摘 要

为解决船舶在运输过程中导航定位问题，本文就如何制作以51单片机为基础的北斗定位模块为研究目的。该模块由硬件和软件两部分构成，一般分为两个部分去完成这个设计。首先在硬件方面，先要根据所要达到的功能选择相应的元器件，之后进行电路图的创作与绘制，等到电路原理图无原则性错误时，进行电路仿真，并制作相应的PCB板。在软件方面，由于是使用51单片机，程序在keil平台上编写，利用模块化的思想，将各个模块的程序分开编写，之后由主程序统一控制各个小模块工作。等到上述部分完成后，就可以进行实物的制作。运行实物，就可以测得所需的数据。最后通过比较实物与其他导航系统，得出其所没有的功能，得出优化的方向和方法。结果证明，北斗卫星定位系统可以提供精确定位服务，未来的发展潜力巨大。

关键词：船舶定位；斗定位模块；51单片机；keil

Abstract

In order to solve the problem of navigation and positioning in the course of ship transportation, the purpose of this paper is how to make the Beidou positioning module based on 51 single chip microcomputer. The module consists of hardware and software, generally divided into two parts to complete the design. First of all, in the aspect of hardware, the components should be selected according to the function to be achieved, and then the circuit diagram should be created and drawn. When there is no principle error in the circuit schematic diagram, the circuit simulation should be carried out, and the corresponding PCB board should be made. In the aspect of software, because of the use of 51 single chip microcomputer, the program is written on the platform of keil, and the program of each module is programmed by using the idea of modularization. Separate preparation, after the main program unified control of each small module work. After the above part is finished, can carry on the production of the object. Run the physical object, you can measure the required data. Finally, by comparing the real object with other navigation systems, the functions which it does not have are obtained, and the direction and method of optimization are obtained. The results show that Beidou satellite positioning system can provide precise positioning service and has great potential in the future.

Key Words：ship positioning; bucket positioning module; keil

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及其意义 1

1.2 北斗卫星导航的简介 2

1.2.1北斗卫星的工作原理 2

1.2.2北斗卫星的发展状况 2

1.2.3北斗卫星的劣势与优势 3

1.3课题研究的目标和目的 3

第2章 方案的比较与选择 3

2.1总体设计方案 4

2.2硬件模块的选取 4

2.2.1主控制器的选取 4

2.2.2显示模块的选取 4

2.2.3导航模块的选取 4

2.3模块的基本组成 4

2.3.1电源模块 5

2.3.2导航定位芯片 5

2.3.3 主控制器 6

2.3.4 显示屏 6

2.4系统功能说明 6

第3章 系统的硬件设计与实现 8

3.1主控芯片电路的设计 8

3.1.1主控制器内部结构框图 8

3.1.2主控制器外围电路 8

3.2显示模块电路 10

3.2.1液晶屏技术参数和功能介绍 10

3.2.2显示电路的电路图设计 11

3.3稳压电路的设计 11

3.4接口电路的设计 12

3.5 导航定位芯片的电路设计 12

3.5.1北斗定位芯片的引脚说明及电路设计 12

3.5.2芯片通讯协议 15

3.5.3时间系统与坐标系统 17

3.6电路板的设计流程 17

3.6.1软件介绍 17

3.6.2整体设计流程 17

3.7本章小结 20

第4章 模块软件的设计 21

4.1 软件的开发环境 21

4.2 总体思路 21

4.3 具体的程序详解 21

4.3.1头文件 21

4.3.2主函数 22

4.3.3 12864显示模块 22

4.3.4北斗卫星定位模块 23

4.3.5 URAT模块 24

4.4 本章小结 26

第5章 模块整体的运行 27

5.1北斗模块的运行 27

5.2上位机的连接 28

第6章 结论 29

参考文献 30

致谢 31

附录 32

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及其意义

国际贸易中最主要的运输方式是海上运输，具体指的是在不同国家和地区的港口之间使用船舶通过海上航道运送货物．目前，国际贸易总量中的三分之二以上、我国进出口货运总量的大都都是利用海上运输，为使其在更加方便与安全，每艘船都配备了导航设备。本课题研究的关于基于单片机的北斗定位信号采集模块的研发，帮助我们了解北斗卫星的工作原理，体会北斗定位系统对船舶定位提供的便利。

北斗卫星导航定位系统，是我国在参与 GALILEO（Galileo satellite navigation system） 计划并吃了个暗亏之后，下定决心自主开发，建设成的一个独立运行的全球卫星导航系统[^[1]]。吸取了多方卫星导航系统的经验教训，该系统的建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，并促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用[^[2]]。

目前为止，百分之九十以上国内所使用的导航终端都是美国开发的GPS（Global Positioning System）系统，而北斗定位系统的使用率不到百分之十。尽管和GPS系统这种已经很完善的导航定位系统相比，北斗系统这种初步起步系统还有很多的不足之处，但是它也有它的独特之处，新事物总是活力无穷。21世纪以来，我国积极投入北斗二代系统的研制，不久以后，随着资金与时间的不断投入，我国将逐渐摆脱GPS系统的限制，进而研发出适合我国国情的北斗定位系统。北斗定位系统的基本功能有定位、通信和授时。定位是指通过地球同步卫星快速的确定用户的地理三维位置，并向相关的终端机汇报。通信指的是各个终端之间可以通过北斗卫星实现简单的通讯。授时指的是北斗卫星每天在一定时间向用户播发最精确的时间，同时也计算出相应的时延修正值。北斗定位系统不受时间和空间的影响，能够实现我国境内的导航定位、通讯等功能，对我国在军事、民用等方面有着很大的意义。

在船舶导航方面，除去广泛使用的GPS系统，北斗定位系统也可以为各大洋航行的船只提供定位和导航的服务，并且其独有的通讯功能也能在船舶运输过程中发挥着重要的作用。到目前为止，国内导航设备的总销量超过五亿，并且这个数字还在不断上涨，随着三星、华为等智能产品生产商开始生产可以兼容北斗系统的终端设备，以及人们的消费观念的转变，北斗市场规模必定会越来越大，与北斗系统相关的产品的产业链的形成使北斗导航系统日益走进人们的日常生活。到目前为止，使用北斗终端的船舶的数量占北斗民用终端数的一半以上，这个比重还在逐渐上升。根据北斗官方数据显示，使用北斗系统完成海上作业的用户已经超出了十万，每月的短报文通信量高达七十万条目。北斗系统在船舶工作中可为出海的工作人员提供海上导航定位、遇险求救、船岸短报文通信等多种服务，这些便利的服务是北斗系统打破了GPS系统垄断的局面。随着时间推移，北斗系统必定会逐渐完善，使其在国际中出类拔萃。

1.2 北斗卫星导航的简介

1.2.1 北斗卫星的工作原理

首先介绍北斗卫星的原理。它最初是由三颗卫星和中心控制器及相应的模块构成，现在已经形成了北斗卫星群了，信号源的增加使相应的北斗卫星只负责特定的区域，这样有助于使其更加专业化，也有利于使用户更好的接受卫星信号。这里介绍最简的定位模块是如何工作的：首先中央控制端通过发送卫星信号给终端，提醒用户可以接受到卫星的信息；当用户发送定位指令给卫星接收端，之后传递给中控端，当用户再次发送信息给同一个卫星时，得到两者时间的延迟，由于卫星的位置已知，就可以得到相关的位置信息，之后再由中控端发送传输指令由北斗卫星发送给终端。还有一种情况是由不同的卫星接收信息传到中控端，由于各个北斗卫星的位置都是已知的，所以其原理大致相同，都是利用延迟和几何学的相关原理来计算终端的位置，只是后者的定位更加精确，不太受外界环境的影响，也不依赖一颗北斗卫星。

1.2.2 北斗卫星的发展状况

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