畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)-基于北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

北斗/BDS精確授時(shí)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用電子與信息學(xué)院電子信息工程專業(yè)118552014015楊**指導(dǎo)老師***【摘要】目的:提取北斗衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)送出的經(jīng)緯度/時(shí)間/日期/海拔/時(shí)速/航速信息。方法:采用廉價(jià)并且滿足要求的MCS-51單片機(jī)，通過(guò)電路轉(zhuǎn)化成TTL電平供單片機(jī)處理，另一方面，通過(guò)將接收的信息，利用MAX232轉(zhuǎn)化成串行數(shù)據(jù)、通過(guò)串口連接到PC機(jī)，在PC機(jī)上通過(guò)UnicoreControl&Display軟件查看并顯示出的信息。結(jié)果：實(shí)現(xiàn)了以上信息的提取并顯示并在PC機(jī)上顯示數(shù)據(jù)，完成北斗定位模塊的應(yīng)用與研究。結(jié)論：在室內(nèi)和室外定位的時(shí)間長(zhǎng)短不一，越空曠的地帶，提取定位信息速度越快，并且精度越高?！娟P(guān)鍵詞】GPS、BDS/北斗、定位、授時(shí)、海拔前言1.1選題背景GlobalPositioningSystem即稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，是采用衛(wèi)星對(duì)某地球表面物進(jìn)行準(zhǔn)確定位的技術(shù)。到目前為止有美國(guó)的GPS全球定位系統(tǒng)（其優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)成熟定位精度高，目前主導(dǎo)著定位系統(tǒng)行業(yè)）；第二是俄羅斯的CLONSS（格洛納斯系統(tǒng)）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（抗干擾能力極強(qiáng)）；第三是歐洲Galileosatellitenavigationsystem（伽利略）衛(wèi)星定位系統(tǒng)（精確最高比CPS高10倍），第四就是由我國(guó)的BeiDouNavigationSatelliteSystem（北斗）衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（自主研發(fā)并且具有互動(dòng)性與開(kāi)放性優(yōu)點(diǎn)）；統(tǒng)稱為全球四大定位系統(tǒng)。這些全球定位系統(tǒng)可以保證在任意的時(shí)間和空間，不受天氣的影響同步觀測(cè)到4顆衛(wèi)星以及4顆以上，這樣就可以在定位、導(dǎo)航、授時(shí)等方面得到很大的便捷?，F(xiàn)今廣泛應(yīng)用于航海作業(yè)、航空業(yè)、車輛定位、以及國(guó)家軍事安全的引導(dǎo)等，為個(gè)人出行提供安全可靠的路線，同時(shí)被廣泛的應(yīng)用還有手機(jī)追蹤等。1.2選題目的正是由于GPS技術(shù)所具有的不受任何天氣影響、高精度和無(wú)需人工測(cè)量等的特點(diǎn)。伴隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和經(jīng)濟(jì)全球化的飛躍發(fā)展，從美國(guó)政府宣布取消SA政策開(kāi)始，全球加大了GPS在民用信號(hào)精度的重視，國(guó)防建設(shè)、社會(huì)發(fā)展與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域基本上都涉及甚至大力使用這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。同時(shí)利用C/A碼進(jìn)行單個(gè)點(diǎn)定位的精度由100米提高到將近20米，這將進(jìn)一步推動(dòng)GPS技術(shù)的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，汽車GPS導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)論在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，利用率越來(lái)越高，帶動(dòng)了一定程度上的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?？梢?jiàn)，開(kāi)發(fā)屬于中國(guó)本土的定位系統(tǒng)不容克緩，也對(duì)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)提出了挑戰(zhàn)和巨大的機(jī)遇。2.衛(wèi)星定位原理2.1理論模型圖2-1衛(wèi)星定位原理圖美國(guó)、俄羅斯、歐盟、等國(guó)家大部分采用WGS-84地心坐標(biāo)定位體系。該坐標(biāo)的中心原點(diǎn)定在地球質(zhì)心處，并且以該中心原點(diǎn)為基礎(chǔ)所建立的空間直角坐標(biāo)系中以Z軸的指向BIH1984.O定義的協(xié)議。地球極（CTP)方向，BIH1984.0中的本初零子午面和CTP赤道中為X軸指向，其中由三個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成的三個(gè)交點(diǎn)Y軸與Z軸X軸互相垂直，并構(gòu)成右手坐標(biāo)系。通過(guò)在地球上方的太空定位衛(wèi)星為基礎(chǔ)而建立的坐標(biāo)參考系統(tǒng)系統(tǒng)。該坐標(biāo)體系最開(kāi)始投入實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，所能提供的最高分辨率為1-2m，到了1994.1.2，通過(guò)不斷的完善與升級(jí)增加了10個(gè)衛(wèi)星觀測(cè)站為基礎(chǔ)的GPS，從而得到了G730體系也就是后來(lái)所使用的WGS84升級(jí)，到了1996年的時(shí)候，由美國(guó)的的國(guó)家防衛(wèi)部門NationalImageryandMappingAgency(NIMA)在原有的坐標(biāo)系統(tǒng)上修改并通過(guò)(U.S.DepartemtofDefense,DoD)建立了一個(gè)新的參考坐標(biāo)體系。GPS的衛(wèi)星所測(cè)量到的數(shù)據(jù)時(shí)以G來(lái)表示，而730一般是表示在衛(wèi)星發(fā)送時(shí)所接收到的第730個(gè)觀測(cè)周期GPS所用的時(shí)間。這樣就由原來(lái)的WGS的老版本號(hào)升級(jí)打造了定位精度更高的WGS（G873）的版本。USNO和北京站的坐標(biāo)加入修正了之前的版本提高了改正值是其主要原因，改正了以東向?yàn)榛A(chǔ)的31-39cm，修改值保持在1min之間。為衛(wèi)星定位提供了基礎(chǔ)，北斗衛(wèi)星定位采用的也是這種坐標(biāo)系，不過(guò)后期國(guó)內(nèi)也建立了屬于中國(guó)的坐標(biāo)系大同小異如圖2-2所示。圖2-2WGS-84坐標(biāo)系由空間解析幾何可知，在一個(gè)三維直角坐標(biāo)系中，任何一個(gè)點(diǎn)的位置都可以通過(guò)建立起來(lái)的三個(gè)坐標(biāo)X、Y、Z來(lái)得到確定。在理想情況下，當(dāng)我們通過(guò)計(jì)算只要獲取在空間上的X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)值的數(shù)據(jù)之后，空間上的任意一點(diǎn)我們通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算即可獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。但在衛(wèi)星傳輸信號(hào)的過(guò)程中，只獲取A、B、C三點(diǎn)的數(shù)據(jù)是不夠的，由于電離層等多種因素干擾，當(dāng)測(cè)得某一點(diǎn)與這三點(diǎn)的距離時(shí)，需要重新引入一個(gè)新的變量t，通過(guò)t變量重新建立起一個(gè)三元方程組，通過(guò)幾何解析知識(shí)可獲得該點(diǎn)與X、Y、Z坐標(biāo)數(shù)據(jù)，該空間上的某點(diǎn)就可以通過(guò)計(jì)算獲取具體位置。北斗的設(shè)計(jì)主要是基于這個(gè)原理，在某個(gè)時(shí)刻太空中的衛(wèi)星位置都是確定的，只要根據(jù)用戶在地球上的任何地方都能看到至少三顆衛(wèi)星，并且能夠測(cè)得用戶和它們的距離，就可以通過(guò)以上方法接觸自身的具體坐標(biāo)，不過(guò)這是需要在太空中建立衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，合理化設(shè)計(jì)衛(wèi)星軌道分布。具體分布和計(jì)算如圖2-3所示：圖2-3空間幾何計(jì)算方法3.設(shè)計(jì)總體方案3.1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3-1所示圖3-1系統(tǒng)框圖本設(shè)計(jì)主要有四大部分組成；電源系統(tǒng),北斗接收模塊，人機(jī)顯示，PC機(jī)部分。3.2電源部分電源采用USB接口供電，單片機(jī)控制部分同樣也是+5V供電，倆個(gè)模塊同時(shí)采用與一個(gè)供電系統(tǒng)，節(jié)約了成本，也給設(shè)計(jì)電路帶來(lái)了方便。同時(shí)也方便安裝于行程記錄儀，電腦接口，以及各種IPAD電器接口等。采用+5V供電，同時(shí)輸入+5v，UM220-III-3采用3.7V供電，通過(guò)板子上的LM317穩(wěn)壓芯片進(jìn)行供電。3.3北斗模塊功能介紹：本設(shè)計(jì)采用由2014年和星通科技（北京）有限公司發(fā)布的北斗三代。該公司設(shè)計(jì)的UM220-III-N是一款北斗/GPS雙模式系統(tǒng)的模塊，主要運(yùn)用于車輛行駛導(dǎo)航、給與一定時(shí)間反饋信號(hào)及其監(jiān)控功能，對(duì)手持通信可便捷攜帶的設(shè)備等也具有一定程度上的使用率。升級(jí)之后的UM220系列模塊的第三代是UM220-III采用的芯片是采用的是自主開(kāi)發(fā)的GNSSSoC芯片——(HumbirdTM)。該芯片的最大特點(diǎn)是尺寸非常小，目前是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上完全國(guó)產(chǎn)化的北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收模塊，它的優(yōu)點(diǎn)在于功耗更低于其它同類產(chǎn)品、長(zhǎng)時(shí)間工作、價(jià)格低、集成度更高等。相對(duì)來(lái)說(shuō)對(duì)于要求精小尺寸和節(jié)能環(huán)保方面的應(yīng)用更大更廣。UM220-III-N的模塊如圖3-3:圖3-3北斗模塊UM220-III模塊采用卡爾曼濾波等優(yōu)化算法以及GNS多個(gè)系統(tǒng)的融合，可以勝任各種復(fù)雜環(huán)境，變現(xiàn)出出色的捕獲與蹤能力以及非常可靠的連續(xù)定位結(jié)果。UM220-III經(jīng)過(guò)1萬(wàn)小時(shí)以上的實(shí)驗(yàn)室條件測(cè)試和實(shí)際道路測(cè)試，超過(guò)1萬(wàn)公里實(shí)際道路驗(yàn)證，為用戶提供一流的安全的舒適的導(dǎo)航、定位體驗(yàn)。UM220-III可以提供高精確度的1PPS輸出，授時(shí)精度，優(yōu)于20ns。支持單星授時(shí)，可由用戶任意配置授時(shí)模式。具有人性化的設(shè)計(jì)。完全滿足電力同步、電信基站等精密授時(shí)應(yīng)用場(chǎng)合。尺寸小、重量超輕巧低功耗（小于120mW），無(wú)論是單系統(tǒng)單獨(dú)定位還是多系統(tǒng)聯(lián)合定位靈敏度都是很高的。設(shè)計(jì)UM220-III模塊采用和星通Ultra-Sense高靈敏度設(shè)計(jì)，并且能夠在弱信號(hào)條件下提供優(yōu)異的捕獲、跟蹤靈敏度，以及保持接收機(jī)定位始終保持在連續(xù)性和可靠性。RhythmSleep超低功耗設(shè)計(jì)，主要通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整工作狀態(tài)進(jìn)行部分休眠，確保在不需要運(yùn)行的部分可以休眠，需要運(yùn)行的模塊以超低功耗運(yùn)行，適于對(duì)供電要求嚴(yán)格的便攜移動(dòng)終端的應(yīng)用。兼容主流GPS模塊，節(jié)省替換成本。UM220-III模塊幾乎兼容國(guó)際上的所有GPS模塊，它的表貼封方式方便了原位替換GPS模塊，在一定程度上節(jié)省用戶設(shè)計(jì)、生產(chǎn)成本提高原有電路的利用性。3.4顯示部分方案一：采用傳統(tǒng)七段LED數(shù)碼顯示，優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光強(qiáng)，但功耗也大，電路復(fù)雜，而且顯示的內(nèi)容少效果不好。方案二：采用LCD1602較小型液晶屏顯示，它的功耗非常低采用2-3V供電即可，可以適應(yīng)較為艱苦的工作環(huán)境中抗干擾能力突出，且無(wú)需任何外圍電路驅(qū)動(dòng)接口非常簡(jiǎn)單明了。但不夠直觀，只能顯示字符串，不能顯示漢字以及描繪曲線等。方案三：本文采用具有128×64像素點(diǎn)陣，同時(shí)帶有ST7500漢字庫(kù)的圖形液晶顯示模塊顯示。能夠很出色的顯示完整的16*16像素型的漢字字符，通過(guò)輸入在內(nèi)置中的8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣），以及128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）組成的點(diǎn)陣顯示。內(nèi)部的RAM（GDRAM）可以直接與CPU接口相接無(wú)需外圍電路輔助，提供多種界面供微機(jī)查詢處理等。并行、串行同時(shí)都為8位數(shù)據(jù)的連接方式。具有多種輔助功能：如動(dòng)態(tài)圖像顯示、畫面的移位、以及光標(biāo)的閃爍和睡眠待機(jī)等低功耗模式。

綜合以上三種顯示分析得到結(jié)論：第三種方案更為適合。12864外形如圖3-4所示圖3-412864外形圖各引腳功能說(shuō)明如圖3-5圖3-5讀寫時(shí)序如圖3-6所示圖3-6讀寫時(shí)序圖3.5控制部分在琳瑯滿目的51系列單片機(jī)中，國(guó)內(nèi)STC

公司所研發(fā)的1T增強(qiáng)系列更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，因他不但和MS-51指令經(jīng)過(guò)合適的內(nèi)部資源按照用戶需要的分配可以移植原來(lái)的控制需要操作的對(duì)象碼等，并借助于非常大的FLASH的制造工藝具有大容量RAM，本次設(shè)計(jì)采用的主要控制單元是近幾年STC較為成功與典型的的1T運(yùn)行速度的12C5A60S2單片晶體控制單元，擁有60K的內(nèi)部處理速度FLASHROM工藝技術(shù)。這種的高科技水平技術(shù)給用戶設(shè)計(jì)時(shí)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元在設(shè)置方式有快速的擦除數(shù)據(jù)、改變程序內(nèi)容等優(yōu)勢(shì)，給使用的技術(shù)人員帶來(lái)了在時(shí)間上與腦力上以及開(kāi)發(fā)上的靈活應(yīng)用。而且STC的單片機(jī)還可以支持RS232形式的串口程序錄入方式等。很明顯的可以看出，利用單片機(jī)作為控制單元給開(kāi)發(fā)人員的同時(shí)帶來(lái)了在燒錄代碼形式的方便并且在開(kāi)發(fā)控制對(duì)象的時(shí)間也節(jié)約了許多。在安全方便，可以對(duì)開(kāi)發(fā)者的代碼進(jìn)行程序加密和硬件保護(hù)等措施，又可以很好地保護(hù)了研發(fā)人員的的勞動(dòng)成果。選用STC12C5A602S增強(qiáng)版單片機(jī)的理由：降低開(kāi)發(fā)成本，方便時(shí)效可靠等，可以滿足本論文設(shè)計(jì)要求。DIP封裝單片機(jī)外形管腳如圖3-7所示圖3-7DIP封裝單片機(jī)外形各引腳功能如圖3-8所示：圖3-8功能引腳圖4.硬件電路4.1UM220-III-N原理圖如圖4-1圖4-1UM220-III-N原理圖4.2單片機(jī)及顯示電路如圖4-2所示圖4-2單片機(jī)及顯示4.3制作過(guò)程由于接收芯片采用的是表面貼裝工藝，在焊接的時(shí)候不管是溫度的控制還是焊接的時(shí)常都提出了較高的要求。因此本次焊接的工藝采用了熱風(fēng)槍焊接該芯片，在使用熱風(fēng)槍焊接工藝的時(shí)候要結(jié)合該芯片的電氣規(guī)則進(jìn)行操作。溫度設(shè)置在600-700°C之間，保持與焊接對(duì)象的距離在1CM左右，用鑷子固定住，左右搖晃動(dòng)作，時(shí)長(zhǎng)10S左右。對(duì)于其他DIP封裝形式的元器件采用烙鐵進(jìn)行安裝，由于是純手工制板，也給電路帶了點(diǎn)問(wèn)題，需要花時(shí)間檢測(cè)每條電路節(jié)點(diǎn)是否正常。對(duì)于單片機(jī)晶體振蕩器的安裝也需要特別注意，由于布線等工藝問(wèn)題，需要考慮到高頻干擾或者來(lái)自外界的信息擾動(dòng)等，采用補(bǔ)償電容方式進(jìn)行啟動(dòng)，因此在安裝電容和晶體振蕩器的時(shí)候需要非常靠近單片機(jī)，這樣才能保證安全可靠的運(yùn)行。注意：1.為防止模塊焊接中出現(xiàn)脫落，請(qǐng)不要將模塊設(shè)計(jì)在板子背面焊接，即最好不要經(jīng)歷兩次焊接循環(huán)。2.焊接溫度的設(shè)置取決于產(chǎn)品工廠的諸多因素，如主板性質(zhì)、錫膏類型、錫膏厚度等，請(qǐng)同時(shí)參考相關(guān)IPC標(biāo)準(zhǔn)以及錫膏的指標(biāo)。3.由于有鉛焊接溫度相對(duì)較低，若采用此焊接方式，請(qǐng)優(yōu)先考慮板子上的其他元器件。焊接溫度曲線如圖4-3所示圖4-3焊接溫度曲線5.數(shù)據(jù)分析5.1NMEA0183協(xié)議簡(jiǎn)介美國(guó)、俄羅斯、歐盟、中國(guó)采用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸協(xié)議均是NMEA0183體系協(xié)議，該協(xié)議的制定是由USA國(guó)家海洋NMELA開(kāi)發(fā)維護(hù)并由美國(guó)向全球發(fā)布沒(méi)有保密的數(shù)據(jù)格式。剛開(kāi)始主要應(yīng)用在軍事航海船只、導(dǎo)航安全以及在到較遠(yuǎn)地區(qū)時(shí)雙方之間所使用的關(guān)于電子設(shè)備之間的通信往來(lái)。目前全球大部分的衛(wèi)星接收設(shè)備終端都是按照NMEA0183協(xié)議進(jìn)行信號(hào)的解析與使用。它定義在9600波特率的傳輸時(shí)間上進(jìn)行衛(wèi)星數(shù)據(jù)的發(fā)送以及詳細(xì)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，包括時(shí)間上，以及詳細(xì)的傳輸信號(hào)的組成方式等。以NMEA0183的協(xié)議傳輸?shù)膬?nèi)容是按照“完整一段話的”的方式為基礎(chǔ)發(fā)送的數(shù)據(jù)，每個(gè)"句子"的結(jié)構(gòu)如圖所示，假如該“句子”的發(fā)送的內(nèi)容值錯(cuò)誤或者無(wú)效，接收終端將會(huì)將對(duì)應(yīng)接收的信號(hào)做無(wú)效處理，繼續(xù)接收新的電信息。但相對(duì)應(yīng)的"."仍需被發(fā)送。格式如圖5-1所示。圖5-1協(xié)議數(shù)據(jù)格式該協(xié)議同樣有自己的編譯技術(shù)，所謂的編譯技術(shù)是研究如何將一種表達(dá)方式的語(yǔ)言或者數(shù)字符號(hào)(稱作源語(yǔ)言)通過(guò)一定的手段轉(zhuǎn)換成另一種可以供編譯者使用的符號(hào)或者語(yǔ)言(稱作目標(biāo)語(yǔ)言)的等價(jià)過(guò)程的程序。這個(gè)過(guò)程主要有四個(gè)階段，包括詞法的分析、語(yǔ)法的分析、語(yǔ)義的分析與目標(biāo)代碼的生成幾個(gè)階段，構(gòu)成如圖5-1所示圖5-1編譯過(guò)程5.2可行性的分析從對(duì)NMEA0183協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)的分析中結(jié)果中，很容易的會(huì)發(fā)現(xiàn)凡是符合NMEA0183協(xié)議中具有GPS報(bào)文功能與高級(jí)程序語(yǔ)言之間的關(guān)系很密切，大部分存在如下共性：都由字符串或者字符組成，字符或字符串是GPS構(gòu)成報(bào)文與高級(jí)語(yǔ)言程序的最原始最基本的單位。并且結(jié)構(gòu)相似，單詞的形式出現(xiàn)，并且這些詞都是由字符或者字符串構(gòu)成。再由字符或者字符串組的單詞組成語(yǔ)句。最后形成的報(bào)文或程序由這些單詞或者語(yǔ)句構(gòu)成。語(yǔ)句的存在并無(wú)二義，并且上下文中不存在無(wú)關(guān)的語(yǔ)法解析對(duì)它們進(jìn)行描述。正式由于以上的幾點(diǎn)的共同性質(zhì)存在，我們可以充分利用編譯的技術(shù)水平對(duì)符合NMEA0183協(xié)議接收的信息中所含報(bào)文進(jìn)行分析與解析。從上世紀(jì)20年代到50年代之間，正是由于編譯技術(shù)的出現(xiàn)，并且通過(guò)幾代人的完善。當(dāng)今編譯技術(shù)可以說(shuō)是已經(jīng)發(fā)展到非常成熟的階。對(duì)于NMEA0183協(xié)議進(jìn)行解析過(guò)程中，利用使用此技術(shù)將可以非常有效地正確的對(duì)解析的性能進(jìn)行可靠的分析與控制。詞法分析:詞法的討論與分析一般由具有掃描功能的程序模塊完成。該具有掃描功能的程序模塊會(huì)將GPS發(fā)送的字符串分解成單詞記號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)圖5-1中協(xié)議框架的分析，基本上我們將定義出(如"＄"、"GPG2GA"、"GPRMC"、","、"3"、"<CR><LF>")保留字的、地址、值和校。四種類型的以字符組成的單詞形式的出現(xiàn)在協(xié)議中。設(shè)計(jì)了能識(shí)別并確定由接收到的信號(hào)的單詞有窮自動(dòng)DFA性。如圖5-2所示.圖5-2中協(xié)議框架的分析5.3協(xié)議語(yǔ)句分析參考衛(wèi)星定位總站發(fā)布的文件，（CFGNMEA語(yǔ)句中的nmeaVer為V30），nmeaVer為V40的版本。請(qǐng)nmeaVer為h41的版本我們需要請(qǐng)參考《車載終端用北斗導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)接口規(guī)范》。注意：下面章節(jié)所出現(xiàn)的語(yǔ)句的消息格式適用對(duì)在NMEA3.0基礎(chǔ)上，而延伸擴(kuò)展出來(lái)的北斗相關(guān)語(yǔ)句的形式版本。例如：$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*hh<CR><LF>

包含LORAN

ID的地理位置信息命令，LCGLL

是報(bào)告位置信息

例如：$LCGLL、<1>、<2>、<3>、<4>，<5>

<CR><LF>

推薦的定位信（RecommendedMinimumSpecificGPS/TRANSITData（RMC））例如$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh<CR><LF>GSA當(dāng)前衛(wèi)星信息（GPSDOPandActiveSatellites）$GPGSA,<1>,<2>,<3>,<3>,,,,,<3>,<3>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7><CR><LF>GSV可見(jiàn)的衛(wèi)星信息GPSSatellitesinView$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,?<4>,<5>,<6>,<7>,<8><CR><LF>VTG地面的速度信息TrackMadeGoodandGroundSpeed$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh<CR><LF>5.4PC機(jī)軟件測(cè)試采用CTD測(cè)試軟件對(duì)模塊進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)框圖如圖5-4所示圖5-4PC機(jī)測(cè)試框圖初始化界面如圖5-5所示圖5-5系統(tǒng)界面配置CDT軟件，包括串口號(hào)，波特率等。UM220出廠默認(rèn)9600。單擊receive—edit即可配置，界面如圖5-6所示圖5-6初始化配置星座圖，顯示當(dāng)前接收衛(wèi)星信號(hào)數(shù)量如圖5-7所示圖5-7星座圖追星信噪比如圖5-8所示圖5-8信噪比而且還提供了豐富UM220進(jìn)行配置?？膳渲媚K工作的系統(tǒng)（GPS,BD,GPS+BD），采用AT指令。比如配置不輸出GGA消息，或者其他語(yǔ)句的控制等，給開(kāi)發(fā)者帶了非常大的便利在控制臺(tái)界面輸入。如圖5-10所示圖5-10控制臺(tái)首先GGA對(duì)應(yīng)的ID為00，不輸出就是輸出的頻率為0（頻率計(jì)算詳見(jiàn)下圖），指令就為$CFGMSG,0,0,0如果想要讓GGA返回到每秒輸出1條的指令就為：$CFGMSG,0,0,1輸入指令的地方會(huì)下圖中畫圈的位置，輸入完整的指令后按回車鍵就可以將指令輸入到模塊了。如配置模塊只輸出GNRMC語(yǔ)句（配套的地圖軟件需要用到），分別輸入一下四條指令：$CFGMSG,0,0,0$CFGMSG,0,1,0$CFGMSG,0,2,0$CFGMSG,0,3,0此時(shí)可通過(guò)ASIC碼查詢串口觀察輸出語(yǔ)句，如果沒(méi)有出錯(cuò)的話，此時(shí)模塊只輸出GNRMC語(yǔ)句。此時(shí)如果用CDT軟件觀察搜星等情況時(shí)，界面會(huì)不出現(xiàn)任何數(shù)據(jù)，因?yàn)榻缑嫘枰臄?shù)據(jù)被禁止輸出了。6誤差分析由于北斗全球定位系統(tǒng)尚未全部構(gòu)建完成，對(duì)于定位精度還有極大的提高空間。大部分分析的數(shù)據(jù)從比較廣闊的地方得到，如天臺(tái)和操場(chǎng)，未進(jìn)行有較多障礙物的測(cè)試。對(duì)于單片機(jī)所處理的數(shù)據(jù)存在誤差，相當(dāng)于接收機(jī)接收衛(wèi)星信號(hào)是一致的，這種多徑誤差帶來(lái)的也是有一定的誤差，目前也無(wú)法避免。以及信號(hào)在傳送過(guò)程中所遇到的電離層、對(duì)流層所帶來(lái)的干擾，產(chǎn)生的誤差等。7系統(tǒng)展望本系統(tǒng)基本完成了GPS所有的功能，可以說(shuō)是完全可以替換GPS所在的應(yīng)用場(chǎng)所。具有廣闊的市場(chǎng)前景和意義。8總結(jié)本次設(shè)計(jì)從選題到完成經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的階段，聽(tīng)取了老師和同學(xué)們的建議。在學(xué)習(xí)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)中遇到較多問(wèn)題，而又比較少人在學(xué)這個(gè)，只能求助于網(wǎng)上以及老師。在這個(gè)過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了許多解決問(wèn)題的思路，獨(dú)立思考，以及敢于實(shí)踐等，面對(duì)新的領(lǐng)域，新的協(xié)議，從理解到整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)建，都投入了許多的時(shí)間和精力，也收獲到新知識(shí)新體會(huì)。致謝兩年的本科學(xué)習(xí)生涯接近尾聲，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，特別需要感謝潘美老師一路下來(lái)的指導(dǎo)和幫助，才能讓我順利的完成此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]http://www.nmea.org/.NMEA0183StandardForInterfacingMarineElectronicDevices[EB/OL],Version2.30,March1,1998.[2]馮博琴,馮嵐等譯、(美)KennethC.Louden著,編譯原理及實(shí)踐[M],第1版,北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:1218.[3]IntelCorporation.IntelPXA255ProcessorDeveloper’sManual[S].March2003..[4]KodamataniH，SaitoK，NiinaN，etaL.SimpLeandsensitivemethodfordeterminationofgLycoaLkaLoidsinpotatotu-bersbyhigh-performanceLiquidchromatographywithchemi-Luminescencedetection[J].2005[5]洪大永.GPS全球定位系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用[M].廈門:廈門大學(xué)出版社,1998.[6]劉瑞華.MCS-51單片機(jī)與GPS-OEM板的串行通信[J].電訊技術(shù),2004[7]吳崇善.正確認(rèn)識(shí)和應(yīng)用“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位系統(tǒng)(二)[J].當(dāng)代通信,2004[8]李慶利,薛永祺,施鵬飛.無(wú)陀螺DR及其與北斗組合導(dǎo)航的融合算法[J].計(jì)算機(jī)工程,2006[9]ProcIEEEIntConfonMulti2SensorFusionandIntegrationforIntelligentSystem.LasVegas,1994:[10]劉曉,等.基于單片機(jī)采集GPS數(shù)據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).青島科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006,2.Theprecisetimingandpositioningsystem/BDSDesignandApplicationElectronicandinformationengineering,CollegeofelectronicandInformationEngineering118552014015ShenggdiYangguidanceteacherMeiyingPan[Abstract]Objective:toextractthelatitude/longitude/time/date/time/speed/speedinformationoftheBeidousatellitesystem.Methods:usingcheapandmeettherequirementsofMCS-51singlechipmicrocomputer,throughthecircuitintoTTLlevelforthemicroprocessor,ontheotherhand,bythereceivedinformation,useMAX232intoserialdata,throughtheserialportisconnectedtothePC,PCthroughtheUNICOREControl&displaysoftwareviewanddisplaystheinformation.Results:toachievetheaboveinformationextractionanddisplayanddisplaydatainthePCmachine,thecompletionoftheapplicationoftheBeidoupositioningmoduleandresearch.Conclusion:inindoorandoutdoorlocalizationforvaryinglengthsoftime,moreopenzone,extractlocationinformationspeedfasterandfaster,andtheprecisionishigherandhigher.[Keywords]GPS,BDS/,BeidouPositioning,timing,altitude附件1部分核心程序//======================================================================//main.C//======================================================================//作者:楊聲弟//QQ:1348889693//工程名稱： DBS/北斗模塊測(cè)試程序//文件名稱：main.c//功能描述： GPS/北斗模塊接收定位信息，在LCD上顯示//組成文件： main.cLCD.cGPS.cdisplay.c//頭文件：LCD.hDBS.hdisplay.h//程序分析： DBS/北斗模塊通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送固定格式的數(shù)據(jù) #include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<string.h>#include"GPS.h"#include"LCD.h"#include"display.h"#defineMainClk11059200#defineBaud48004800#defineBaud96009600sbitled1=P2^4;//接收數(shù)據(jù)指示燈sbitled2=P2^5;//--RMC數(shù)據(jù)有效指示燈sbitled3=P2^6;//--#defineREV_YESled1=1#defineREV_NOled1=0#defineRMC_YESled2=1#defineRMC_NOled2=0#defineGGA_YESled3=1#defineGGA_NOled3=0charxdatarev_buf[80];//接收緩存ucharxdatarev_start=0;//接收開(kāi)始標(biāo)志ucharxdatarev_stop=0;//接收停止標(biāo)志ucharxdatagps_flag=0;//GPS處理標(biāo)志ucharxdatachange_page=0;//換頁(yè)顯示標(biāo)志ucharxdatanum=0;//externGPS_INFOGPS;//在display.c中定義，使用時(shí)要加externvoidUart_Init(void){ TMOD=0x21; //00100001 PCON=0X00; TH0=0x3c; TL0=0xb0;//波特率修改，根據(jù)不同的波特率進(jìn)行修改//12T模式RELOAD=256-INT(Fosc/Baud/32/12+0.5)//1T模式RELOAD=256-INT(Fosc/Baud/32+0.5) TH1=256-(MainClk/Baud9600/32/12); TL1=TH1; //0xFA48000xFD9600 TR1=1;//開(kāi)啟定時(shí)器1 REN=1;//允許接收數(shù)據(jù) SM0=0; SM1=1; TI=0; RI=0; EA=1; ES=1; ET0=1;}/****************************************主函數(shù) /****************************************/voidmain(void){ ucharerror_num=0; Uart_Init(); Lcd_Init(); //初始化LCD GPS_Init(); rev_stop=0; REV_NO; while(1) { if(rev_stop)//如果接收完一行 { TR0=1;//開(kāi)啟定時(shí)器 REV_YES; if(change_page%2==1)//換頁(yè) { if(GPS_GGA_Parse(rev_buf,&GPS))//解析GPGGA { GGA_YES; GPS_DisplayTwo();//顯示第二頁(yè)信息 error_num=0; gps_flag=0; rev_stop=0; REV_NO; } else { error_num++; if(error_num>=20)//如果數(shù)據(jù)無(wú)效超過(guò)20次 { GGA_NO; error_num=20; GPS_Init();//返回初始化 } gps_flag=0; rev_stop=0; REV_NO; } } else {////描述:定時(shí)中斷，2*5秒鐘換一次顯示頁(yè)面//***********************************************************************voidtimer0(void)interrupt1{ staticucharcount=0; TH0=0x3c; TL0=0xb0; count++; if(count>=200)//2*5秒鐘 { count=0; change_page++;//換頁(yè) if(change_page>=10) change_page=0; change_page=0; } }voidUart_Receive(void)interrupt4{ ucharch; ES=0; if(RI) { ch=SBUF; if((ch0=='$')&&(gpsflag==0)) { rev_start=1; rev_stop=0; } if(rev_start==1) { rev_buf[num++]=ch; if(ch=='\n')//如果接收到換行 { rev_buf[num]='\0'; rev_start=0; rev_stop=1; gps_flag=1; num=0; } } } RI=0; //RI清0，重新接收 ES=1; }//***************************************************//**解析部分**//***************************************************#include"GPS.h"#include"LCD.h"#include<string.h>ucharcodeinit1[]={"北斗/DBS時(shí)鐘系統(tǒng)"};ucharcodeinit1[]={"BASE-MCUGPS終端"};ucharcodeinit2[]={"電子信息學(xué)院"};ucharcodeinit2[]={"畢業(yè)設(shè)計(jì)"};ucharcodeinit2[]={"福建師范大學(xué)福清分校"};ucharcodeinit3[]={"北斗/DBS初始化.."};ucharcodeinit4[]={"搜索定位衛(wèi)星"};staticucharGetComma(ucharnum,char*str);staticdoubleGet_Double_Number(char*s);staticfloatGet_Float_Number(char*s);staticvoidUTC2BTC(DATE_TIME*GPS);voidGPS_Init(void)基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對(duì)良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營(yíng)養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測(cè)試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀開(kāi)發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測(cè)儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開(kāi)發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測(cè)儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測(cè)量?jī)x的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測(cè)儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測(cè)性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測(cè)微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測(cè)基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測(cè)量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測(cè)量?jī)x的研制基于單片機(jī)的紅外測(cè)油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究