GPS定位系统设计

1、本科毕业设计论文题目：基于GPS和GPRS远程定位系统的设计和实现作者指导教师专业班级自动化1003信息工程学院提交日期 2014年6月9日资料.工业大学本科毕业设计论文基于GPS和GPRS远程定位系统的设计和实现作者:指导教师:工业大学信息工程学院2014年6月Dissertation Submitted to Zhejiang University of Technologyfor the Degree of BachelorDesign and Implementotion of GPS- cind GPRS-Based Positio ning SystemsStudent: Pan

2、WenxiangAdvisor: Yu LiCollege of Information EngineeringZhejiang University of TechnologyJune 2014浙江工业大学毕业设计（论文）任务书专业 自动化 班 级 自动化1003 学生 文祥设计（论文）题目：基于GPS和GPRS远程定位系统的设计和实现二. 原始资料：1.艳晴等，基于GPRS/GPS的车辆监控系统的设计，微计算机信息，2004年第4期。2钟章队.GPRS通用分组无线业务人民邮电，2001。3.宁编暑。基于MDK的STM32处理器开发应用，航空航天大学。4.邵世祥，林 刚，戴美泰 GSM移动通

3、信网络优化：人民邮电2003 5. 龙，广侠，朱德生基于GSM短消息平 台的数据传输及其在物流管理中的应用军事通信技术2001.1三. 设计（论文）要求：】分析整个电路的工作原理，2.控制电路设计，3.编写控制程序和实现，4.电路、程序调试分析四. 毕业设计（论文）容：1设计（论文）说明书（根据大纲要求）万字论文2设计（论文）图纸五. 毕业设计（论文）工作期限：任务书发给日期 2013 年 12月12日设计（论文）工作自2013年 12月12日至 2014 年6月2日设计（论文）指导教师系主任主管院长基于GPS和GPRS远程定位系统的设计和实现摘要本文以“基于GPS和GPRS远程定位系统的设计

4、和实现”为主要容，利用U.blox 公司的U.blox Neo 6M GPS芯片和具有GPRS通信功能的SIM300芯片，以及STC系 列的STC12C5A60S2单片机，制作一个GPS数据接收和发送的定位终端。文章给出了 系统总体设计方案和控制终端的设计方法及开发流程。首先阐述相关的理论知识，主要包括：研究背景，研究现状，GPS的定位的原理、 GPS的组成部分、GPS的技术特点等。从该定位系统的功能和结构岀发，6分析比较 各种设计方案，最后选定最合适的设计方案。在系统设计分析的基础上，对所需硬件模 块的选取作简单介绍与分析。然后从系统的硬件电路设计、软件功能设计、以及软件硬件相结合的调试等方

5、面进 行分析与说明。硬件电路设计主要包括：单片机电路设计、串口连接电路设计、电源模 块设计、LED显示、SIM300电路设计以及GPS模块电路设计。主要通过C语言来进 行软件编写。软件程序主要包括：单片机、SIM300、GPS等模块的初始化程序、LED 显示程序以及主控程序。最后阐述了系统测试过程，并给岀测试过程中所遇到的问题的解决方案。关键词：GPS, GPRS,单片机，远程，定位系统资料.Design cind Implementation of GPS- cind GPRS-Based Positio ning SystemsABSTRACTThe main con tent of th

6、is t hesis is the t opic of desig n ond impleme nt Qtion of GPS- and GPRS- based positioning systems. Using the U_blox Neo 6M GPS module which from the U_blox Company, the SIM300 module which has the function of GPRS, the STC12 to design q GPS receiver. And this thesis w川 describe all the plane of t

7、he remote position systems design.Firstly this thesis describes the research relevant theoretical knowledge which included background, present situation, theories of GPS and the feature of GPS. Comparing the idea of every design which from the function and the structure of the position systems .Then

8、 selecting the most suitable plane from the whole. In the system design based on the analysis, will briefly introduce ond onolyses of selecting hardware moduleThen onalysis from the part of systems hardware design, so什ware design, as well as a combination of software ond hardware debugging Hordwore

9、circuit design in eludes: Microcontroller circuit design; serial conn ection circuit design; Power module circuit design; LCD display; SIM300 circuit design; GPS module circuit design. The function of so什ware design mainly uses the C language. So什ware design includes: MCUZ SIM300, GPSZ etc. of each

10、modulewhichinitialization design, LED display program, ond the main design.Finally, describes the testing of the system and solutionsencountered during the testing.Key Words: GPSZ GPRSZ MCU, Remote, Positioning Systems资料.摘要IIABSTRACTII第1章绪论21.1课题的研究背景及研究意义21研究背景2】.2研究意义21.2国外发展状况2121国发展状况2122国外发展状况2

11、1.3本课题的研究容21.4文章整体结构21.5本章小结2第2章定位系统相关技术22.1.美国GPS定位系统22.1GPS系统组成22.1.2 GPS技术特点22.1.3 GPS定位原理22.2四大系统的比较22.3 GPS定位系统的相对优势22.4 GPS定位系统的通信协议NMEA-018322.4.1 NMEA-0183通讯协议硬件接口22.4.2 NMEA-0183语句解析22.5 GPRS技术介绍22.6本章小结2第3章系统总体设计23.1系统功能与组成23.2系统设计方案的选取23.3该系统定位终端硬件模块的选取23.3.1主控制模块23.3.2定位模块23.3.3 SIM300通信

12、模块23.3.4 LCD液晶显示屏23.4本章小结2第4章系统硬件设计24.1定位系统总体硬件结构24.2单片机控制模块设计24.3 GPS接收模块设计24.4 SIM300模块设计24.4.1产品概念24.4.2 SIM卡接口及电路设计24.4.3 SIM300模块电路设计24.5电源模块设计24.6串口设计模块24.7LCD液晶模块设计24.8本章小结2第5章系统软件设计25.1 MCU控制模块的主要功能及流程设计25.2 GPS模块的主要功能及流程设计2521 GPRMC数据详解2522软件功能设计25.3 SIM300模块的主要功能与设计25.4 LCD显示模块的功能与设计25.5串口

13、操作模块设计25.6本章小结2第6章系统测试过程26.1系统测试软件介绍26.2模块联合测试26.3本章小结2第7章总结与展望27.1总结27.2展望2参考文献2附录2致21.1课题的研究背景及研究意义曾经风靡全球的定位系统(Globol Positioning System)，缩写GPS0现在定位 技术发展相当成熟的年代，GPS定位技术仍然是一块不朽的丰碑，其研究意义仍然具 有代表性。对GPS定位系统的不断研究可以使定位系统不断的向小型化，智能化与多 功能化发展。1研究背景信息革命时代，高精度的卫星导航定位技术发展迅速，应用围愈来愈广。GPS定 位系统可以比比喻成一个在太空中的设責的无线导航

14、台，该系统是由24颗定位卫星组 成，无论在什么时候，都可为地球上的各种客户确定其所在地的地理位責的经纬度以 及海拔高度等数据信息。全球卫星定位系统，即一个按相应分布原理分布在地球上空的24颗卫星组成的卫 星系统。这样的卫星系统，保证了在地球上任何一个地面位責上在同一时刻都可以同时 检测到4颗或4颗以上的卫星，从而保证卫星可以准确采集到该观测点的经度、纬度、 高度、速度等信息,迅速实现卫星导航、定位、授时等功能。还可用于飞机、船舶、车 辆以及个人导航，按指定路线精确抵达目的地。有效的降低了用户为了寻找目的地而付 岀的资源浪费，从一定程度上提高了作业效率、科学水平以及人们的生活质量。1.1.2研究

15、意义课题研究的基于GPS与GPRS的定位系统的应用领域相当广泛，基于不同的领域 都是有其相适应的研究意义，下面简单的介绍一下课题研究的几点意义： 车船防盗系统：GPS定位技术可以应用于汽车、轮船等交通设备的防盗系统。安 装该防盗系统终端在汽车、船只等设备上面，该终端能够自由的获取GPS的定位 信息，在该设备被盗的情况下就可以向终端发送定位请求，这样就可以通过接收到 由终端传来的GPS定位信息，寻找丢失的车辆与船只等。导航系统：凭借GPS的定位系统具有全球、全天候工作、高精度定位、观测时间 短等特点，在海上作业、陆路运输、野外勘测等其他行业都承担着导航定位的重任。 其他领域：除了防盗系统，导航定

16、位系统在其他的领域也同样扮演者重要的角色。例如，该定位系统为游客们在出门旅游时也提供了相当的便捷与安全。在测绘领域 也大有作为，为工程师们提供便捷服务。市场价值：随着互联网技术的不断发展，人们对高品质生活质量的不断提高，高 精度的定位电子产品以及相关技术将不断应用在人们的日常生活必需的产品中。随 着相关电子产品（例如：智能手机）的普及，该技术也将拥有巨大的市场价值。1.2国外发展状况美国GPS: GPS是由美国国防部在1970年代初开始设计与研发，直到1993年才 基本全部建成。美国政府在1994年宣布在未来10年会免费向世界各国提供GPS使 用权限，由于军事原因，美国也只会提供精度相对较低的

17、定位信息冋。这样的定位系统 也等价于为美国设计了一个退路，如果发生了军事战争，美国军方为了自己的安全，完 全可以关闭对该地区的使用权。GPS导航定位技术的研究，国外的水平都是参差不齐, 下面简单的从国、国外两个方面进行介绍。1.2.1国发展状况我国的卫星定位技术相对于一些发达国家来说起步较晚，从上个世纪八十年代初期 才开始从国外引进卫星导航技术，但我国的卫星定位技术发展却非常的迅速。现基本已 经处于国际领先水平。初期的时候，我们引进的定位技术主要用于工程测量，石油勘测 等大型项目上面在80年代末期的时候我国又再次的引进GPS定位技术，并开始 自己研发基于GPS的定位系统，该技术还只是作用于小部

18、分部分产业，但是带来相当 可观的经济效益。到上个世纪末期，中国就开始研发属于中国人自己的卫星定位系统， 并在2003年6月份，已经成功发射了覆盖整个亚洲的3个同步卫星，该定位卫星主要 用于国家安全领域，还没有发展到民用领域。这三颗卫星就标着属于中国人自己的卫星 定位系统的诞生，“北斗”导航系统冋的诞生。发展中国自己的导航定位系统，2000年10月31日和同年的12月21日，我国成 功的发射了两颗北斗一号卫星，由这两颗北斗卫星构成的独特的“双星有源定位系 统”。第三颗北斗卫星成功发射与2003年5月25日。它是北斗导航定位系统的备用 卫星，这三颗卫星组成了具有我国自主知识产权的第一代卫星导航系统

19、。1.2.2国外发展状况世界上第一个实用的卫星导航系统，是美国研制的子午仪(Transit)卫星导航系统，又 称为海军导航卫星系统(Navy Nvalgation Satellite System1131),T 1964年正式投入使 用，主要为美国海军服务,子午仪系统有4-6颗卫星组成导航卫星网刚。卫星轨道是近似 圆形的极轨道，每个轨道上有一颗卫星,卫星沿南北方向运行，轨道高约1100公里,卫星绕 地球一周的运行周期约为107分钟，子午仪系统能在全球围，全天候实现二维(经度、纬度) 定位,航行定位精度0.1-0.3海里,缺点是不能连续定位，一次定位的时间又较长，且不能确 定用户位責的高度，因此

20、限制了飞机等用户的使用。为更好地为军方和人民提供高质量的定位信息，最后美国决定于1973年开始研制 种新型卫星定位系统冋，并且命名为全球定位系统(Global Positioning System), 简称GPSo 1978年之后，一些北大西洋组织的国家和澳大利亚也参加了 GPS计划，并 于1993年全部建成X。为不受美国的限制，1999年欧洲空间局提岀并计划，准备发射30颗卫星， 为满足欧洲的海陆空导航系统等作用的定位系统，该系统就组成“伽利略”卫星 定位系统(。日本研究了一种区域性卫星导航和气象导航双重功能的导航系统【。该系统 用两颗同步卫星：一颗是通信卫星，保持飞机或船舰与地面站的通信联

21、络；另一 颗是气象卫星，用户及地面站可接收其信号，用来协助选择最佳航线。通过两颗 卫星发出的信号的应答，可实现准确定位。1.3本课题的研究容一款定位系统的终端性能的设计主要决定于GPS定位芯片的选取，以及主控 中心器材性能的选择。现在大部分的定位终端的设计基本都是基于嵌入式方案实 现的。对于本课题的研究，为了降低开发成本，主要是采用一款传统51核的STC12 单片机作为控制芯片。采取这样STC12单片机不仅克服了使用普通单片机功能单 一，资源分配不合理，或者避免使用更高端单片机的资源的浪费，从而可以降低 成本与节约资源，还可以使系统资源得到合理优化。本课题研究容：设计时GPS 定位系统采用的是

22、STC12C5A60S单片机作为主控器，U.BIox Neo 6M作为定位 信息接收模块，SIM300作为通信模块芯片，这样的搭配节约了成本缩短了开发周 期。实现功能是通过U.BIox接收GPS定位信息，单片机通过串口接收并且处理 来自GPS的信息数据，处理好的数据然后通过单片机的另一个串口发送给SIM300 模块，该模块就可以将接收到定位数据以短信形式发送给手机。这样就实现了定 位及定位信息发送的功能。1.4文章整体结构本文共分为7章，各章的主要容如下：第1章：绪论。主要介绍课题的研究背景以及研究的意义，国外发展状况和 应用现状，以及论文所需要完成的主要容以及文章的整个组织结构。第2章：定位

23、系统的相关技术介绍。本章是论文的第一个重点，主要是全方位介绍 与定位系统相关的技术，简单分析了现在最流行的GPS卫星定位系统相关定位技术， 分别从几个方面对这四个定位系统作简单的比较分析，完成分析过后然后再列出课题选 择的GPS定位系统的相对优势。章节最后对GPS定位系统的通信协议进行介绍与学习。第3章：系统总体设计。对第2章GPS定位系统展开的全方位介绍，本章将继续 围绕课题的第2个重点：定位系统总体设计框架与思路。了解系统需求，基于系统设计 原则对系统整体结构进行详细说明。这一章从系统功能、系统组成部分、系统设计方案 的选取及定位终端硬件模块的选取这四个方面为突破口进行突破。第4章：系统硬

24、件设计。充分了解系统的功能及组成部分后，本章主要阐述了定位 终端的硬件设计与实现过程。这一章主要从系统终端总体硬件结构图、单片机控制模块 选材与电路设计、GPS接收模块选材与电路设计、SIM300模块选材与电路设计、电源 模块设计、串口模块设计、LCD显示模块设计等，全面介绍定位终端硬件结构设计。第5章：系统软件设计。基于硬件电路设计的基础上，下面主要任务就是通过单片 机编写主控制程序。主控制程序编写设计模块分别从定位系统总体软件结构设计、MCU 控制模块的主要功能及流程设计、GPS模块的主要功能及流程设计、SIM300模块的主 要功能与设计、LCD显示模块的功能与设计、串口操作模块设计来进行

25、主控程序的说 明与实现。第6章：系统测试过程。整个系统的设计和以及最后的调试都是重要的环节。调试 和测试在整个系统的设计过程中占有很大比重，只有在不断的调试当中才会发现错误并 及时修改程序以达到最佳效果。本次调试分为硬件和软件调试两大部分。第7章：本次毕业设计的工作总结、不足之处以及今后继续研究的问题。1.5本章小结本章主要围绕着设计课题的研究背景和意义，国外的发展现状，论文的整体结构以 及各章节所涉及的容，为后续章节的完成打下良好的基础。第2章定位系统相关技术2.1.美国GPS定位系统GPS全球定位系统(Globol Position System),美国国防部在上个世纪70年代制 定的研究

26、计划，该计划耗资200多亿美元且历时20年，于1994年正式完成了该计划。 也就是宣布了一个具有在海陆空都能全方位的、全天候的、高效的进行定位导航的空间 卫星系统的诞生。该定位系统不是凭空而建的，而是基于美国当时军方使用的海军导航 卫星系统(Navy Nvalgation Satellite System)又重新研制的更加全方位的定位卫星 系统。按照现在的GPS定位系统的数据资料显示，该定位系统在地球上空20200公里 的空间分布了 24颗定位卫星。这24颗卫星群还包含了 3颗备用卫星，它们都是绕组 地球以近似圆形的轨道运行，24颗定位卫星平均分布在6个空间轨道上面，每个轨道 的倾角大约为55

27、度，每颗卫星的运行周期大概为11小时58分钟。这24颗卫星的分 布准则是保证我们在地球上面任何地方都可以同时观测到4颗或4颗以上的定期卫星, 这样才能保证定位的准确性、全方位及全天候性。随着GPS定位系统日益完善，互联 网技术的日益普及，应用领域也不断扩大，成为人们日常生活中的不可或缺的技术。2GPS系统组成GPS系统由三个部分组成：空间组成部分、地面监控部分、GPS接收用户部分。 下面简单的从这三个部分作简要说明。(1) 空间组成部分：这部分即是由空间分布的24颗卫星群组成的，通常记为 (21+3) GPS卫星群。24颗卫星群还包含了 3颗备用卫星，它们都是绕组地球以近似 圆形的轨道运行，2

28、4颗定位卫星平均分布在6个空间轨道上面，每个空间轨道的倾角 大约为55度左右，每颗卫星的运行周期大概为11小时58分钟。站在地球表面附近的 的观测者,每次大约时隔4分钟就会见到同一颗定位卫星。处于地球表面以上可观察到 的卫星的数量会随着时间或地点的不同而不尽相同，但是最少可观察到4颗，最多甚至可 到11颗卫星。3颗备用卫星，会在卫星发生故障的时候，根据指挥部的指令与发生故障的卫星进行替换,这就为GPS空间部分能够正常高效的工作提供了有力的保障。(2) 地面监控部分：GPST作卫星的地面监控系统主要由主控站、注入站和监测 站组成。GPS地面监控站主要由一个主控站、三个注入站和五个监测站问组成，具

29、体 如图2-1所示。主控站主要是管理、协调地面监控系统各部分的工作，采集各监测站的 数据信息，编制导航电文数据，并送往注入站。注入站再将卫星的星历注入GPS卫星, 监控该卫星的运行状态，并向该卫星发送控制指令信息；卫星维护与异常情况的处理。 主控站根据各监测站对GPS卫星的观测数据，计算各卫星的轨道参数、钟差参数等， 并将这些数据编制成导航电文，传送到注入站，再由注入站将主控站发来的导航电文注 入到相应卫星的存储器中去。如果某地面站发生故障，那么在卫星中预存的导航信息还 可用一段时间，但是导航精度会降低。GPS卫星图2-1GPS地面监控中心(3) GPS接收用户部分：即GPS信号接收机。其主要

30、功能是能够捕获到按一定 卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信 号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数 据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算 出用户所在地理位責的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机软件以及 GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单 元和接收单元两部分。接收机一般采用机和机外两种直流电源。设責机电源的目的在于 更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机电池自动充电。关机后，机电池为 RAM存储器供电，以防止数据丢失

31、。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来 越轻，便于野外观测使用呦。2.1.2 GPS技术特点(1) 定轨精度：由美国大陆基地以及美国的海外军事基地上的5个监测中心的观 测数据计算得到的广播星历。但因检测中心数量少，故该系统的卫星定轨精度不高。这 样计算的卫星定位位責切向误差围5m;径向误差围士3m;法向误差围士3m0除了 广播星历，美国国防制图局根据全球20多个卫星跟踪站的观测资料计算还有一套精密 星历，因检测中心数量多且分布围广，故该定轨精度较5个检测中心的道德数据高出一 个数量级。由国际GPS地球动力学服务组织(IGS)所测算预报的精密星历比美国军方测 定的精密星历的精度要高得多，卫

32、星位責精度可达3厘米刖。(2) 信号分量：GPS信号包含了三种信号分量，即载波、测距码和数据码。这些 信号分量都是在同一个基本频率F0二10.23MHz的控制下产生的。每个GPS卫星在两 个频率波段上发布独立信号。GPS卫星的测距和数据码是采用调相技术调制到载波上, 即在两个波段(L1二1575.42MHz和1_2二1227.6MHz)的载波信号中凶。C/A码是一种短 码，用于跟踪、锁定测量的伪随机码，码率为1.023Mb/s,波长约为300米，周期为 IMSo P码是GPS的精测码，码率10.23Mb/So(3) 定位精度：利用伪随机码的信号单机测量，理论上按照目前测距码的对齐精 度约为测距

33、码波长的1/100计算，C/A码的测距精度约为土3m;而P码的测距精度约 为士0.3m。消除公共误差提高定位精度，可利用2台以上的载波相位GPS定位仪实行 联测定位，对于载波信号单频机的相对定位精度可达：(5rnnn+2ppnn xD)其中D为 两台仪器的相对距离；对于载波信号双频机，它能有效的消除电离层延时误差，其相对 定位精度可达：( lmm+lppmxD)口。2.1.3 GPS定位原理(1) 单点动态定位：就是将一个GPS用户接收机放在一个运动着的载体上，并且 该载体能够自动地测得自己动态的实时位責，然后就通过这些实时位置获得的数据处理得到运动载体的具体运行的轨迹。该定位原理又称为“绝对

34、动态定位”。单点动态定位基本方程（2-1）。q =（XjXu ）2 +（Y,-YU）2 +（Zj Z+d（2-1）式中，Xu、丫、Zu为动态用户组在兀时刻的瞬态位責状况；式中人、连、右也是描述第 j颗GPS卫星在其运行的轨迹上瞬时位責坐标，这些坐标可根据星历计算而得到。p/为GPS信号接收机的接收天线和第j颗GPS定位卫星之间的距离，又称为“星站距 离”。d是卫星距离偏差，是由GPS信号接收机的时钟误差及其他误差因素所导致的 距离偏差。利用（2-1）计算用户的位責时，不能直接计算岀它们的三维坐标，而是只求岀了 每个坐标分量的修正量，即假设用户初始的三维坐标值为（XuoYgZu。），而计算出的三

35、 维坐标的改正值则为 八0 以及距离偏差d。然后对（2-1）式中X“ 丫“ Zu分别微分处理，便可得岀一组线性方程（22）:(2-2)(2-3)X = A-B其中，矩阵为X=AX“ 乂* X知XT,。p沁x4-x”_ 仏/ Z -乙“ 尸人 Z，-乙“P花宀/ z-z& 宀/ zy O2.4.2 NMEA-0183 语句解析NMEA-0183通讯协议所规定的通讯语句都已是以ASCII码为基础的。为了能够更 好地提取GPS信息数据，必须理解NEMA-0183协议的帧结构，其帧结构如图2-4所 示。NMEA-0183协议语句的数据格式凹如下：“$”为语句起始标志；“，”为域分 隔符；为校验和识别符

36、，其后面的两位数为校验和，代表了 “$”和“*”之间所 有字符的按位异或值；“/”为终止符，也就是ASCII字符的“回车” (0X0D)和“换 行” (0X0A)o典型的NMEA-0183语句如下面的GPRMC语句。当GPS正常工作时，语句如：$GPRMC,121252.000,A,3958.3032,N,11629.6046,E,15.15,359.95,070306,A*54 当GPS收不到卫星信号时，GPRMC语句输岀变为：$ GPRMC,121252.000, V,3958.3032,N, 11629.6046,E,15.15,359.95,070306, A*54 NMEA-0183

37、规还允许个别厂商定义私有的语句格式，这些语句以“$P”开始，然后是 三个字符长度的厂商识别号，跟着是厂商定义的数据，接下来的数据格式与标准格式相 同。如Garmin的PGRME私有格式如下：$PGRME,4.4,M,2.5,M,11.4,M*8。其中，“P”代表私有格式，“GRM”是Garmin的代码，“E”表示语句类型。Checksum rang$value*NMEA Protocol Frame图2-4 NMEA_0183协议帧结构2.5 GPRS技术介绍General Packet Radio Service的英文简称GPRS,是鼎鼎有名的通用分组无线 业务。GPRS这个业务是在当时现有

38、的GSM网络基础上面发展的一种新的业务，GPRS 的主要功能就是为当时的GSM用户提供额外的数据分组服务。GPRS和大家都很熟悉 的GSM都是采用相同的无线调制标准、频带、突发结构、跳频规则以及TDMA帧结 构。GPRS这样新的数据分组形式与当前的电路交换的话音业务信道极其相似，因此现 有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。通用分组无线业务可使用 户在点对点的分组模式下进行数据的收发，并且不需要以前交换模式下的网络资源。这 样的无线分组服务不仅高效而且低成本。GPRS的适用的数据传输模式是：间断的、突 发性的、少量的和频繁的、偶尔的大数据量传输。2.6本章小结本章主要介绍

39、了课题设计过程中的核心技术。具体容包括:全球四大定位系统介绍、 四大定位系统之间的差异、GPS定位系统相对优势，最后介绍了和课题设计相关的 NMEA-0183通讯协议和GPRS的相关知识。第3章系统总体设计3.1系统功能与组成本课题研究的对象是一个定位系统装責，该系统研究设计主要运用了 GPS技术， GPRS技术和通信技术。本系统主要通过单片机实现对GPS于SIM300模块进行连接, 利用串口通信来处理两个模块的数据，实现获取GPS的定位信息，然后通过SIM300 模块把采集的定位信息传送给相应的接收端，从而实现远程定位。本课题研究设计的远程定位系统集中了许多技术知识，其中最主要的技术就是单片

40、 机的串口操作，因为要想通过单片机对GPS模块或者SIM300模块信息的处理都必须 通过串口来进行。为了让系统能够更好地进行工作，所以系统还包括了 GPS接收模块, SIM300信息发送模块，LCD液晶显示模块等组成部分。3.2系统设计方案的选取能够实现与本系统相同功能的产品现在商场里面也有许多，但是针对不同的客户需 求，所以GPS远程定位系统的性能也不尽相同，各自的开发环境也各不相同，但是目 前他们的具体实现方案一般都可以归纳成以下几点：(1) 高性能的定位系统设计高性能的定位终端设计一般都是基于嵌入式系统来开发设计的，这样的嵌入式系统 硬件结构主要包括：微处理器或处理器、存储设备、外设器件

41、、图形处理等设备。软件 组成主要包括：操作系统和应用程序部分。在嵌入式技术高速发展的时代，不同的嵌入 式设备运用的操作系统种类也不尽相同，并且几乎每一种操作系统都会有自己对应的一 套编译环境，并且开发环境也相差较大，这对系统的移植提出了许多挑战，而且开发难 度较大，相应的开发周期比较长。开发嵌入式系统成本相对较高,对于以定位导航为主 的来说，使用嵌入式系统容易造成资源重大浪费。(2) 嵌入式PC定位系统设计嵌入式PC又称为单板计算机，嵌入式PC主要是将PC机上面的必须资源集中到块体积相对较小的单板上面而已。这块单板上面还是集成了微处理器、I/O端口、插 槽等器材，因此性能与通用的PC机没有什么

42、大差别。嵌入式PC机以各种工业控制机 为代表，主要针对工业应用方面的特殊设计，从而达到抗干扰与实现小型化的功能。在 实际的开发应用中可以将嵌入式PC看作通用PC来进行处理。一般来说，嵌入式PC 机的处理能力强于嵌入式系统，而且嵌入式PC机的外围接口相当丰富，开发时不需要 进行外围电路设计。在结构上,嵌入式PC机和通用PC-样，支持通用的PC操作系统, 通用PC的应用软件可直接进行下载移植。对于多数开发人员来说，单板机上进行应 用程序开发比较容易掌握，且开发难度小。相对于单片机和嵌入式系统，嵌入式PC开 发成本高，体积大，较适用于大型监控系统中。（3）单片机实现方案嵌入式微控制器通常都是称为单片

43、机，单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规 模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器、随机存储器、只读存储器、多种I/O 口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模 拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计 算机系统，在工业控制领域广泛应用单片机由于具有成本低、控制系统组成灵活方便、 调试方便和维护简单的特点，因此获得广泛应用。目前多数定位导航采用基于单片机的 实现方案。定位导航过程中，定位导航终端需存储大量的历史定位数据信息，一般常用 的单片机（如传统8051单片机）远不能满足存储要求，为了能够正常工作就必须扩展 fl

44、ash芯片来增加存储空间，这样不仅提高了开发成本，还降低了系统的抗干扰性。而 且一般8051单片机没有看门狗电路，程序在运行中遇到干扰容易跑飞，更增加了系统 的不稳定性。所以本课题准备采用单片机作为主控芯片，为了有更大的FlashROM,所 以选用了 STC12C5A60S作为主要处理器。STC12C5A60S单片机是一块基于传统的 51单片机核来开发的，降低了开发设计的难度，再加上这块单片机拥有60KB的 FloshROM,所以这也完全可以满足我们对存储的需求。对这三种设计的方案综合分析，最终选用了采取单片机控制，这个方案不仅经济实 惠，而且难度适中适合初级工作者设计。3.3该系统定位终端硬

45、件模块的选取3.3.1主控制模块定位系统设计性能与硬件选取有很大关系。根据上面设计方案的选取，所以主控制 芯片选择了传统51核的STC12C5A60S2单片机。选取的单片机与GPS接收机共同构 成了定位终端。整个定位系统的软件设计程序都存放在这款单片机的存储器里面。 STC12单片机通过串口与GPS接收模块进行数据处理，提取岀GPS模块传来信息里面 的定位数据，然后显示在LCD液晶显示屏上面。也可以通过单片机的串口将GPS的信 息传输到SIM300模块里面，并通过SIM300模块编辑短信，并以短息模式将这个定位 信息发送给相应的手机。3.3.2定位模块定位模块主要就是对GPS信号接收机的选取，

46、通常主要从技术参数，通信协议， 控制接口和成本几个方面考虑。日前市场上面大多数的GPS模块性能都是差不多，基 本都支持16通道，采用C/A编码。本系统综合定位精度要求选取了现在主流的U_blox 公司的U.blox Neo 6M定位芯片，这个定位精度相对较高，并且价格合理，数据传输 通过串口操作简单方便，采购的U.blox Neo 6M如图3-1所示。图 3-1 U_blox Neo 6M 实物图3.3.3 SIM300通信模块为满足数据能及时传输，选用了相对常用的短信形式来进行传输，即利用短信形式 进行传输定位信息。为了实现这一功能，就应该选择合适的通信模块。目前市场上面有 许多这样的芯片，

47、但从操作难度，适用性等方面考虑，本次设计选择了 SIMCOM公司 的SIM300模块，该模块集成了短信与GPRS两个种不同形式的数据传输方式，正好也 符合本课题的研究需求。3.3.4 LCD液晶显示屏显示界面的选择空间很大，选择的产品也比较多，主要都是看你对显示界面的要求, 可以选择LCD,也可以选择LEDo本次课题由于对显示界面要求不高，又加上作者有 对LCD显示屏有过了解，所以这次选择了 PCD8544LCD显示屏，通常又称为 NOKIA5110o PCD8544是一块低功耗的CMOS LCD控制驱动器，设计为驱动48行 84列的图形显示。所有必须的显示功能集成在一块芯片上，包括LCD电压

48、及偏責电压 发生器，只需很少外部元件且功耗小，使用相对简单方便。3.4本章小结本章主要从系统的功能、组成部分、设计方案的选取以及设计的相关硬件模块的选 材等，全方面介绍了课题的设计方法与研究方向。使读者对本课题研究有一个全方面的 了解与认识。第4章系统硬件设计4.1定位系统总体硬件结构系统主要涉及的模块有控制中心模块，GPS定位模块，SIM300通信模块，LCD液晶显示模块，串口数据传输模块等部分组成。其中总体设计框架如图4-1所示。GPS天线接口线性电源模块OV图4-1总体设计框架4.2单片机控制模块设计系统主要控制芯片选择了 STC12C5A60S单片机，下面简单介绍这款单片机的具体 性能

49、。STC12C5A60S2单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高 速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统的8051单片 机，但是速度快8-12倍。部集成了 MAX810专用的复位电路，2路PWM,8路高速10 位A/D转换。集成了两个全双工异步串行口 (UART),这个正好满足了同时对GPS模 块和SIM300的操作，符合设计需求。系统设计过程中，单片机模块的电路设计原理图如图4-2所示。r adci* i aog ui g： k lAXOCCHtttck，也corn u!:l:l:it:!.tll記KISF&-聖監卑i-1:1 , $:lll:“u:Mrl