手持GPS系统设计项目报告材料

1、实用文案实验报告实验项目名称：手持GPS系统设计指导老师：项目成员：结题时间： 2010 12-15手持 GPS 系统设计项目报告一：实验名称手持 GPS 系统设计二：实验目的掌握嵌入式系统开发的方法 , 熟练掌握从总体方案设计、硬件电 路的搭建调试、 软件的编写测试到最终的软硬件联调、 系统性能测试 等各环节 ;掌握 GPS 模块的控制方法 .三：实验内容利用51单片机开发板，GPS接收机，液晶显示屏等实现低成本， 简单的局域 GPS 导航定位系统的设计。四：相关知识1 .NMEA-0183 协议目前， GPS 采用 NMEA-0183 协议做为发送和接收数据的标准， NMEA-0183 是

2、 美 国 国 家 海 洋 电 子 协 会 (NationalMarine Electronics Association) 为统一海洋导航规范而制定的标准，该格 式标准已成为国际通用的一种格式，协议内容在兼容 NMEA-180 和 NMEA-0182 的基础上。增加了 GPS、测深仪、罗经方位系统等多 种设备接口和通讯协议定义， 同时还允许一些特定厂商对其设备通信 自定协议。NMEA-0183 格式数据串的所有数据都采用 ASC H文本 字符表示，数据传输以“ $”开头，后面是语句头。语句头由 5 个字 母组成。其前2个字母表示“系统ID”，即表示该语句是属于何种系 统或设备， 例如 GP 表

3、示该语句属于 GPS 定位系统， HC 表示该语句 属于罗经方位系统；后 3 个字母表示“语句 ID ，表示该语句是关于 何方面的数据。语句头后是数据体，包含不同的数据体字段，语句末 尾为校验码 （可选 ），以回车换行符 结束，也就是 ACSII 字符“回车”（十六进制的0D）和“换行”（十六进制的0A）。数据字 段以逗号分隔识别，空字段保留逗号。在 GPS 系统中常用语句有 GPGGA（GPS定位信息），GPGSA（当前卫星信息），GPGSV（可见卫星 信息），GPRMC（推荐定位信息），GPGLL（定位地理信息），GPVTG（地 面速度信息 ） 等。GPS 数据传输是以标准异步串行方式发送

4、，其串行通信波特率 为4 800 b /s、数据位8位、停止位1位、无奇偶校验位。不同的 语句中传送不同的信息，如 GPGGA 语句中传送的格式为： $GPGGA,M, M,*hh传送的信息说明如下：$GPGGA :起始引导符及语句格式说明（本句为GPS定位数据） UTC 时间，时时分分秒秒格式 纬度，度度分分 .分分分分格式（第一位是零也将传送）纬度半球，N或S （北纬或南纬） 经度，度度分分 .分分分分格式（第一位零也将传送） 经度半球，E或W （东经或西经） GPS质量指示，0=方位无法使用，1=非差分GPS获得方 位， 2= 差分方式获得方位（ DGPS）， 6= 估计获得 使用卫星数

5、量，从 00 到 12 （第一个零也将传送） 水平精确度， 0.5 到 99.9 天线离海平面的高度， -9999.9 到 9999.9 米 M 指单位 米 大地水准面高度， -999.9 到 9999.9 米 M 指单位米 差分GPS数据期限（RTCM SC-104），最后设立RTCM 传送的秒数量（如无 DGPS 为 0） 差分参考基站标号， 从0000 到 1023（首位 0也将传送。 如无 DGPS 为 0）* 语句结束标志符hh 从 $开始的所有 ASCII 码的校验和2. EM411 GPS 接收模块简介GPS接收模块性能主要决定于其内部使用的 GPS核心芯片组，GPS芯片组SiR

6、F Star III通过采用20万次/频率的相关器(Correlators)提高了灵敏度并能在室内定位。冷开机/暖开机/热开 机的时间分别达到42 s /38 s /1 s，可同时追踪20个卫星信道。EM411型GPS接收模块采用SiRF Star III高效能GPS芯片组，其 具有特点：极佳的灵敏度(追踪感度：-159 dBm);讯号微弱时， TTFF(Time to First Fix)定位仍十分迅速；支持 NMEA 0183 语言格 式：GGA , GSA, GSV, RMC , GLL, VTG;内建超大电容，可储 存快速获取的卫星讯号数据；内建陶瓷天线；LED指示灯显示卫星定 位状况

7、：LED不亮时接收器关闭，LED恒亮时未定位或搜寻讯号，LED 闪烁时已定位。此外，EM411体积小巧，外形尺寸为30 mm X30 mm X10 . 5 mm ,工作时供电电压为4. 56 . 5 V,消耗电流为60 mA。 对外提供6个引脚，使用时引脚1、5接地，引脚2接电源，引脚3 为串口输出数据线，引脚4为串口输入数据线，引脚6悬空。五：实验步骤1.总体方案设计通过GPS接收机接收信号，提取此信号中相关信息对移动的物体进行定位并在液晶显示屏上以及上位机上显示相关位置信息。通过软硬件分别对接收的信号进行分析，通过一定的准换渠道得到我们所 需要的实时位置进行定位。总体方案设计图2.软件设计

8、单片机部分主程序流程首先是初始化，主要包括通用 IO 端口， UART， SPI，以及LCD初始化，并在LCD上显示开机初始信息。接着单片 机开始接收从 EM411 传送的 GPS 定位信息，该系统设计的只接收 GPSGGA 语句信息并将保存接收到的信息。然后从中提取要显示在 LCD 上的信息，并然后键盘扫描， 如果有键按下则进行键盘中断程序 的处理。当 SW1 键按下时，软件通过延时子程序设定一个固定的保 存时间间隔。当 SW2 键按下时，软件执行 SD 卡驱动子程序，可以 方便地将 GPS 定位信息以 FAT 文件格式保存到 SD 卡中，并可在 Windows 操作系统下打开这些文件。 S

9、D 卡驱动子程序主要完成 SD 卡初始化、卡插入检测、写保护检测、SD卡读/写命令的发送/接收、 文件的更名、文件数据的传送等任务。部分代码/* 配置 GPS 模块初始化函数 */*void Init_GPS( )uchar i;uchar in=$PGRMO,4*;/ 发送数据数组for(i=0;i10;i+)TI = 0;SBUF = ini;while(!TI);/* 配置 GPS 模块使能特定几个输出语句子函数 */*void Enable_GPS( )uchar i;uchar en=$PGRMO,GPRMC,1*; /发送数据数组for(i=0;i15;i+)TI = 0;SBUF

10、 = eni;while(!TI);/* 配置 GPS 模块禁用所有输出语句子函数 */*void Disable_GPS( )uchar i;uchar diData_BUF=$PGRMO,2*; / 发送数 据数组for(i=0;i30000)serial_ERROR=1;return SBUF; ;RI=0;return SBUF;/* 道路定位函数 */void LocateRoads(struct Location *L,struct Road R)int i,j;double k,b;strcpy(L-name,0);for( j=0;jRoadNum;j+)for(i=0;i6;

11、i+)if(Rj.pointi+1.y-Rj.pointi.y)point.x-Rj.pointi.x)*(L-point.x-Rj.pointi+1.x)point.x*k+b-L-point.y)*fabs(L-point.x*k+b-L-point.y)/(1+k*k)name,R);return;else/ 南北走向时k=(Rj.pointi+1.x-Rj.pointi.x)/(Rj.pointi+1.y-Rj.pointi.y);b=Rj.pointi.x-Rj.pointi.y*k;if(L-point.y-Rj.pointi.y)*(L-point.y-Rj.poin

12、ti+1.y)point.y*k+b-L-point.x)*fabs(L-point.y*k+b-L-point.x)/(1+k*k)name,R);return;/* 高校定位函数 */void LocateBuildings(struct Location *L,struct Building B)double k,b;unsigned char i;strcpy(L-name,0);for(i=0;ipoint.y=L-point.x*k+b)k=(Bi.point3.y-Bi.point2.y)/(Bi.point3.x-Bi.point2 .x);b=Bi.point2.

13、y-k*Bi.point2.x; if(L-point.ypoint.x*k+b) k=(Bi.point2.x-Bi.point0.x)/(Bi.point2.y-Bi.point0 .y);b=Bi.point2.x-Bi.point2.y*k;if(L-point.x=L-point.y*k+b)k=(Bi.point3.x-Bi.point1.x)/(Bi.point3.y-Bi.point1 .y);b=Bi.point3.x-Bi.point3.y*k;if(L-point.xpoint.y*k+b)strcpy(L-name,B);return;/* 液晶显示与清屏函

14、数 */void Init_LCD(void)LCD_Data=0xff;E=0;Delay(100);LCD_SET;功能设定Delay(10);LCD_OFF;关显示指令Delay(10);Write_com(0x06);/ 地址归位Delay(10);LCD_CLR; 清屏Delay(10);LCD_ON;/ 开显示Delay(10);上位机部分通过使用上位机软件 C# 中相关控件将串口与 GPS 模块建立连接通信。每次触冲区接收完固定字节的数据，触发一个事 件，自动从SBUF中接受所有数据存入str_org为原始数据, 所接收到的数据中，我们只需要其中部分，所以使用字符串处 理函数对字

15、符进行剪切提取，提取出经度，纬度，海拔和时间 四个量。再将这四个参数与图像上已标定的参考点进行比较， 运算，计算出本点在地图上的位置并用标记标注。为了保证显 示数据稳定，我们将单位时间内的一组数据平均化，再进行比 较运算，减小了计算机的负荷，提高系统的响应速度。附上位 机程序界面：在上位机的程序设计中，我们对于在应用中可能出现的异常处理进行了处理，防止程序的错误运行。具体程序如下所示：private void butt on 1_Click( object sen der. Eve ntArgs e)if (Convert .ToString(comboBox2.Selectedltem)=”

16、)MessageBox.Show( 请先选择 COM 端口！ , 系统提示 ); return ;else if (serialPort1.IsOpen = false )serialPort1.PortName =Convert .ToString(comboBox2.SelectedItem);tryserialPort1.Open();serialPort1.DiscardInBuffer(); catch ( Exception ex)MessageBox.Show( 端口不存在 ,请检查端口。 , 系统提示 ); return ;Thread .Sleep(1100);string

17、qqqq;qqqq = serialPort1.ReadExisting();if (qqqq.Length 7)MessageBox.Show( 不能读取数据，请检查连接 , 系统提示 ); serialPort1.Close();while (true )if (qqqq.Length 7)return ;elsebreak ;if (serialPort1.IsOpen = false )serialPort1.Open();Thread .Sleep(2000);string qqqq;qqqq = serialPort1.ReadExisting();if (qqqq.Length

18、7)系统提示 );MessageBox.Show( 不能读取数据，请检查连接while (true )if (qqqq.Length Tj5TJEdaIlCuF?Eri芷 Xi:1上MP0 .1* 险 j HI fAUT 呎磁PD JfAUIPU；占 MEH 印刚心-FI.5 F1.7Adnn .2 l l-C4 -=：B1 IB叭阳i FJ 办AM Pi咖i PS SrtMM MX.1M 4 PJ-7W51.PPSiRC3.UP1JuffTFTL?PS-L/lNTl1.*K牛Lh旷Nl.B出ME1 ?z/fnPRtSCTpj 酉(WTqC5 - IE PrlUF.TOCP0 PO2 WiMS

19、PC4W5咖TO!VS5附t)P23P22M3理斗obaFioCTXPJSjduEfrltoGF3EETIDi21joICCtnro; IMD2 SJ*K 歹TXpiR1DI hsh上vaidc GKD HC VtHNC gHMEA六：实验数据道路经纬度转换数据:文苑路乂卿路地钱2号统11S?55 151185464 5611&-6F27 43118*6 F18,65*113DS3 56 60,F绍度(XKnjmKK.?x32f 56 343Z 735 53*32B rsio32 f572.6GH32* F13.4rlils-xxxxx xx xx118*64*19,25118-542(1 1

20、V1180.50-11BL5443 5Z1105 50 66H，JS(xxgxx.xx32s 64.173Z 651.87*32B F10.96-329612.6032* 611 68锂XX)115443 6116523 AT11ScfiS51 24*118435 04nsfi 401F约度(XK?XXXX.XX32flGd11.693? C4G OO*32 73 73329 G.GO-32* 6380经疫 iXXXXXMX. XX)1lSr55lO 35116-5521 2T113n5&4& 38113CS441 旳118trji JrH(KKgXXXK.XX32r 619.3S3Z 612

21、1V32 6M86”32s 6527932 643 8SJxxxftxxxx XX)118lff30 76110*557143110*55T46 63啊8*5讯时1186?48 84红度XXgKX XX XX32? 66.3832 &5.4032 cicr32 711.87-32- 65C.23,XXX71XX XX XX)11S35551 32118554JX5r115W3.6B11SC56 14 94naaig.a纯度(xxgxxLxx XX)32* 631 3232a 545 773严 616 623严ne 7632fl 77 7r建筑物经纬度转换数据:MS啣Mi耳山赴丘经 决1工-乂

22、廿心XX.llEpi21 93118&443 Z lbSaL ifTBJ 3c11S-5ff2S 站-1ir57%1 Whibsi 聒lhEJi & 虫nrseosr纬 IB | 5J.-:32 G21.7712.C5Vd53Zr112511(*5629 毀11： I J4 池-】飞飞才壯砂liow.str118,555955HIkxmx xx xx空ri2胡32- ff48右屮32621 3磐 S IS 2(TJ2* 73? SC-32fl 切 4V32= 10 的“32?缶3 1S32s & 22 羽“*4.jfxi xxlitbiJi J；iisBm wlp8 Jj：. 6f11FM41

23、 6911B 5ff4311ISM3 TieUSSOLnrwja.ir1b8M3 SO32* F26 開armi-iv32p 6 4$ 50-3T310rJ2*F39 24,32* 6M1 2Tjrns itK*ff4JD!32*S24tr七：实验心得全球定位系统(Global Positioning System 简称 GPS) 是美国第二代卫星导航系统。它是在子午仪卫星导航系统的基 础上发展起来的， GPS 能提供全天候、连续、实时高精度导航 参数，实现三维定位，并可提供精确的时间信息。我们所设计 的系统具有目前 GPS 的部分功能，能在南京仙林地区内应用， 可以实现 GPS 导航定位以及

24、轨迹显示等功能。 该系统具有结构 简单，可移植性强，成本低，灵敏度高等特点，可以实现局域 GPS 导航系统，选用不同的的电子地图及应用场合，实现各种 局域车载导航，智能交通及野外探测，也可以很方便的应用到 其他导航定位场合（如校园，旅游景点等） 。八：附录 单片机部分程序/* 定位 */ #include #include #define RoadWide 0.0002 double fabs(double x) if(xname,0);while(B) k=(B-point1.y-B-point0.y)/(B-point1.x-B- point0.x);b=B-point1.y-k*B-po

25、int1.x;if(L-point.y=L-point.x*k+b)k=(B-point3.y-B-point2.y)/(B-point3.x-B-point2.x);b=B-point2.y-k*B-point2.x;if(L-point.ypoint.x*k+b)k=(B-point2.x-B-point0.x)/(B-point2.y-B- point0.y);b=B-point2.x-B-point2.y*k;if(L-point.x=L-point.y*k+b)k=(B-point3.x-B-point1.x)/(B-point3.y-B- point1.y);b=B-point3.

26、x-B-point3.y*k;if(L-point.xpoint.y*k+b)strcpy(L-name,B-name);return;B=B-Next;void LocateRoads(struct Location *L,struct Road *R)int i; double k,b; strcpy(L-name,0); while(R) for(i=0;ipointi+1.y-R-pointi.y)pointi+1.x- R-pointi.x)/ 路是东西走向时k=(R-pointi+1.y-R-pointi.y)/(R-pointi+1.x- R-pointi.x);b=R-poin

27、ti.y-k*R-pointi.x;if(L-point.x-R-pointi.x)*(L-point.x-R-pointi +1.x)point.x*k+b-L-point.y)*fabs(L-point.x* k+b-L-point.y)/(1+k*k)name,R-name);return;else/ 南北走向时k=(R-pointi+1.x-R-pointi.x)/(R-pointi+1.y-R-pointi.y);b=R-pointi.x-R-pointi.y*k;if(L-point.y-R-pointi.y)*(L-point.y-R-pointi+1.y)point.y*k+b

28、-L-point.x)*fabs(L-point.y*k+b-L-point.x)/(1+k*k)name,R-name);return;R=R-Next;void InitMap() int i;BuildingPointer=Building;RoadPointer=Road;LocationPointer=&Location;if(BuildNum=2)for(i=0;iNext=&Buildingi+1;if(RoadNum=2)for(i=0;iNext=&Roadi+1;void Locate()LocateBuildings(LocationPointer,BuildingPoi

29、nter);if(!strcmp(LocationPointer-name,0)LocateRoads(LocationPointer,RoadPointer);void main()InitMap();Locate();printf(%s,LocationPointer-name);/*GPS*/$GPRMC,010101.130, A, 3606.6834, N,12021.7778,E, 0.0,238.3, 010807,A*6C/$GPRMC, , , , , , ,/ 引用标准库的头文#include 件#include#includeLocate.c#includeLCD_TCM

30、12864N.H#define uchar unsigned char符型#define uint unsigned int 数型/ 宏定义无符号字/ 宏定义无符号整enum statusinit=0,show,searchstatus; /led 显示状态标志/0: 初始/1: 显示经纬度uchar serial_ERROR;uchar Data_BUF42;组uchar time16;uchar datacount;uchar Recive_Complete;void ConvertTime();void ConvertData();void display();/ 存放数据缓存数/ 接收

31、数据长度/GPS 数据接收完/ 液晶显示/2: 信号搜寻中 ;/* 液晶显示 */void Init_display()LCD_CLR;LCD_LINE1;Display_sentence(GPS 卫星定位系统 );void display()LCD_LINE1_3;Display_sentence(time);LCD_LINE2;if(strcmp(L,0)!=0) uint i;Display_sentence(L); for(i=0;i16-strlen(L);i+)Display_sentence( );elseD

32、isplay_sentence( );LCD_LINE3_3;LCD_LINE4_3;/ Delay(20);/ EA=1;/* 配置 GPS 模块初始化函数 */*void Init_GPS( )uchar i;uchar in=$PGRMO,4*;/ 发送数据数组for(i=0;i10;i+)TI = 0;SBUF = ini;while(!TI);/* 配置 GPS 模块使能特定几个输出语句子函数 */*void Enable_GPS( )uchar i;uchar en=$PGRMO,GPRMC,1*;/ 发送数据数组for(i=0;i15;i+)TI = 0;SBUF = eni;

33、while(!TI);/* 配置 GPS 模块禁用所有输出语句子函数 */*void Disable_GPS( )uchar i;uchar diData_BUF=$PGRMO,2*; / 发 送数据数组for(i=0;i30000)serial_ERROR=1;return SBUF; ;RI=0;return SBUF;定义/ 由code unsigned char GPS_ASC=$GPRMC;/ 特征字符串/* 串口接收中断 */void GetRs232_Data() interrupt 4于 GPS 发数据频率较快，所以中断程序必须短uchar i;RI = 0;/ 清除中断标志位

34、Data_BUF0 = SBUF;if(Data_BUF0=$)for(i=1;isizeof(GPS_ASC)-1;i+)Data_BUFi=serial_recieve();if(Data_BUFi!=GPS_ASCi) return;/否为$GPRMCfor(;isizeof(Data_BUF);i+)Data_BUFi=serial_recieve();if(serial_ERROR) / 接收中断 .串口被拔出 Recive_Complete=0;return; if(i=18&Data_BUFi=V)/GPS 未定 位Recive_Complete=2;ES=0;return;Re

35、cive_Complete=1;ES=0; / 接收完数据禁止再次接收以免数据混叠/ 串口初始化函数void Init_serial(void)SCON = 0x40;/UART 为模式 1 ，8 位数据TMOD |= 0x20;/ 定时器 1 为模式 2,8 位自动重装PCON &= 0x7f; /SMOD=0;TH1 = 0xfa; / 当 SMOD=0 时， fosc=11059200时， baud=4800TL1 = 0xfa;TR1 = 1;EA = 1;ES = 1;TR1 = 1;TI = 1;REN = 1;/ timer 1 run/ 中断允许总控位/ 串行口中断允许位/ 启

36、动定时器 1/ 允许串行接收控制位void ConvertTime()uint timex;timex=(Data_BUF7-0)*10+Data_BUF8-0+8)%24;time0=timex/10+0;time1=timex%10+0;time2=:;time3=Data_BUF9;time4=Data_BUF10;time5=:;time6=Data_BUF11;time7=Data_BUF12;void ConvertData()strcpy(L,0);/ 经度a_BUF33-0)*10+(Data_BUF34-0)+(Data_BUF35-0)*10+(Da

37、ta_BUF36-0)+(Data_BUF38-0)*1.0/10+(Data_BUF39-0)*1.0/100+(Data_BUF40-0)*1.0/1000+(Data_BUF41-0)*1.0/10000)/60;_BUF21-0)+ / 纬度(Data_BUF22-0)*10+(Data_BUF23-0)+(Data_BUF25-0)*1.0/10+(Data_BUF26-0)*1.0/1 00+(Data_BUF27-0)*1.0/1000+(Data_BUF28-0)* 1.0/10000)/60;/* 主函数 */void main( )datacount=0;Init_LCD(

38、);Init_display(); / 欢迎界面/* 初始化串口 */Init_serial();while(1) if(Recive_Complete=1)Recive_Complete=0;时间: );东经: );北纬: );if(status!=show) status=show; LCD_CLR; LCD_LINE1; Display_sentence( LCD_LINE3;Display_sentence( LCD_LINE4;Display_sentence(if(Data_BUF18=A)ConvertTime();ConvertData();Locate();display()

39、;ES=1; / 处理完数据允许接收新数据 else if(Recive_Complete=2)if(status!=search)status=search;Recive_Complete=0;LCD_CLR;LCD_LINE1;Display_sentence( 时间 : );LCD_LINE2;Display_sentence(GPS未定位 );LCD_LINE3;Display_sentence( 搜寻信号中 .);ConvertTime();LCD_LINE1_3;Display_sentence(time);ES=1; / 等待接收 GPS 数据/*LCD_TCM12864N*/#

40、ifndef LCD_TCM12864N_H_#define LCD_TCM12864N_H#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define LCD_DataP1/ 定义 P1 口为液晶uchar Busy;数据口/ 液晶忙标志sbit RS二P3八6;/ 液晶指令 / 数据选择信号sbit RW=P3A7;/液晶读写选择信号sbit E=P3A5;/液晶使能信号#define LCD_CLR#define LCD_ON#define LCD_OFF#define LCD_SETWrite_com(0x01)

41、Write_com(0x0c)Write_com(0x08)Write_com(0x30)#define LCD_LINE1Write_com(0x80)#define LCD_LINE1_1 Write_com(0x81) #define LCD_LINE1_2 Write_com(0x82)#define LCD_LINE1_3 Write_com(0x83)#define LCD_LINE1_4 Write_com(0x84) #define LCD_LINE1_5 Write_com(0x85)#define LCD_LINE1_6 Write_com(0x86)#define LCD_LINE1_7 Wri