6V
功耗;
50mW3.0V(连续)
图3.3GPS模块电路图
3.2.312864液晶显示模块介绍
本设计采用显示部分采用LCD-12864,可显示图形和汉字,并且具有光标闪烁、画面位置移动等多种功能,12864液晶显示模块跟系统连接电路如图3.3所示。
主要技术参数和显示特性:
电源部分可以选3.3V的液晶和5V的液晶。
显示格式:
128列×
64行
显示颜色:
黄绿
与单片机接的数据口可以设置成:
并行可以设置成8位的或者4位的,串行可以设置成3位的。
配置LED背光
多个显示的效果:
显示光标并闪烁、移动画面位置、用户可以自己定义字符等。
电源地(GND):
0V
它的工作温度是:
常温在0~60℃;
宽温在-20~75℃。
引脚说明如下所示:
电路连接图如下如所示:
图3.412864液晶连接电路
由上图可知液晶的数据口跟单片机的P0口由于是开漏输出所有必须接10K的上拉电阻才行,而且P0口与液晶典型的的接法是DB0接到P00,DB1接到P01,依次类推,但这样接的话会导致焊接电路时十分不方便,所以用图上所示的接法焊接起来十分方便,避免了不必要的飞线,飞线太多容易碰断线容易短路,效果也不太美观,只需编写程序时只需要把数据反转就行了。
按照液晶的操作时序编写了液晶的主要驱动函数如下:
液晶写时序:
单片机模拟时序对液晶进行写指令的操作函数:
voidLcd_write_Cmd(ucharcmd)
{
chk_busy();
//检测忙
LCD12864_RS=0;
/RS拉低选择写命令操作
LCD12864_RW=0;
//写模式
LCD_data=fan_zhuan_dat(cmd);
//将数据进行反转后赋值给P0口(传送到12864)
LCD12864_EN=1;
//拉高EN使能端
Nop();
//延时
LCD12864_EN=0;
//拉底EN使能端
}
单片机模拟时序对液晶进行写数据的操作函数:
voidLcd_write_Dat(uchardat)
{
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