单片机的gps定位系统设计
GPS系统英文全称“Global Positioning system”，其意为“全球定位系统”。全球定位系统（GPS）有其全球、全天候、导航、定时、定位和测速等功能，得到了广泛应用。随着数字LSI的发展和定位功能的要求，GPS已经开始越来越多地嵌入到移动手持设备和消费类电子产品中，并融入到实际生活中。本次设计采用单片机、GPS模块、显示模块等来实现GPS定位。系统基于51单片机，NE0-7N，12864液晶显示屏等硬件，通过C语言，可以完成对GPS的信息提取与解析，显示时间、经纬度、海拔高度等其他信息。关键词 GPS系统，单片机，GPS模块，12864液晶显示
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外GPS技术发展情况 1
1.3 研究内容及工作安排 2
2 定位系统和总体方案分析 2
2.1 定位系统介绍 2
2.2 总体方案分析 3
3 硬件电路设计 4
3.1 系统结构图 4
3.2 设计硬件的软件 4
3.3 硬件电路介绍 5
3.4 系统整体硬件电路 12
4 软件电路设计 13
4.1 软件总体框图 13
4.2 GPS数据格式与解码 14
4.3 程序编写的软件 16
4.4 软件程序的编写 18
5 系统调试与结果 21
5.1 硬件调试 21
5.2 软件调试 21
5.3 软硬件调试和结果 22
5.4 结果分析 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
图1 原理图 31
图2 PCB图 32
附录 程序代码 33
1 绪论
1.1 研究背景及意义
在20世纪50年代后期，美国在综合考虑其政治、军事和经济利益的基础上，确定了新的卫星导航系统的发展，经过三十年的努力，耗资约为30000000000美元，建成之后，成为上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
个世纪航天历史上最为成功、最有意义的工程之一，全球定位系统GPS，它是和阿波罗登月计划、航天飞机并称作美国的三大航天工程[1]。GPS能够为用户连续、实时、高精度地提供三维坐标、速度方向和时间日期信息，任务是对在全球范围内的空中和地面进行全天候的定位和检测[2]。
在现代社会背景下，全球定位系统的主要应用：
(1)陆地应用，可以体现在诸多方便，例如：车辆航行的驾驶状态、快速反应、大气物理、观测、测量、建筑沉降测量、变形监测、地壳运动监测、地球物理资源勘查、城市规划控制[3]；
(2)海洋应用，应用非常广泛，主要体现在深海救援、海洋探宝、净化海洋、海上军事等；
(3)航空航天应用，有着极其重要的地位，包括飞机遥感姿态状态控制、飞行援救的搜索和定点检测、低轨卫星实时轨道测量、大气参数测量、导弹制导、载人航天器在轨防护探测等。
可见，全球定位系统（GPS）定位技术已经得到广泛的应用，深入到国民经济的很多部门。GPS自身以及带来的经济价值越来越大，面对市场需求日益扩大，有利于推进社会经济[4]。
1.2 国内外GPS技术发展情况
美国的全球定位技术发展比较迅速，技术成熟，应用广泛。刚开始，用于军事化，技术对外限制，随后美国向国外取消限制，提供GPS使用权，使得技术大大发展并推动了国内外对GPS技术的使用。另外，国外值得一提的定位系统，还有俄罗斯的GLONASS和欧盟的GALILEO[5]。
而国内，建立北斗卫星导航系统，是我国自主研发制作的，值得骄傲，也成为全球四大导航系统之一[6]。从建立、运行再到多年的实践，我国已掌握核心技术并应用于各个方面，利于国家建设和经济发展[7]。但是，还要看到，我国的定位技术与美国的GPS相比，在精度上有一定差距，仍然需要继续努力提高。
1.3 研究内容及工作安排
利用单片机来解析处理GPS接收模块接收到的信息，实现LCD12864显示日期时间、经纬度、高度海拔等信息的功能，同时上位机能够接收来自GPS的数据并实现定位功能。
文章有五大章节，所做的工作如下：
第一章是绪论，对背景和意义进行阐述，综述定位系统的国内外发展，写出研究内容与工作。
第二章介绍定位系统，并且讲述了定位系统总体方案的设计。
第三章要叙述了定位系统的各个硬件电路，单片机主控部分、GPS接收模块、LCD12864显示，再然后是整个电路的连接情况。
第四章按照硬件部分的设计思想，画软件流程图，详细介绍GPS数据格式解析。用C语言写程序，介绍其原理。
第五章是调试，软硬件联调，实现设计结果。
2 定位系统和总体方案分析
2.1 定位系统介绍
定位系统基本原理：
先通过测量已知位置的卫星到接收设备这两者之间的距离，再利用多个卫星测量出的数据，便可以得知接收设备的详细位置[8]。可以看出，GPS定位系统上的卫星作用是不停地向接收设备发射定位电文。但是，因为接受设备机选用的和卫星星载的时钟不是同步的，所以不仅使用了用户提供的三维坐标、、以外，还需要再用一个变量，即卫星与设备接收机两者的时间差值作为未知数，通过列出4个方程式，计算解出这4个未知数、、、[9]。因此要想得知接收设备机所在的位置信息，那就需要设备接收到4个及以上卫星的信号。
全球定位系统的三个部分：
(1) 地面控制部分，里面有1个主控站、3个地面控制站、5 个监测站和通讯辅助系统[10]。
(2) 空间部分，其中有24颗工作卫星,均匀地分布在6个轨道面上，所以每个轨道面上有4颗卫星[11]。此外,还有在轨运行的4颗有源备份卫星。
(3) 用户设备部分，即GPS 信号接收机地面控制系统是由监测站、主控制站、地面天线组成[12]。
目 录
1 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外GPS技术发展情况 1
1.3 研究内容及工作安排 2
2 定位系统和总体方案分析 2
2.1 定位系统介绍 2
2.2 总体方案分析 3
3 硬件电路设计 4
3.1 系统结构图 4
3.2 设计硬件的软件 4
3.3 硬件电路介绍 5
3.4 系统整体硬件电路 12
4 软件电路设计 13
4.1 软件总体框图 13
4.2 GPS数据格式与解码 14
4.3 程序编写的软件 16
4.4 软件程序的编写 18
5 系统调试与结果 21
5.1 硬件调试 21
5.2 软件调试 21
5.3 软硬件调试和结果 22
5.4 结果分析 25
结论 27
致谢 28
参考文献 29
图1 原理图 31
图2 PCB图 32
附录 程序代码 33
1 绪论
1.1 研究背景及意义
在20世纪50年代后期，美国在综合考虑其政治、军事和经济利益的基础上，确定了新的卫星导航系统的发展，经过三十年的努力，耗资约为30000000000美元，建成之后，成为上 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
个世纪航天历史上最为成功、最有意义的工程之一，全球定位系统GPS，它是和阿波罗登月计划、航天飞机并称作美国的三大航天工程[1]。GPS能够为用户连续、实时、高精度地提供三维坐标、速度方向和时间日期信息，任务是对在全球范围内的空中和地面进行全天候的定位和检测[2]。
在现代社会背景下，全球定位系统的主要应用：
(1)陆地应用，可以体现在诸多方便，例如：车辆航行的驾驶状态、快速反应、大气物理、观测、测量、建筑沉降测量、变形监测、地壳运动监测、地球物理资源勘查、城市规划控制[3]；
(2)海洋应用，应用非常广泛，主要体现在深海救援、海洋探宝、净化海洋、海上军事等；
(3)航空航天应用，有着极其重要的地位，包括飞机遥感姿态状态控制、飞行援救的搜索和定点检测、低轨卫星实时轨道测量、大气参数测量、导弹制导、载人航天器在轨防护探测等。
可见，全球定位系统（GPS）定位技术已经得到广泛的应用，深入到国民经济的很多部门。GPS自身以及带来的经济价值越来越大，面对市场需求日益扩大，有利于推进社会经济[4]。
1.2 国内外GPS技术发展情况
美国的全球定位技术发展比较迅速，技术成熟，应用广泛。刚开始，用于军事化，技术对外限制，随后美国向国外取消限制，提供GPS使用权，使得技术大大发展并推动了国内外对GPS技术的使用。另外，国外值得一提的定位系统，还有俄罗斯的GLONASS和欧盟的GALILEO[5]。
而国内，建立北斗卫星导航系统，是我国自主研发制作的，值得骄傲，也成为全球四大导航系统之一[6]。从建立、运行再到多年的实践，我国已掌握核心技术并应用于各个方面，利于国家建设和经济发展[7]。但是，还要看到，我国的定位技术与美国的GPS相比，在精度上有一定差距，仍然需要继续努力提高。
1.3 研究内容及工作安排
利用单片机来解析处理GPS接收模块接收到的信息，实现LCD12864显示日期时间、经纬度、高度海拔等信息的功能，同时上位机能够接收来自GPS的数据并实现定位功能。
文章有五大章节，所做的工作如下：
第一章是绪论，对背景和意义进行阐述，综述定位系统的国内外发展，写出研究内容与工作。
第二章介绍定位系统，并且讲述了定位系统总体方案的设计。
第三章要叙述了定位系统的各个硬件电路，单片机主控部分、GPS接收模块、LCD12864显示，再然后是整个电路的连接情况。
第四章按照硬件部分的设计思想，画软件流程图，详细介绍GPS数据格式解析。用C语言写程序，介绍其原理。
第五章是调试，软硬件联调，实现设计结果。
2 定位系统和总体方案分析
2.1 定位系统介绍
定位系统基本原理：
先通过测量已知位置的卫星到接收设备这两者之间的距离，再利用多个卫星测量出的数据，便可以得知接收设备的详细位置[8]。可以看出，GPS定位系统上的卫星作用是不停地向接收设备发射定位电文。但是，因为接受设备机选用的和卫星星载的时钟不是同步的，所以不仅使用了用户提供的三维坐标、、以外，还需要再用一个变量，即卫星与设备接收机两者的时间差值作为未知数，通过列出4个方程式，计算解出这4个未知数、、、[9]。因此要想得知接收设备机所在的位置信息，那就需要设备接收到4个及以上卫星的信号。
全球定位系统的三个部分：
(1) 地面控制部分，里面有1个主控站、3个地面控制站、5 个监测站和通讯辅助系统[10]。
(2) 空间部分，其中有24颗工作卫星,均匀地分布在6个轨道面上，所以每个轨道面上有4颗卫星[11]。此外,还有在轨运行的4颗有源备份卫星。
(3) 用户设备部分，即GPS 信号接收机地面控制系统是由监测站、主控制站、地面天线组成[12]。
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