1、 毕业论文文献综述 电子信息工程 基于单片机的 GPS 定位系统设计综述 摘要 ：本文简要描述了 GPS 定位系统的应用现状和未来的一个发展趋势以及 GPS 接收器的一些结构特征。设计了几种基于单片机的 GPS 的方案，其中考虑到不同方案所具备的各自优势，例如功耗性能价格等等。具体选择哪种方案需要更进一步的斟酌。 关键词： GPS；单片机；功耗 引言 全球定位系统（ GPS）是 20世纪 70年代由美国开始研制，于 1994年全面建成， 以接收导航卫星信号为基础的非自主式导航与定位系统 1。随着社会的发展和科学技术的进步，使得我们判 别方向和确定距离的能力有了划时代的进步。全球卫星定位系统 G
2、PS便是近年以来开打的最具有开创意义的高新技术之一，其全球性全能性全天候性的导航定位定时测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用 2。 经过 20多年的研究实践，现在 GPS定位的应用已是多种多样。不仅在航天军事科研领域需要涉及到 GPS定位，在日常生活中人们也越来越多的感受到 GPS定位的重要性。 一 、 GPS的应用现状 GPS业界流行这样一句话，“ GPS的应用只受到人们想象力的限制”。目前 GPS的民用领域已经包括了陆地运输、海洋运输 、民用航空、通信、测绘、建筑、采矿、农业、电力系统、医疗应用、科研、家电、娱乐等多个领域，而大家所熟知的汽车导航也只不过是其中的应用之一。日本的
3、GPS系统车载使用率高达 59%，欧美约为 25%。中国汽车的 GPS系统车载率不到 2%。用户迫切的需求造成了巨大的市场空洞，时刻寻找着利润增长点的各大 IT厂商也蜂拥而至，或彻底转型或拓展业务，开始抢占这个巨大的蛋糕。不但如此， GPS产业的迅猛发展还同时影响了其他并行产业链的发展，并使其交叠融汇，这也使得大量带有 GPS功能的 PDA、 MP4、相机、手机等手持终端设备成为现今 市场上的一大主流 3。 二 、 GPS 的未来前景 由于 GPS技术所具有的全天候、高精度和自动测量的特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。随着冷战结束和
4、全球经济的蓬勃发展，美国政府宣布 2000年至 2006年期间，在保证美国国家安全不受威胁的前提下，取消 SA政策， GPS民用信号精度在全球范围内得到改善，利用 C/A码进行单点定位的精度由 100米提高到 20米，这将进一步推动 GPS技术的应用，提高生产力、作业效率、科学水平以及人们的生活质量，刺激 GPS市场 的增长。据有关专家预测，在美国，单单是汽车 GPS导航系统， 2000年后的市场将达到 30亿美元，而在我国，汽车导航的市场也将达到 50亿元人民币4。 由此可见，在科技越来越发达的今天，各个领域所涉及到的 GPS内容也越来越丰富， GPS的用途也必将越来越广泛。 三 、 如何使
5、用 MSP430 单片机来实现 GPS 的定位设计 MSP430F449是具有强大处理能力的 16位单片机，采用了精简指令集结构，具有丰富的寻址方式(7种源操作数寻址、 4种目的操作数寻址 )、简洁的 27条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片 内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令； 有较高的处理速度，在 8MHz晶体驱动下指令周期为 125ns， 这些特点保证了可编制出高效率的源程序。所以设计主要以MSP430F449微控制器为中心，利用 GR 89 GPS接收模块接收 GPS信号，其可以同时追踪二十颗星， 由于在某些情况下， GPS接收模块无法良好接收信号， 以至
6、系统无法处理显示出方位的准确三维信息，所以再使用 SCPIO00压力传感器来定位出高度信息，这样就能提高系统的整体精度。由于 MSP430微控制器具有高达 160段液晶驱 动能力和超低功 耗，适用于手持式智能仪器仪表的设计 5.。 5 系统结构图 图 1 系统集成了 USB、 GPS、 Temperature Sense和 Pressure Sense的智能仪器。系统的结构框图如图1所示。其中， MSP430为中央处理器， POWERMANAGE为电源管理模块， Flash是系统存储模块， USB和Bluetooth为信息传输模块， KEY为键盘输入模块， LCM液晶显示模块， PS为压力传感
7、器模块， TS为温度传感器模块 5。由于本系统中对速度的要求不高， 而且开发完整的 USB与微控制器的接口需要大量的 时间，在这里我们将简化 USB接口的设计，将 UART中的数据利用转换芯片转换成 USB的数据类型。采用 FT8U232AM芯片，其提供了单片集成多功能数据传输解决方案 6。 四 、 如何使用 MCS_51 单片机来实现 GPS 的定位设计 MCS- 51 系列单片机结构简单、功能丰富、价格低廉 , 在消费电子和工业控制领域有着广泛的应用。将 MCS- 51 单片机作为处理器构成的 GPS 应用系统 , 具有体积小巧、使用灵活的特点 , 而且系统的结构和功能可以根据需求的不同进
8、行个性化配置 , 其性价比十分明显 7。 MCS- 51 单片机的串行口采用 TTL 电平 , 而 OEM 板的串行通信采用 RS232C 标准电平 , 故两者之间需要电平转换接口 , 这可以通过 MAX202 芯片实现。 GPS25LE 有 2 个串行口 , 其端口 2 用来输入差分修正信息和输出卫星的原始测量信息 , 而端口 2 用来输入设定语句和输出定位语句 , 因而只需将 MCS- 51 的串行口与GPS25LE 串行口 2 对应连接。因此 , 单片机与 OEM 板的通信线路很简单 8通信原理接口见图 1。 图 1 通信原理接口 五 、 GPS接收机结构原理 整个 GPS系统分为三个基
9、本部分 ：空问部分 GPS卫星星座；地面控制部分 -地面监控系统；用户设备部分 -GPS信号接收机 9（ GPS接收机结构如图 2） 。 其中 GPS信号接收机的任务是能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的 GPS信号进行变换、放大和处理。接收器由天线单元和接收单元组成。天线单元包括接收天线和前置放大器接收单元：接收单元包括通道单元及计算和显示单元两部分。通道单元的主要功能是接收来自天线单元的信号，经过变频放大、滤波等一系列处理过程，实现对 GPS信号的跟踪、锁定、测量，提供计算位 置的数据信息 10。 图 2 接收机结构图 六 、 总结 通过
10、对 MSP430单片机和 MCS- 51单片机的了解和分析，发现这两款单片机在 GPS定位方面拥有各自的优势。 MSP430单片机拥有更为强大的存储器，而且在功耗方面也比较低。 MCS- 51单片机它的结构比较简单，所以它和 GPS构成的系统使用非常的灵活。总之，现在 GPS产业发展的势头非常迅猛，在 GPS定位方面更先进的技术也会涌现出来。低成本，高性能永远是我们追求的目标。 参考文献： 1 黄凌 .基于单片机的 GPS信息处理系统 J.现代电子技术 ,2007,(21):60-61. 2 Wang Hu,Chen Jihua,Huang Shoudao,Wang Yaonao. “The
11、investigation of PWM rectififier control method“J.IEEE 2004-2. 3 赵海涛 .产业白描 :谈 GPS发展这十年 EB/OL， 2007-12-24. http:/ www. 4 千国强，邱致和导航与定位一现代战争的北斗星 M.国防工业出版社， 2000， 5 5 张靖武 ,周灵彬单片机原理、应用与 PROTEUS仿真 M.北京 :电子工业出版社 ,2008 6 张守信 .GPS技术与应用 M.北京 :国防工业出版社 ,2004 7 龚福详 ,王庆 ,万德钧 .GPS原始数据的双串口实时采集方法 J.电子测量与仪器学报 ,2001. 8 李洪涛 ,许国昌 ,薛鸿印等 .GPS应用程序设计 M.北京 :科学出版社 ,1999. 9 郭卫农，段善旭，康勇，陈坚基于 DSP实现的无差拍控制逆变器 J.通信电源技术， 2001 10郭卫农，段善旭，康勇，陈坚电压型逆变器的无差拍控制技术研究 J华中理工大学学报， 2000， 28(6)
