基于gps船只定位系统的设计与实现(附件)【字数：10914】
摘 要在现代生活中，GPS定位系统的应用日益增多。本主要是提出一个简单地通过STC8952单片机、GPS模块、显示模块等模块制作一个可以手持的GPS定位系统，为船只航行提供实时，准确，不间断的，全球全天候的经纬度、时间和速度信息。误差不超过二十米，采用更精确的差分法，还可以精确到五米，并且由于是利用单片机，还可以添加许多其他功能。该设计具有一定的实用和借鉴价值。
目录
绪论 1
（一） 课题背景及意义 1
（二） 课题研究的目标和任务 1
一 GPS船只定位系统方案设计 2
（一） GPS全球定位系统组成 2
（二） GPS接模块原理 4
（三） 总体方案的设计 5
二 硬件电路设计 6
（一） 单片机STC89C52控制模块简介 6
（二） UBLOX6M GPS信号接收模块简介 7
（三） LCD12864液晶显示模块简介 8
（四） 复位电路 9
（五） 稳压电路 10
（六） 指示灯电路 11
三 系统软件设计 12
(一)主程序模块设计 12
（二） GPS输出格式 13
（三）速度与里程设计 14
（四）GPS接收处理模块程序设计 15
四 系统调试与实验结果 16
（一） 硬件焊接调试 16
（二） 实验结果分析 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1总原理图及GPS原理图 22
2 PCB图 23
3 程序 24
4 元件清单 28
绪论
（一） 课题背景及意义
在一九八五年美国开发了一个用于军事应急通讯用途的空间卫星项目“子午卫星定位系统”,它的前身就是美国GPS空间卫星计划的主要前身,于一九六四年GPS正式投入使用。空间卫星是上世纪七十年代由当时美国陆军、海军、空军和国防部联合开发研制的新一代军用空间卫星的导航和定位系统。其主要目的是为了有效地发挥功能和陆 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
，海，空提供该国的不间断的三大领域，全天候和各种全球空间卫星导航定位服务，还已完成了可以广泛用于军事情报的收集、核爆监测和军事应急通讯等等一些重大的军事应急通讯项目。经过二十多年以来的耗费巨资和大力投入的空间技术研究和发展,到1994年，在空间组24颗GPS卫星的高达98％的全球空间卫星覆盖已经完成监控。随着人们对经济发展和改善我国的生活水平，GPS空间卫星技术被越来越多的国家广泛应用在了个人PAD、个人车载移动终端、手机等移动设备上。现在人们通过使用GPS技术可以轻松的实现对船只的卫星定位等等。
（二） 课题研究的目标和任务
这次毕设的主要内容和任务是了解单片机与GPS系统接收模块之间如何进行串口数据通信,使用UBLOX6MGPS的模块进行接收数据,选择单片机所需要的纬度、经度、时间在LCD12864液晶的显示上进行显示。在这个毕设的单片机进行操作过程中,主要任务是先要单片机了解整个GPS毕设系统的经纬度和接收模块的工作原理,如何选择性的进行接收单片机所需要的串口数据信息,然后单片机使用本毕设相关的软件安装和编写本毕设系统软件中的应用程序,并在12864液晶的显示器上进行显示单片机相关的经纬度时间还有其他一些的信息。最后单片机进行了焊接安装和调试,完成了这次毕设。
一 GPS船只定位系统方案设计
GPS全球定位系统组成
全球空间卫星定位系统由三个主要部分共同组成：一个就是对地面的控制部分,由卫星主控站(负责掌控、协调以及监督管理整个全球地面控制信息系统的正常运行及其工作)、地面的通信天线(在卫星主控监测站的通信系统控制下和卫星之间可以进行频率的同步)、监测站(负责卫星数据自动处理和收集的中心)和卫星通讯系统以及辅助数据传输系统(实时运输卫星数据)四个主要部分共同组成；二个就是全球空间卫星系统部分,由二十四颗分布在六个不同的轨道上的卫星信号组成；三是卫星用户信息管理装置部分,该用户装置部分主要由GPS卫星信号的接收机(可以通过其变换信道的频率来有效提高卫星信息的接收精度和信号稳定性,还因为它可以通过变换信道的不同频率来变换以达到对卫星信息的实时存储、管理以及其应用)和卫星天线(将一颗卫星的信号转换成无线电信号,并通过放大该卫星信号使其更容易被卫星接收机构实时接收到)四部分组成。其
全球定位系统的总体结构及功能框图设计如图1所示。
/
图1 GPS全球定位系统组成
24个GPS卫星在高空上以12H轨道周期围绕地球运行回转，在距离地球地面2×104公里可以观察到的四个卫星在地球上空在到卫星的任何距离。由于卫星的位置精确已知，并且在GPS观测，可直接从卫星接收机获得的视图一个精确点，方程卫星轨道距离公式1的三维坐标，使用三个卫星，组成的三个卫星直接方程求解视点位置（X，Y，Z)。3个方程式定义为：
公式1
其中 X、Y 和 Z 表示观测点的经纬度和位置，xi、yi与zi( i = 1、2、3) 代表3颗卫星的三维经纬度和坐标，而ρi( i = 1、2、3)与ρi 分别表示观测点与星地几何距离。由于考虑到了卫星的发射机和时钟，实际上，有四个观测点未知数，X，Y，Z和时钟差，所以我们需要重新引入第四卫星，以形成四个未知数求解方程的观察之间的卫星时钟误差点，使我们得到的经纬度和高程观测点。定义了四个未知数公式为：
2
公式2
上述四个参数方程中测量在空间X，Y，Z空间长度和VTO测试，其中di =cδti（I = 1,2,3,4）的未知参数点笛卡尔坐标。二是卫星1卫星2卫星3，接收器4，以未知参数之间的距离。 ΔTI（I = 1,2,3,4）是卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的未知参数信号发送到达卫星接收机所需要经历的未知参数时间。c为GPS信号的未知参数传播时间速度(即每秒光速)。4个参数方程式中各个未知参数的意义:x、y、z为待测点空间直角坐标的未知空间长度和直角坐标。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)进行测定卫星1，卫星2，卫星3，4未知长度和直角坐标在时间t，可以使用卫星导航消息中获得。VTI（I = 1,2,3,4）是民用卫星1，卫星2、卫星3、卫星4的坐标和卫星定位时钟的坐标和钟差,由民用卫星的星历定位系统提供。VTO坐标点进行测试和接收器时钟和的差。由于一个简单的解决所述目标点的计算出的坐标和卫星时钟偏差和时钟偏差VTO的x，y，z和接收器4个或多个方程。GPS卫星测位计算的基本原理是：民用卫星自身的星历参数和时间定位加速度连续地发送到接收器，用户可以在时间信息被接收，经过计算求出民用卫星接收机的三维卫星位置,加速度信息和三维定位时间方向和卫星的运动。事实上，接收器可以锁定更经常至少四个卫星的同时将被测量，此时，接收器可以被分布在卫星星座的方向和分成几组进行测量时，各组四个，然后挑选出一组最小的定位误差的作为卫星定位卫星定位算法的接收机，从而大大提高。由于民用卫星运行的轨道、卫星定位时钟之间存在的误差,大气中的对流层、电离层对卫星信号的影响,以及人为的SA卫星保护定位政策,使得民用卫星GPS的接收机定位精度只100m。美国政府正式宣布2000年起,在完全保证了美国的国家安全和人民不受战争威胁的重大前提下,取消了GPSA政策,GPS民用的信号定位精度在美国世界和世界各地已经使用先进的C /A民用信号技术的代码，以进一步提高百米到20米的准确度提高，单点定位。为了能够达到更高的民用信号定位精度,往往还大胆地采用了一种称为差分GPS(DGPS)的技术,基站被建立的GPS信号接收装置的观察，目前已知的使用精确的坐标参考站，与接收器的坐标观察到的值进行比较，以使得精确的校正，可以得出数目，并可以公开发布。它是由接收机站的数目的校正之后接收，并且的观察的坐标值进行比较本身，消除大部分错误，以获得更准确的位置在民用方面。
目录
绪论 1
（一） 课题背景及意义 1
（二） 课题研究的目标和任务 1
一 GPS船只定位系统方案设计 2
（一） GPS全球定位系统组成 2
（二） GPS接模块原理 4
（三） 总体方案的设计 5
二 硬件电路设计 6
（一） 单片机STC89C52控制模块简介 6
（二） UBLOX6M GPS信号接收模块简介 7
（三） LCD12864液晶显示模块简介 8
（四） 复位电路 9
（五） 稳压电路 10
（六） 指示灯电路 11
三 系统软件设计 12
(一)主程序模块设计 12
（二） GPS输出格式 13
（三）速度与里程设计 14
（四）GPS接收处理模块程序设计 15
四 系统调试与实验结果 16
（一） 硬件焊接调试 16
（二） 实验结果分析 17
总结 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
1总原理图及GPS原理图 22
2 PCB图 23
3 程序 24
4 元件清单 28
绪论
（一） 课题背景及意义
在一九八五年美国开发了一个用于军事应急通讯用途的空间卫星项目“子午卫星定位系统”,它的前身就是美国GPS空间卫星计划的主要前身,于一九六四年GPS正式投入使用。空间卫星是上世纪七十年代由当时美国陆军、海军、空军和国防部联合开发研制的新一代军用空间卫星的导航和定位系统。其主要目的是为了有效地发挥功能和陆 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
，海，空提供该国的不间断的三大领域，全天候和各种全球空间卫星导航定位服务，还已完成了可以广泛用于军事情报的收集、核爆监测和军事应急通讯等等一些重大的军事应急通讯项目。经过二十多年以来的耗费巨资和大力投入的空间技术研究和发展,到1994年，在空间组24颗GPS卫星的高达98％的全球空间卫星覆盖已经完成监控。随着人们对经济发展和改善我国的生活水平，GPS空间卫星技术被越来越多的国家广泛应用在了个人PAD、个人车载移动终端、手机等移动设备上。现在人们通过使用GPS技术可以轻松的实现对船只的卫星定位等等。
（二） 课题研究的目标和任务
这次毕设的主要内容和任务是了解单片机与GPS系统接收模块之间如何进行串口数据通信,使用UBLOX6MGPS的模块进行接收数据,选择单片机所需要的纬度、经度、时间在LCD12864液晶的显示上进行显示。在这个毕设的单片机进行操作过程中,主要任务是先要单片机了解整个GPS毕设系统的经纬度和接收模块的工作原理,如何选择性的进行接收单片机所需要的串口数据信息,然后单片机使用本毕设相关的软件安装和编写本毕设系统软件中的应用程序,并在12864液晶的显示器上进行显示单片机相关的经纬度时间还有其他一些的信息。最后单片机进行了焊接安装和调试,完成了这次毕设。
一 GPS船只定位系统方案设计
GPS全球定位系统组成
全球空间卫星定位系统由三个主要部分共同组成：一个就是对地面的控制部分,由卫星主控站(负责掌控、协调以及监督管理整个全球地面控制信息系统的正常运行及其工作)、地面的通信天线(在卫星主控监测站的通信系统控制下和卫星之间可以进行频率的同步)、监测站(负责卫星数据自动处理和收集的中心)和卫星通讯系统以及辅助数据传输系统(实时运输卫星数据)四个主要部分共同组成；二个就是全球空间卫星系统部分,由二十四颗分布在六个不同的轨道上的卫星信号组成；三是卫星用户信息管理装置部分,该用户装置部分主要由GPS卫星信号的接收机(可以通过其变换信道的频率来有效提高卫星信息的接收精度和信号稳定性,还因为它可以通过变换信道的不同频率来变换以达到对卫星信息的实时存储、管理以及其应用)和卫星天线(将一颗卫星的信号转换成无线电信号,并通过放大该卫星信号使其更容易被卫星接收机构实时接收到)四部分组成。其
全球定位系统的总体结构及功能框图设计如图1所示。
/
图1 GPS全球定位系统组成
24个GPS卫星在高空上以12H轨道周期围绕地球运行回转，在距离地球地面2×104公里可以观察到的四个卫星在地球上空在到卫星的任何距离。由于卫星的位置精确已知，并且在GPS观测，可直接从卫星接收机获得的视图一个精确点，方程卫星轨道距离公式1的三维坐标，使用三个卫星，组成的三个卫星直接方程求解视点位置（X，Y，Z)。3个方程式定义为：
公式1
其中 X、Y 和 Z 表示观测点的经纬度和位置，xi、yi与zi( i = 1、2、3) 代表3颗卫星的三维经纬度和坐标，而ρi( i = 1、2、3)与ρi 分别表示观测点与星地几何距离。由于考虑到了卫星的发射机和时钟，实际上，有四个观测点未知数，X，Y，Z和时钟差，所以我们需要重新引入第四卫星，以形成四个未知数求解方程的观察之间的卫星时钟误差点，使我们得到的经纬度和高程观测点。定义了四个未知数公式为：
2
公式2
上述四个参数方程中测量在空间X，Y，Z空间长度和VTO测试，其中di =cδti（I = 1,2,3,4）的未知参数点笛卡尔坐标。二是卫星1卫星2卫星3，接收器4，以未知参数之间的距离。 ΔTI（I = 1,2,3,4）是卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的未知参数信号发送到达卫星接收机所需要经历的未知参数时间。c为GPS信号的未知参数传播时间速度(即每秒光速)。4个参数方程式中各个未知参数的意义:x、y、z为待测点空间直角坐标的未知空间长度和直角坐标。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)进行测定卫星1，卫星2，卫星3，4未知长度和直角坐标在时间t，可以使用卫星导航消息中获得。VTI（I = 1,2,3,4）是民用卫星1，卫星2、卫星3、卫星4的坐标和卫星定位时钟的坐标和钟差,由民用卫星的星历定位系统提供。VTO坐标点进行测试和接收器时钟和的差。由于一个简单的解决所述目标点的计算出的坐标和卫星时钟偏差和时钟偏差VTO的x，y，z和接收器4个或多个方程。GPS卫星测位计算的基本原理是：民用卫星自身的星历参数和时间定位加速度连续地发送到接收器，用户可以在时间信息被接收，经过计算求出民用卫星接收机的三维卫星位置,加速度信息和三维定位时间方向和卫星的运动。事实上，接收器可以锁定更经常至少四个卫星的同时将被测量，此时，接收器可以被分布在卫星星座的方向和分成几组进行测量时，各组四个，然后挑选出一组最小的定位误差的作为卫星定位卫星定位算法的接收机，从而大大提高。由于民用卫星运行的轨道、卫星定位时钟之间存在的误差,大气中的对流层、电离层对卫星信号的影响,以及人为的SA卫星保护定位政策,使得民用卫星GPS的接收机定位精度只100m。美国政府正式宣布2000年起,在完全保证了美国的国家安全和人民不受战争威胁的重大前提下,取消了GPSA政策,GPS民用的信号定位精度在美国世界和世界各地已经使用先进的C /A民用信号技术的代码，以进一步提高百米到20米的准确度提高，单点定位。为了能够达到更高的民用信号定位精度,往往还大胆地采用了一种称为差分GPS(DGPS)的技术,基站被建立的GPS信号接收装置的观察，目前已知的使用精确的坐标参考站，与接收器的坐标观察到的值进行比较，以使得精确的校正，可以得出数目，并可以公开发布。它是由接收机站的数目的校正之后接收，并且的观察的坐标值进行比较本身，消除大部分错误，以获得更准确的位置在民用方面。
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