一种基于单片机的GPS定位系统设计

论文总字数：21581字

目 录

1. 绪论 4

1.1 国内外研究现状 4

1.1.1 国外研究现状 4

1.1.2 国内研究现状 5

1.2 GPS定位系统的发展状况以及存在的问题 5

1.3 课题研究的主要内容 5

1.4总体方案设计 6

2. 系统硬件设计 6

2.1系统功能介绍及组成 6

2.2 基于单片机的GPS硬件电路总体结构 6

2.3单片机部分 7

2.3.1 MSP430单片机的结构与性能简介 7

2.3.2 MSP430单片机与51单片机的比较 9

2.3.4 MSP430单片机的最小系统和引脚图 9

2.4 GPS接收模块部分 11

2.4.1 GPS信号接收方案的选择与研究 11

2.4.2 u-blox 6 GPS信号接收模块简介 12

2.4.3 主要技术参数及模块特点 12

2.4.4 芯片引脚及其定义 13

2.4.5 GPS接收模块与单片机的连接 14

2.5 液晶显示模块部分 15

2.5.1 LCD1602型液晶显示模块主要技术参数 15

2.5.2 接口信号说明 15

2.5.3 指令说明 16

2.5.4 液晶模块与单片机的连接 18

2.6 基于单片机的GPS硬件连接介绍 18

3. 硬件程序设计 19

3.1基于单片机的GPS硬件程序设计思路 19

3.2基于单片机的GPS定位系统硬件程序开发环境 19

3.3系统总体流程图 19

3.4硬件程序的编写 19

3.4.1初始化模块 20

3.4.2 数据接收模块 22

3.4.3 液晶显示模块 23

3.4.4数据接收显示程序的流程 24

4. 系统调试与实验结果 25

4.1硬件调试 25

4.2硬件程序调试 26

4.3系统测试结果 26

5. 结论 27

参考文献 28

致谢 30

一种基于单片机的GPS定位系统设计

嵇婷

Abstract: GPS Global Positioning System is a second-generation satellite radio navigation system, laid by the United States. It calculates a more accurate real-time coordinates, speed and time information. This system is laid in order to accurately locate and monitor ground and low altitude targets worldwide. Currently, GPS system has been popular in military and civilian fields. It is now the core of the development of the information age. It is called so far the best positioning system, because it has the characteristics of a good performance, high-precision, wide application.

This paper introduces the relevant knowledge content GPS positioning system, and on the basis of a two-dimensional design targeting a MSP430 microcontroller-based GPS positioning system, mainly for motion vector. Output Real-time longitude and latitude information. The system has a targeting function, and provides a connection USB interface for easy system and other equipment, extend the functionality and application range of the system. System consists of MSP430 microcontroller section, GPS receiver module, LCD1602 liquid crystal display section and a power supply.

Key words: GPS;MSP430;LCD1602

1. 绪论

GPS（Global Positioning System）全球定位系统是由美国天宝导航公司（Trimble Navigation）等研讨而出，它是一种全新的无线电导航系统，除了具备有全球性、24小时等候以及准确不间断的定位能力，还能实时地测出运动载体的速度、姿态。自20 世纪90年代免费开放后，GPS系统的应用范围由军用至民用等各个领域不断扩大，在航空、航海导航、大地测量、授时校准等方面被普遍运用，它解决了生活中的定位、导航等问题。

GPS的出现代表着导航技术已经到了一个巅峰时代，它是导航技术现代化的里程碑。与其它导航系统相比, GPS 具有以下这些明显的特点和优势：

全球、全天候: GPS卫星遍布全球而且分布均匀，且GPS观测无论在一天中的什么时间都可以进行，不被一切天气因素所影响；

定位精度高: GPS可以不间断为用户提供准确的三维位置、速度以及时间信息，其提供的测量信息非常多，可以通过多种方式定位，若采用差分技术，则其定位可以精确到厘米，误差小于0.01m/s；

观测时间短：相较于其他的卫星定位系统，GPS定位系统的观测时间最短。随着GPS系统的更新与发展，目前GPS接收机在一秒的时间内能够输出多于二十次的测定结果，这对于高动态的用户而言是至关紧要的。

测站间无需通视：GPS系统测量不需要测站之间视线相通，只要保证测量处的上空视野开阔就行，所以这就使得点位可以依据需要来选择，同时也就节省了许多成本；

高效率: 目前，最新的GPS系统一般只需要几分钟就可以完成静态定位。在流动站与基准站之间相隔15公里内的差分定位中，流动站的观测时间只需要一到两分钟，而一次动态定位或者一次测速只需要几秒；

功能多、应用广:GPS系统具有测量时间、测量速度以及导航等功能。测速的精度可以达到每秒0.1米，测时的精度可达到几十纳秒。

执行操作简便: GPS接收机在持续完善的过程中，提高了自动化程度，减小了外形和重量，这就为测量工作者减少了负担，他们的工作量变少了，工作难度也有所降低；

抗干扰性好、保密性强：GPS系统使用了伪码扩频技术，这就让GPS卫星所发送的信号能够抗干扰且安全。

1.1 国内外研究现状

1.1.1 国外研究现状

美国从上世纪七十年代投入了研究GPS全球定位系统的工作，1973年美国国防部开始鼎力开发各兵种都需求的全球定位系统，并成立了一个联合计划办公室，专门负责研制、实验、采纳和部署GPS定位系统。整个发展计划包括三个阶段，终于在长达30年的时间中花费200亿于1994年全面建成了GPS定位系统。GPS定位系统作为新兴的导航与定位系统，能够在海陆空全方位对目标实时导航和定位。而今，美国为了充分发挥GPS系统的商业价值，正在不断更新改进GPS系统，它将被更为广泛的应用于各行业。

1.1.2 国内研究现状

我国发展GPS定位系统的时间与国外相比晚一些，本世纪初才开始。不仅结合了国内上世纪八十年代以来的技术经验，也将国外的先进技术文化融入了进去。我国的GPS应用市场在2001年至2008年时年均增长超过60%，足以见其发展状态。随着社会经济的飞速增长，人民生活水平的提高，尤其是汽车产业的高速膨胀，物流行业的迅猛发展，人们对于科技的需求逐步加大，我国GPS定位行业也因此如沐春风，迈上了新的发展台阶。如今，我国已经让北斗卫星导航定位系统在亚太区域全部覆盖，建立遍布全球的导航定位网络也已为期不远。我国的卫星定位系统市场化应用目前已成为国家重点关注行业。

1.2 GPS定位系统的发展状况以及存在的问题

GPS系统可以分为三大部分：空间、监控、用户。空间部分包括有二十四颗工作卫星，它们部署在地球上空的6个轨道平面上，这样使得用户无论在什么时间在地球的什么位置都能够接收到定位信号，同时，这些卫星也会给用户传递定位数据。监控部分有1个主控站、3个注入站以及5个监测站。主控站是用来收集处理GPS的监测数据，并算出各个卫星的星历以及卫星钟的改正参数。注入站则是把主控站算出的数据注入卫星。监测站是要监测各个卫星，并将观测数据传给主控站。用户部分则是包括GPS接收机、数据处理部分以及用户设备。主要是在接收到GPS卫星发出的数据后进行导航、定位。

GPS系统在接收到来自各个卫星的信号后，能够测定出地面或低空所有目标的移动接收机的位置。经过GPS接收模块来掌握这些卫星的状态，处理好已获得的信号数据，再测出传输的时间，转换为导航电文。信号数据全天不间断的被GPS接收模块所获得，最后再根据数据算出目标的具体位置信息。

GPS系统是一种有发展潜力的高新技术，全球性、24小时等候以及准确不间断的定位等等性能必会在诸多领域中普及开来。GPS系统在20世纪90年代向全世界免费开放,发达国家的GPS技术早已应用于交通运输之中。现今，GPS技术在我国道路工程和交通管理中的应用还在发展初期，随着我国经济水平的不断提高以及提速修建高等级公路等情况，我国将加大GPS技术应用的研究力度，其在道路工程中的应用也会普及开，带来更多效益。

GPS接收机是GPS系统服务的核心，现今已有百种接收机可供用户选用，包括手持式和台式等。通用接收机一般具有信号接收单元、显示单元以及人机对话设备，这为用户提供了便利。但是由于 GPS定位接收机成本高而且不够灵活，不太能满足许多需求,所以许多用户都希望能按个人要求来定制更能满足自身需求的GPS定位接收机。

1.3 课题研究的主要内容

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：21581字

相关图片展示：