GPS定位器设计软件部分
目录
1 引言 2
2 GPS的组成及基本理论 2
2.1 GPS的基本组成 2
2.2 GPS系统的应用 3
3 系统软件设计格式 4
4 单片机概述及软件开发环境―Keil uVision2 6
4.1 单片机概述 6
4.2 8051开发环境 7
4.3 uVision2集成开发环境 8
4.4 编辑器和调试器 8
4.5 测试程序 9
5 系统软件概述 10
5.1初始化模块 10
5.2数据处理模块 12
6 系统调试与实验结果 13
6.1系统调试 14
6.2 实验结果 15
6.3 实验结果分析 15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 20
1 引言
GPS是导航卫星定时和测距/全球定位系统的英语字头缩写词（NAVSTAR/GPS）。就是通过人造卫星信号的发射，来确定位置的全球导航系统。为了方便，取三个单词的首字母GPS,这也就是我们熟知的全球定位系统——GPS，并且这个称呼也被国际认同。
在一九五八年，由美军研制，经六年之久，正式投入使用的“子午仪”导航卫星系统（Transit）是全球定位系统的初始雏形。可是该卫星导航系统因为参考卫星数量的缺乏，导致在经纬度上的定位方面存在一定的误差，并且无法正确定位海拔。
虽然子午仪系统的在研发使用后，有着这样那样的误差，但是毫无疑问为这是一次伟大的尝试。“子午仪”导航卫星系统不仅仅验证了一种卫星导航设计的可能性，增长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
了设计经验，还为日后成熟的全球定位系统--GPS打下了坚实的基础。
在接下来的一些年，为了彻底贯彻在卫星导航上的优越性，同时弥补之前设计的缺陷，美国海军实验室和美国空军由美国国防部牵头，将两个部门的计划联合起来，通过发射卫星，及其组成的卫星群，实现在高低两种不同动态的维度定位。为了实现两种不同动态的维度定位，人造卫星会在发射时，通过数据的运算，决定运动的初速度，来使卫星运行在相应的轨道。而在传播卫星的测距信号上，以伪随机码为基础，这样带来的好处是可以在信噪比极低的环境下，信号仍然能被检测到。为了维持计划的高执行度和各种昂贵设备的维护，美国国防部联合了大多美国的重要部门，和北约、澳大利亚的代表一起构成了卫星导航定位联合计划局。该机构在全球定位系统--GPS的发展史中有着浓墨重彩的一笔。
2 GPS的组成及基本理论
2.1 GPS的基本组成
空间部分、地面控制部分、用户设备部分三大部分一起构成了我们熟知的全球定位系统--GPS，通过三个部分之间的信息传输和接收来完成GPS的全球定位。
GPS的空间部分中，卫星是重中之重。通过卫星在空间中距离地球两万多千米的运行轨道上发射出来的信号，借助接收设备的作用，我们可以来准确观测到七颗左右的卫星所在位置。而卫星正是这有流程的基础，为了预防突发状况，在装配正常工作卫星之余，还配备有少量的在轨备用卫星。
另外，GPS卫星产生了频率较高、频率较低的两种码文，分别是P码和C/A码，前者精度较高，因不易受干扰而被美国军方加密控制，被广泛应用在军事领域，后者随着GPS的逐步推广，被越来越多的人使用。
GPS的地面控制部分。与空间部分相对应，有监测空间部分中卫星信号的监测站，在监测站中，我们可以连续不断地接收到这些卫星发射出来的信号。在接收到这些信号之后，与其他地球表层信息一起，在主控制站经过处理运算，将结果传输到地面控制。同时，地面控制站和主控制站也负责导航数据和指令的卫星注入。地面控制部分与空间部分就形成了一个工作的流程循环，不可分割。这是为了防止突发的地面状况，让卫星导航瞬间失效。以上，就是地面控制部分的基本工作流程。
GPS的用户不可能是机器，直接解析机器语言，单用这些信号便能够知道所要得到的信息。所以，当我们确实要使用到GPS的时候，通常借助GPS接收设备，这也是GPS的组成部分。通过用GPS接收机来截取一定高度和固定切角的卫星信号，在接收之后，通过优化的软件算法，对接收到的数据进行数据处理，信号数据的方差、不定元的解及网平差的验算，目前的三维坐标，而现在通常在软件交互下，将三维数据坐标导入地图，来方便日常应用。
通过GPS的原理流程，我们知道GPS组成部分中有正常工作的部分和备用部分，从中可以看出科学研究态度的严谨性。
同时随着GPS在日常生活中的广泛应用，除去灵敏度，和各种内置感应设备之外的硬件差异，便携性的与否等越来越成为一种新的衡量优劣的标准。
2.2 GPS系统的应用
2.2.1 GPS技术的陆地应用
GPS技术的应用范围在地面上，从日常生活中，汽车上的GPS定位安装，方便了日常的自助出游，同时可以作为一种汽车防盗的装置，进行车辆的安全管理。从科考探究的角度，通 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
过高精度的GPS接收机对于地形进行勘测，能提高效率、精确度。同时GPS在抢险救灾、人道救援中也起着重要的作用。
2.2.2 GPS技术的海洋应用
GPS技术也应用的宽广无垠的大海上。大海上几乎没有明显的路标和标志，所以在大海上GPS定位技术，有益于船舶在定向和航速上有着数据化的体现，不会在大海上迷失方向。在此基础之上，GPS技术在海上的应用，能够有船舶作业调度、海底地形的勘测定位、水文测量等。以及通过定位数据的测量，推测板壳运动，也能用来预防可能提前到来的海洋灾害。
2.2.3 GPS技术的航空、航天应用
GPS在航空航天上的应用也同样重要，在航空飞机的飞翔过程中，可以通过GPS实现航空飞机的自主导航，精确着陆，同时在实现地球的地理勘测。在航天上的技术应用，卫星轨道的实时测量，对地面观测的各种参数的测量，同时在卫星发射和卫星回收上有着很重要的作用。
在这次的课程设计中，通过GPS模块收集到GPS定位信息，再将GPS收集到的信息通过单片机导入1602液晶显示屏，来实现定位信息的显示。在单片机的选择上，用MCS-51型单片机作为处理器，再通过串行接口接受GPS模块信息，最后将接收到的信息导入1602显示液晶屏幕中。分以下几个部分：
(1) 接收部分：以NEO-6M模块为核心的GPS接收机；
(2) 控制电路：由51单片机作为微处理器控制GPS信号；
(3) 显示部分：1602LCD液晶显示模块；
(4) 电源电路部分:在电源规格上应用四个七号电池作为直流电源来提供电压。
（1） GPS标准数据（GPGGA），其结构为：
$GPGGA,， <纬度>，<纬度半球>， <经度> ，<经度半球> ，<定位质量指示> ，<使用卫星数量>， <水平精确度>，<天线离海平面的高度> ，<高度单位>，<大地椭球面相对海平面的高度>， <高度单位>， <差分GPS数据期限>（RTCM SC-104），< 差分参考基站标号> ，<校验和> 。
1 引言 2
2 GPS的组成及基本理论 2
2.1 GPS的基本组成 2
2.2 GPS系统的应用 3
3 系统软件设计格式 4
4 单片机概述及软件开发环境―Keil uVision2 6
4.1 单片机概述 6
4.2 8051开发环境 7
4.3 uVision2集成开发环境 8
4.4 编辑器和调试器 8
4.5 测试程序 9
5 系统软件概述 10
5.1初始化模块 10
5.2数据处理模块 12
6 系统调试与实验结果 13
6.1系统调试 14
6.2 实验结果 15
6.3 实验结果分析 15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录一 20
1 引言
GPS是导航卫星定时和测距/全球定位系统的英语字头缩写词（NAVSTAR/GPS）。就是通过人造卫星信号的发射，来确定位置的全球导航系统。为了方便，取三个单词的首字母GPS,这也就是我们熟知的全球定位系统——GPS，并且这个称呼也被国际认同。
在一九五八年，由美军研制，经六年之久，正式投入使用的“子午仪”导航卫星系统（Transit）是全球定位系统的初始雏形。可是该卫星导航系统因为参考卫星数量的缺乏，导致在经纬度上的定位方面存在一定的误差，并且无法正确定位海拔。
虽然子午仪系统的在研发使用后，有着这样那样的误差，但是毫无疑问为这是一次伟大的尝试。“子午仪”导航卫星系统不仅仅验证了一种卫星导航设计的可能性，增长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
了设计经验，还为日后成熟的全球定位系统--GPS打下了坚实的基础。
在接下来的一些年，为了彻底贯彻在卫星导航上的优越性，同时弥补之前设计的缺陷，美国海军实验室和美国空军由美国国防部牵头，将两个部门的计划联合起来，通过发射卫星，及其组成的卫星群，实现在高低两种不同动态的维度定位。为了实现两种不同动态的维度定位，人造卫星会在发射时，通过数据的运算，决定运动的初速度，来使卫星运行在相应的轨道。而在传播卫星的测距信号上，以伪随机码为基础，这样带来的好处是可以在信噪比极低的环境下，信号仍然能被检测到。为了维持计划的高执行度和各种昂贵设备的维护，美国国防部联合了大多美国的重要部门，和北约、澳大利亚的代表一起构成了卫星导航定位联合计划局。该机构在全球定位系统--GPS的发展史中有着浓墨重彩的一笔。
2 GPS的组成及基本理论
2.1 GPS的基本组成
空间部分、地面控制部分、用户设备部分三大部分一起构成了我们熟知的全球定位系统--GPS，通过三个部分之间的信息传输和接收来完成GPS的全球定位。
GPS的空间部分中，卫星是重中之重。通过卫星在空间中距离地球两万多千米的运行轨道上发射出来的信号，借助接收设备的作用，我们可以来准确观测到七颗左右的卫星所在位置。而卫星正是这有流程的基础，为了预防突发状况，在装配正常工作卫星之余，还配备有少量的在轨备用卫星。
另外，GPS卫星产生了频率较高、频率较低的两种码文，分别是P码和C/A码，前者精度较高，因不易受干扰而被美国军方加密控制，被广泛应用在军事领域，后者随着GPS的逐步推广，被越来越多的人使用。
GPS的地面控制部分。与空间部分相对应，有监测空间部分中卫星信号的监测站，在监测站中，我们可以连续不断地接收到这些卫星发射出来的信号。在接收到这些信号之后，与其他地球表层信息一起，在主控制站经过处理运算，将结果传输到地面控制。同时，地面控制站和主控制站也负责导航数据和指令的卫星注入。地面控制部分与空间部分就形成了一个工作的流程循环，不可分割。这是为了防止突发的地面状况，让卫星导航瞬间失效。以上，就是地面控制部分的基本工作流程。
GPS的用户不可能是机器，直接解析机器语言，单用这些信号便能够知道所要得到的信息。所以，当我们确实要使用到GPS的时候，通常借助GPS接收设备，这也是GPS的组成部分。通过用GPS接收机来截取一定高度和固定切角的卫星信号，在接收之后，通过优化的软件算法，对接收到的数据进行数据处理，信号数据的方差、不定元的解及网平差的验算，目前的三维坐标，而现在通常在软件交互下，将三维数据坐标导入地图，来方便日常应用。
通过GPS的原理流程，我们知道GPS组成部分中有正常工作的部分和备用部分，从中可以看出科学研究态度的严谨性。
同时随着GPS在日常生活中的广泛应用，除去灵敏度，和各种内置感应设备之外的硬件差异，便携性的与否等越来越成为一种新的衡量优劣的标准。
2.2 GPS系统的应用
2.2.1 GPS技术的陆地应用
GPS技术的应用范围在地面上，从日常生活中，汽车上的GPS定位安装，方便了日常的自助出游，同时可以作为一种汽车防盗的装置，进行车辆的安全管理。从科考探究的角度，通 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
过高精度的GPS接收机对于地形进行勘测，能提高效率、精确度。同时GPS在抢险救灾、人道救援中也起着重要的作用。
2.2.2 GPS技术的海洋应用
GPS技术也应用的宽广无垠的大海上。大海上几乎没有明显的路标和标志，所以在大海上GPS定位技术，有益于船舶在定向和航速上有着数据化的体现，不会在大海上迷失方向。在此基础之上，GPS技术在海上的应用，能够有船舶作业调度、海底地形的勘测定位、水文测量等。以及通过定位数据的测量，推测板壳运动，也能用来预防可能提前到来的海洋灾害。
2.2.3 GPS技术的航空、航天应用
GPS在航空航天上的应用也同样重要，在航空飞机的飞翔过程中，可以通过GPS实现航空飞机的自主导航，精确着陆，同时在实现地球的地理勘测。在航天上的技术应用，卫星轨道的实时测量，对地面观测的各种参数的测量，同时在卫星发射和卫星回收上有着很重要的作用。
在这次的课程设计中，通过GPS模块收集到GPS定位信息，再将GPS收集到的信息通过单片机导入1602液晶显示屏，来实现定位信息的显示。在单片机的选择上，用MCS-51型单片机作为处理器，再通过串行接口接受GPS模块信息，最后将接收到的信息导入1602显示液晶屏幕中。分以下几个部分：
(1) 接收部分：以NEO-6M模块为核心的GPS接收机；
(2) 控制电路：由51单片机作为微处理器控制GPS信号；
(3) 显示部分：1602LCD液晶显示模块；
(4) 电源电路部分:在电源规格上应用四个七号电池作为直流电源来提供电压。
（1） GPS标准数据（GPGGA），其结构为：
$GPGGA,
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