1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） GPS 仪的设计与实现 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 GPS 作为最先进的空间定位技术，在社会建设中发挥了重要的作用。随着GPS定位技术的快速发展，其功能越来越强，精度 越来越高，在测量领域的应用日益广泛。 近年来，对机动性强、数量众多的移动目标进行有效监控、紧急救援和提供各种信息服务的需求，在客运、公安、银行、物流等行业表现得尤为突出。通用分组无线业务 (GPRS)的出现，使得人们能够对移动目标进行全国范围、实时、全天候的监控调度， 而 GPS 能提供实时的三维位置、三维速度和高精
2、度的时间信息 ,是一种全球性、全天候、连续的卫星无线电导航系统。目前 ,GPS 全球卫星定位技术已日趋成熟 ,自从美国停止 SA 政策后 ,GPS 接收机的动态定位精度得到很大的提高 ,应用也越来越广。 GPS 接收机正向着体积小、重量轻、功耗低、携带方便的趋势发展。 关键词： GPS， GPS 接收机 ，全球定位系统 II Design and implementation of GPS instrument Abstract GPS positioning as the most advanced space technology in society played an importan
3、t role. With the rapid development of GPS positioning technology, and its more powerful, more and more precision in the measurement field is used widely. In recent years, highly mobile, moving target for a large number of effective monitoring, emergency rescue and provide various information service
4、s requirements, the passenger, public security, banking, logistics and other industries was particularly prominent. General Packet Radio Service (GPRS) appearance, making it possible to move the targets of a nationwide, real-time, all-weather monitoring and dispatching, and GPS to provide real-time
5、three-dimensional position, velocity and precise time three-dimensional information, is a global , all-weather, continuous satellite radio navigation system. Currently, GPS global satellite positioning technology has matured since the U.S. policy to stop SA, GPS receiver, the dynamic positioning acc
6、uracy has been greatly improved, applied more widely. GPS receiver is toward small size, light weight, low power consumption, easy to carry the trend. Keywords: ： GPS， GPS Receiver ， Global Positioning System III 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的概述 . 1 1.2课题的意义 . 1 1.3 GPS技术发展现状 . 2 1.3.1 GPS
7、 的国内外发展现状 . 2 1.3.2 GPS 的发展趋势 . 3 1.4课题研究的主要内容 . 3 2设备方案设计、方案论证 . 5 2.1 GPS设备的方案设计 . 5 2.2 方案论证 . 5 3 系统硬件电路的设计 . 3.1元件选择 . 13 3.2 GPS设备的总体设计 . 13 3.3系统硬件电路的设计 . 13 4系统软件的设计 . 4 4.1 GPS25语言格式的说明 . 4 4.2程序流程图 . 4 结论 . 5 参考文献 . 6 致谢 . 7 附录 . 8 附录图 1 焊接底板 A. 8 附录图 2 程序说明 . 8 GPS 仪的设计与实现 1 1 绪论 1.1 课题的概
8、述 广义的 GPS，当然包括美国的 GPS、欧洲伽利略、中国的北斗等全球卫星定位系统，同时也可以称 GNSS。 狭义的 GPS，指美国的全球定位系统， Global Positioning System，简称 GPS. GPS作为最先进的空间定位技术，当然会在 社会建设中起到相当大的作用，随着 GPS 技术的迅速发展，其功能越来越强大，精度越来越高，早测量领域的应用日益增强 1。 随着经济以及科技的发展， GPS 已充分显示了其在导航定位领域的霸主地位。许多领域也由于 GPS 的出现而产生革命性变化。目前，几乎全世界所有需要导航定位的用户，都被 GPS 的 自动 测量 、 高精度、全天候 、方
9、便灵活和优质价廉所吸引。我国的 GPS 应用的发展势头非常快，短短几年， GPS 在我国的应用已从少数科研单位和军用部门迅速扩展到各个民用领域， GPS 的广泛应用确实改变人们很多的工作方式，主要是提高了工作效率，带来了巨大的经济以及科技效益。如今， GPS 技术已不是仅仅局限于军事或者政府使用了，我们的日常生活，方方面面，从手机上的导航定位软件到汽车导航， GPS 在今后的发展中，必将在我们的生活中发挥更大的作用 2。 作为新的生产力和先进的测量手段，自动 测量 、 高精 度、全天候是 GPS 具有的三个特点，已经慢慢地对国防建设产生影响，慢慢融入了国民经济的建设以及社会发展的各个应用领域，
10、应用范围越来越广，在汽车、飞机、船等导航系统中发挥出重要作用。 而 GPS 系统的实时导航定位精度很好， GPS 在测绘方面发生了革命性的飞跃，目前，范围上数公里至几千里的控制网或形变监测网，精度上百米至毫米级，一般都将 GPS 作为首要手段。我坚信 GPS 系统将会取代掉很大一部分以前的东西。 1.2 课题的意义 随着我国 GPS 市场的逐渐开发，市场容量会越来越大。 GPS 作为一种发展起来的高新产业，必将充满着无 限的商机。通过卫星导航应用示范工程和基础设施的建设，推动卫星导航应用设备及其扩展系统在国民经济诸多部门和人民大众日常生活中的广泛应用 3。 近年来， GPS 定位系统是开发界的
11、最具有开发、研究意义的最新高科技之GPS 仪的设计与实现 2 一，因为他的全球化、功能齐全、全天候化的定位导航，也可以准确定时、精确地测速优势一定会在很多不同领域中得到越来越广的应用。在西方的很多高度发达的国家， GPS 定位系统技术已经快速的开始应用于运输交通和道路建设工程之中。目前， GPS 技术在我国道路工程和车辆中的应用还刚刚起步，由于我坚信随着我国国民经济的不断 发展，同时高等级公路的快速修建和 GPS技术应用研究的逐步深入， 现在 GPS 发展已经很成熟了，在一线城市，许多城市在智能交通上都运用到了 GPS 设备，并且随着物流业的发展，物联网等相关的产业链都离不开 GPS4。 1.
12、3 GPS 技术发展现状 1.3.1 GPS 的国内外发展现状 一般的全球定位系统 GPS由三大子系统构成：空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统。具有全球化、全功能化、全天候化等优势的导航准确的定位、高精度的定时、高速的测速系统。全球卫星定位系统 GPS是美国军队 60年代初在“子午仪卫星导航定位”技 术上发展而起的。 GPS 定位采用空间被动式测量原理，即在测站上安置 GPS 用户接收系统，以各种可能的方式接收 GPS卫星系统发送的各类信号，由计算机求解站星关系和测站的三维坐标 5。 由对 GPS信号观测量的不同， GPS定位的基本方法有以下几种形式： 伪距的测量 多普勒的测量 卫星射电
13、干涉的测量 载波相位的测量 为了更加精密地定位，一台全球定位系统 GPS 接收机一般并不是单纯利用一种测量方式，往往是以某种方式为主，一般都会以其他方法的辅助的。 当前，随着 GPS定位系统的不断发展，该众多领域中的应用已经不断 军事化和人民化。前面讲过， GPS 的技术按待定点来分类，可以主要分为动态和静态定位两大类。动态定位是一般指装载在运输体上，比如汽车，船，飞机等，在动态测量过程中，如失踪的车辆，可以根据 GPS找到车辆所在，也可以通过控制 GPS来控制车辆上的开关，如可以关油等。而静态定位，毋庸置疑，就是将 GPS植入静态的物体中，如老人的拐杖中或儿童的文具中，当老人或儿童迷路时，则
14、可通过 GPS通知家人，必然，静态的精度范围就相较方便，一般几毫米几厘米内，而动态则近则几厘米，远则几千米。从处理时间上分， GPS 可以分为实时处理和后处理 ，实时处理，边接受信息（如失踪车辆的信息），边计算，要及时获得目标的位置等信息，而后处理，一般记录后课回到室内进行统计并GPS 仪的设计与实现 3 及时处理数据。总的来说， GPS 的应用越来越广，分类也越来越多，只有我们不断学习和研究 GPS，才能及时掌握最新信息 6。 1.3.2 GPS 的国内发展趋势 尽管国内的 GPS 市场还刚刚起步，不过我认为在这场大战中由国内主导的GPS 市场已经毫无悬念。从技术上讲，生产制造 GPS 越来
15、越简单，而已与手机不同，一般不存在所谓的“中国制造”的局面，基本已出现了中国创造，人性化设计、结合地区特色的实用性 等成为 GPS 成品的主要指标，而在这些方面，国内的厂商与国外比较也有着很大的优势。 国内 GPS市场主要呈现出下面几个重要发展趋势： （ 1） 防盗、调度类的成品市场规模将上升 由于现在的人们防患于未然的意识越来越强，自我保护意识的增强，防盗成为了人们的必然手段，而从 GPS全球定位系统的应用上来看，具备防盗、调度类功能的成品市场比较看好。而防盗也分为几类，这里我介绍车辆方面的，它可以分为两类，有静态车辆防盗和动态车辆追踪两种。前者当然是主人离开汽车，停的车辆遭遇偷窃、毁坏和移
16、动等，车辆通过该功能，就会向 GPS监控中心发出 警报，且会及时的与主人手机联系。后者则可对行驶中的车辆经行定位跟踪、车况监听、而且还可以控制车辆断电或断油等，高科技那。由于种种原因，也就成为了 GPS发展趋势了 7。 （ 2） 以车载导航为核心的移动目标监控、管理与服务系统。 随着社会的发展，人们也开始富有，车也成为了他们的必备工具了， GPS也就开始慢慢的应用起来，而且应用比例每年都越来越大。刚开始，应用不是很广，一般只用于车辆跟踪和车导航两类为主，但随着摩托罗拉公司的发展，他们不断努力，推出了车辆导航与跟踪于一体的车辆信息系统后，它又有了活力，即发展方向确定了。 刚刚推出来的 GPS车辆
17、定位监控系统具有通有的导航应用，也有中心监控等两种。车辆监控是集 GPS技术、无线通信技术和地理信息系统于一身的综合车辆管理系统 8。 （ 3） 面向个人的 GPS成品 随着科技的发展，使得芯片的小型化设计、成本的降低、体积与电量的低耗等有利原因，所以 GPS渐渐地在人们的生活中频繁起来。如车载的自主导航系统、移动监控终端以及消费类电子产品。 由于高科技的存在，产品成本的降低和体积的微型化，很多人们外出旅游时，喜欢佩戴 GPS在身上，有利于寻找地理位置。还有老人，可以将 GPS植入拐杖中，这样家人会放 心点，当然如同也可以这样做 9。 GPS 仪的设计与实现 4 1.4 课题研究的主要内容 本
18、设计是由 AT89C52 单片机控制的 GPS 模块较为精确地计算和显示实时时间、经度、纬度等卫星信息。 这个设计主要是在了解掌握 GPS和单片机的理论知识的基础上，选用 Atmel公司的 AT89C52 提取 GPS 模块的接受数据并 6 位 LED 显示器显示接收数据。在这个设计过程中，主要熟悉了简易 GPS定位信息显示系统各性能指标，学习 NMEA封包并懂得使用 NMEA 输出命令，结合单片机串行通信知识能实现对 GPS接受到的卫星信息进行提取，并在 6位 LED显示器上选择性的 显示数据。 对定位仪的硬件和软件系统的设计与实现方法。对硬件系统 ,给出了主要元器件的电路的设计方法 ;对软
19、件系统 ,设计出获取 GPS 接收机定位数据的设计方法。 GPS 仪的设计与实现 5 2 设备方案设计与总体设计 2.1 GPS 设备的方案设计 图 2-1 GPS设备总体设计方案 以单片机为核心将 GPS 数据发送模块、 LED 显示模块系统的结合在一起形成一个整体，实现特定功能。 2.2 方案论证 论文的主要目的是在 GPS和单片机的理论知识上，选用了 GPS25-LVS OEM板接收数据并由 6为共阳 LED显示器显示接收数据。 在此设计过程中，主要熟悉 GPS25-LVS模块各性能指标，学习 NMEA 封包并懂得使用 NMEA输出语言，结合单片机串行通信知识能实现对 GPS接受到的卫星
20、信息进行提取，并在 LED显示器中显示出来。 课题需要完成的任务： （ 1） 方案的分析及课题任务分配； （ 2） 选择电路显示所需的硬件； （ 3） 合理考虑电路所需要实现的功能； （ 4） 设计出电路各部分功能电路； （ 5） 完成毕业设计总结报告。 GPS 模块 电源 单片机 LED GPS 仪的设计与实现 6 3 系统硬件的电路的设计 3.1 元件选择 简易的 GPS定位信息显示系统主要 由电源、 GPS 模块、单片机控制器和 LED显示器件。 GPS模块 GPS模块选用 GARMIN 公司的 GPS25-LVS 系列 OEM接收板。 本文介绍使用 GARMIN公司的 GPS25-LV
21、S系列 OEM接收板级单片机实现时间、经纬度等综合信息显示的设计方法，如 3-1 图。 先介绍一下 GPS25-LVS系列 OEM板的主要性能 10。 （ 1） 并行 12通道，可以同时接受 12颗卫星。 （ 2） 定位时间：重补 2sec，热启动位 15sec。冷启动 45sec，自动搜索 90sec （ 3） 定位精确： 15Mrms/差分时 5m （ 4） 可以接受 实时差分信号用于精确定位，信号格式为 RTCM SC-104，波特率自适应 （ 5） 1PPS秒脉冲信号输出，精度指标高达 10-6秒 （ 6） 功耗 :1w （ 7） 电源 /数据口：单排 12插针。 （ 8） 后备电源：可冲板置 3V锂电 （ 9） 天线接口： 50-ohm mcx接头有源或无源天线。 （ 10） 重量： 40g （ 11） 结构：单片集成主机板 （ 12） 工作温度： -30oC-+85oC
