远程定位监控毕业设计论文

1、西安工业大学北方信息工程学院西安工业大学北方信息工程学院本科毕业设计本科毕业设计( (论文论文) )题目：远程定位监控系统的硬件设计题目：远程定位监控系统的硬件设计系系 别别 电子信息系电子信息系 专专 业业 自动化自动化 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 导导 师师 年月毕业设计（论文）任务书系 别 电子系 专业 自动化 班 姓名 学号 1.毕业设计（论文）题目： 远程定位监控系统的硬件设计 2.题目背景和意义： GPS 系统是目前应用最广泛的一种基于卫星的无源定位系统。它可以提供陆海空使用者精确、持续、全天候、全球性航行、位置、和时间的信息，广泛应用于航空、航天、航海导航/制导以及地面交

2、通等场合。 本课题主要是在深入学习 GPS 系统原理的基础上,利用 GR-85 集成模块,通过单片机编程实现对导航数据的处理和显示,来达到高精度定位的目的。 3.设计(论文)的主要内容（理工科含技术指标）：（1）查阅 GPS 技术的相关文档,熟悉GPS 技术的应用；(2)学习和掌握单片机原理,软硬件接口；阅读相关英文资料,提高自己的阅读能力。(3)通过系统的设计,调试等具体工作,熟悉系统的设计过程,提高自己综合应用所学知识,独立解决问题的能力。 主要技术指标：实现单片机与 GPS 模块之间得数据通讯，并用液晶显示相应数据，达到高精度定位的目的。 4.设计的基本要求及进度安排（含起始时间、设计地

3、点）：基本要求：实现单片机与 GPS模块之间得数据通讯，并用液晶显示相应数据。 进度安排：12 周：针对原理及应用范围、主要技术难点等查阅资料，熟悉课题总体方案。36 周：确定系统功能，熟悉 GPS 模块软硬件接口以及数据包格式，熟悉单片机软硬件接口 ,以及编译环境。714 周：画出电气原理图和印制版图，完成硬件电路设计、制作调试。设计相关算法 ,调试系统。 1518 周：整理资料、撰写论文。 5.毕业设计（论文）的工作量要求 实验（时数）*或实习（天数）： 50 时 图纸（幅面和张数）*： A42 其他要求： 指导教师签名： 年 月 日 学生签名： 年 月 日 系主任审批： 年 月 日说明：

4、1 本表一式二份，一份由学生装订入册，一份教师自留。2 带*项可根据学科特点选填远程定位监控系统的硬件设计远程定位监控系统的硬件设计摘摘 要要GPS 系统是目前应用最广泛的一种基于卫星的无源定位系统。它可以提供陆海空使用者精确、持续、全天候、全球性航行、位置、和时间的信息，广泛应用于航空、航天、航海导航/制导以及地面交通等场合。在 GPS 系统对移动目标有效定位的基础上，配合 GSM 的短消息服务功能，对定位数据中的经纬度、速度、方向、时间等数据实现点对点的双向传送，可以解决监控、指挥和调度移动目标的问题，已成为当前重要的研究课题。 本课题主要是在深入学习 GPS 系统原理的基础上,设计一种以

5、 AT89S51 单片机，GPS 接收模块 TC35 为核心的小型定位系统，通过单片机编程实现对导航数据的处理和显示,同时由短信模块将定位信息发送出去，来达到高精度定位的目的。 关键词：关键词：GPS；定位；短消息；单片机控制 IHardware Design Of Remote Location MonitoringAbstractGPS system is currently the most used one based on the satellite passive location system. It can provides land users accurate, conti

6、nuous, all-weather, global navigation, position, and the time of the information, are widely used in aviation, spaceflight, maritime navigation/guidance and ground transport and so on. In the GPS system moving target for locating, and on the basis of the with GSM short message service function, the

7、longitude and latitude to positioning data, speed, direction, time and other data realize point-to-point two-way transmission, can solve monitoring, control and schedule of the moving target, has become the important research subject This topic is in further study is based on the principle of GPS sy

8、stem, design a kind of to AT89S51, GPS receiving module GR-85 and text message transceiver module TC35 as the core of the small positioning system, through the microcontroller programming realize to the navigation data processing and display, and at the same time by text message module will locate i

9、nformation sent out, to achieve the purpose of real-time, high precision positioning. Keywords: GPS; Positioning; Short message; Single-chip microcomputer controlII目目 录录1 绪论绪论.1 1.1 引言.1 1.2 研究背景及意义.1 1.3 国内外研究的相关情况.1 1.4 设计(论文)的主要内容.2 1.5 GPS 技术的前景.2 2 GPS原理原理.3 2.1 GPS 的定义.3 2.2 GPS 简介.3 2.3 组成部分.

10、4 2.3.1 空间部分.4 2.3.2 地面控制系统.4 2.3.3 用户设备系统.5 2.4 工作原理.53 硬件设计硬件设计.8 3.1 系统的总体设计.8 3.2 单片机控制电路设计.9 3.2.1 单片机的选择.9 3.2.2 单片机接口及外围电路.12 3.3 GPS 接口电路.14 3.4 GSM 模块及外围电路.14 3.5 LCD1602 液晶显示电路 .17 3.6 稳压电源电路.184 PCB 板设计板设计.20 4.1 PCB 布线.20 4.2 电源、地线的处理.20 4.3 数字电路与模拟电路的共地处理.21 4.4 大面积导体中连接腿的处理.21 4.5 布线中网

11、络系统的作用.22 4.6 设计规则检查（DRC） .225 结结 论论.23III参考文献参考文献.24致致 谢谢.25毕业设计（论文）知识产权声明毕业设计（论文）知识产权声明.26毕业设计（论文）独创性声明毕业设计（论文）独创性声明.27附录附录.281 绪论01 1 绪绪 论论1.11.1 引言引言 远程定位监控系统，即全球定位系统（Global Positioning System） 。简单地说，这是一个由覆盖全球的 24 颗卫星组成的卫星系统。这个系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到 4 颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等

12、功能。这项技术可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线，准时到达目的地。1.21.2 研究背景及意义研究背景及意义GPS 系统是目前应用最广泛的一种基于卫星的无源定位系统。它可以提供陆海空使用者精确、持续、全天候、全球性航行、位置和时间的信息，广泛应用于航空、航天、航海导航/制导以及地面交通等场合。GPS 测量技术能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通(船舶、飞机、汽车等)导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查 、精确农业以及日常生活(人员跟踪、休闲娱乐

13、)等不同领域。本课题主要是在深入学习 GPS 系统原理的基础上，利用 GR-85 集成模块，通过单片机编程实现对导航数据的处理和显示，来达到高精度定位的目的。1 1. .3 3 国内外相关研究情况国内外相关研究情况GPS 又称为全球定位系统 （Global Positioning System GPS）是美国从上世纪 70 年代开始研制，历时 20 年、耗资 200 亿美元，于 1994 年 3 月完成其整体部署，实现其全天候、高精度和全球的覆盖能力。现在 GPS 与现代通信技术相结合，使得测定地球表面三维坐标的方法从静态发展到动态，从数据后处理发展到实时的定位与导航，极大地扩展了它的应用广度

14、和深度。载波相位差分法GPS 技术可以极大提高相对定位精度，在小范围内可以达到厘米级精度。此外1 绪论1由于 GPS 测量技术对测点间地通视和几何图形等方面的要求比常规测量方法更加灵西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）2活、方便，已完全可以用来施测各种等级的控制网。GPS 全站仪的发展在地形和土地测量以及各种工程、变形、地表沉陷监测中已经得到广泛应用，在精度、效率、成本等方面显示出巨大的优越性。我国已研究构造自主的 GPS 系统，北斗卫星导航系统，是继美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的 GLONASS 之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端三部分组成，可在全球范

15、围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力。截止 2012 年 5 月在轨卫星 12 颗，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。北斗卫星导航系统将在 2020 年形成全球覆盖能力。目前其定位精度优于 20m，授时精度优于 100ns。预计到 2020 初步建立起来覆盖全球的 GPS 系统。1.41.4 设计设计( (论文论文) )的主要内容的主要内容(1) GPS 技术的相关文档,熟悉 GPS 技术的应用；(2) 学习和掌握单片机原理,软硬件接口；阅读相关英文资料,提高自己的阅读能力；(3) 通过系统的设计,调试等具体工作,熟悉系统的设计过程,提

16、高自己综合应用所学知识,独立解决问题的能力。主要技术指标：实现单片机与 GPS 模块之间得数据通讯，并用液晶显示相应数据，达到高精度定位的目的。1 1. .5 5 GPS 技技术术的的前前景景(1) 在大地测量方面，利用 GPS 技术开展国际联测，建立全球性大地控制网，提供高精度的地心坐标，测定和精化大地水准面，组织各部门参加1992 年全国 GPS 定位大会战； (2) 在工程测量方面，应用 GPS 静态相对定位技术，布设 精密工程控制网，用于城市和 矿区油田地面沉降监测、大坝变形、高层建筑变形监测，隧道贯通测量等精密工程，测绘各种 比例尺地形图 和施工放样等 ； (3) 在航空摄影测量 方

17、面，应用 GPS 技术进行航测外业控制测量、摄航飞行导航、机载 GPS 航测等航测成图等 ； (4) 在地球动力学方面，我国应用 GPS 技术于监测南极洲板块运动、青藏高原地壳运动、四川鲜水河地壳断裂运动，建立了 中国地壳形变观测网、三峡库区形变观测网、首都圈 GPS 形变监测网等 ； (5) 在海洋测绘方面，我国已经应用 GPS 技术于海洋测量、水下 地形测量。2 GPS 原理32 2 GPS 原理原理2.12.1 GPS 的定义的定义利用 GPS 定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统， GPS 是英文 Global Positioning System（全球

18、定位系统）的简称。GPS 起始于 1958 年美国军方的一个项目，1964 年投入使用。20 世纪 70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统 GPS 。主要目的是为陆海空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，经过 20 余年的研究实验，耗资 300 亿美元，到 1994 年，全球覆盖率高达 98%的 24 颗 GPS 卫星星座己布设完成。在机械领域 GPS 则有另外一种含义：产品几何技术规(Geometrical Product Specifications)简称 GPS。另外一种解释为 G/s（GB per s）。GPS 定

19、位监控系统依托全球卫星定位系统（GPS）,通过 GPS 终端、传输网络和监控中心组成三层联网式综合监管系统，从而达到对人、车辆的位置、实时移动的轨迹进行管理，例如在对车辆的管理上，GPS 定位监控系统可以提供车辆防盗、反劫、行驶路线监控、车内车外视频图像实时无线传输、事故快速响应、呼叫指挥等功能。2.2 GPS 简介简介 GPS 功能必须具备 GPS 终端、传输网络和监控平台三个要素；这三个要素缺一不可；通过这三个要素，可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功GPS 系统的前身是美军研制的一种子午仪卫星定位系统（Transit） ，1958 年研制，1964 年正式投入使用。该

20、系统用 5 到 6 颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球 13 次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS 系统的研制埋下了铺垫。由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）4为此，美国海军研究实验室（ NRL）提出了名为 Tinmation 的用 12 到18 颗卫星组成 10000km 高度的全球定位网计划，并于 67 年、69 年

21、和 74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这使GPS 系统精确定位的基础。而美国空军则提出了621-B 的以每星群 4 到 5颗卫星组成 3 至 4 个星群的计划，这些卫星中除 1 颗采用同步轨道外其余的都使用周期为 24h 的倾斜轨道，该计划以伪随机码（ PRN）为基础传播卫星测距信号，其强大的功能，当信号密度低于环境噪声的1%时也能将其检测出来。伪随机码的成功运用是 GPS 系统得以取得成功的一个重要基础。海军的计划主要用于为舰船提供低动态的2 维定位，空军的计划能供提供高动态服务，然而系统过于复杂。由于同时研制两个系统会造成巨大的费用而且这里两个计划都是为了提

22、供全球定位而设计的，所以1973 年美国国防部将 2 者合二为一，并由国防部牵头的卫星导航定位联合计划局（JPO）领导，还将办事机构设立在洛杉矶的空军航天处。该机构成员众多，包括美国陆军、海军、海军陆战队、交通部、国防制图局、北约和澳大利亚的代表。2.32.3 组成部分组成部分2.3.12.3.1 空间部分空间部分 GPS 的空间部分主要成员是卫星星座；作用是发送信号，用于测距和告知自身的位置。它是由 24 颗卫星组成（21 颗工作卫星；3 颗备用卫星） ，它位于距地表 20200km 的上空，均匀分布在 6 个轨道面上（每个轨道面 4 颗） ，轨道倾角为 55。卫星的分布使得在全球任何地方、

23、任何时间都可观测到 4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS 的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。 2.3.22.3.2 地面控制系统地面控制系统地面控制系统主要由监测站 (Monitor Station） 、主控制站（ Master Monitor Station） 、地面天线（ Ground Antenna）所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市（ Colorado Spring） 。地面控制系统的主要作用是监控、操纵系统，预报卫星轨道和钟差。地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。 2.3.3 用户设备系统用户设

24、备系统西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）5用户设备部分即 GPS 信号接收机，主要成员是接收机及其辅助设备，它的主要作用是接受信号，用于定位、测速和授时。其主要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置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及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

25、分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后机内电池为 RAM 存储器供电，以防止数据丢失。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。其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。2.42.4 工作原理工作原理GPS 导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播

26、到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到（由于大气层电离层的干扰，这一距离并不是用户与卫星之间的真实距离，而是伪距（ PR）：当 GPS 卫星正常工作时，会不断地用 1 和 0 二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。GPS 系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的 C/A 码和军用的 P(Y）码。C/A 码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距 1 微秒，相当于 300m；P 码频率10.23MHz，重复周期 266.4 天，码间距 0.1 微秒，相当于 30m。而 Y 码是在P 码的基础上形成的，保密性能更佳。导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修

27、正等信息。它是从卫星信号中解调制出来，以 50b/s 调制在载频上发射的。导航电文每个主帧中包含5 个子帧每帧长 6s。前三帧各 10 个字码；每三十秒重复一次，每小时更新一次。后两帧共 15000b。导航电文中的内容主要有遥测码、转换码、第1、2、3 数据块，其中最重要的则为星历数据。当用户接受到导航电文时，提取出卫星时间并将其与自己的时钟做对比便可得知卫星与用户的距离，再利用导航电文中的卫星星历数据推算出卫星发射电文时所处位置，用户在WGS-84 大西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）6地坐标系中的位置速度等信息便可得知。 可见 GPS 导航系统卫星部分的作用就是不断地发射导航电文

28、。然而，由于用户接受机使用的时钟与卫星星载时钟不可能总是同步，所以除了用户的三维坐标 x、y、z 外，还要引进一个 t 即卫星与接收机之间的时间差作为未知数，然后用 4 个方程将这 4 个未知数解出来。所以如果想知道接收机所处的位置，至少要能接收到 4 个卫星的信号。 GPS 接收机可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息；用于预报未来几个月内卫星所处概略位置的预报星历；用于计算定位时所需卫星坐标的广播星历，精度为几米至几十米（各个卫星不同，随时变化） ；以及GPS 系统信息，如卫星状况等。 GPS 接收机对码的量测就可得到卫星到接收机的距离，由于含有接收机卫星钟的误差及大气传播误差，故称为

29、伪距。对0A 码测得的伪距称为 UA码伪距，精度约为 20 米左右，对 P 码测得的伪距称为 P 码伪距，精度约为2 米左右。 GPS 接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频 移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周

30、模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位 精度也只能采用相位观测值。 按定位方式， GPS 定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。 在 GPS 观测量中包含了卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差，在定位计算时还要受到卫星广播星历误差的影响，在进行相对

31、定位时大部分公共误差被抵消或削弱，因此定位精度将大大提高，双频接收机可以根据两个频率的观测量抵消大气中电离层误差的主要部分，在精度要求高，接收机间距离较远时（大气有明显差别） ，应选用双频接收机。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）7 3 硬件设计83 3 硬件设计硬件设计3.13.1 系统的总体设计系统的总体设计我们的设计思想就是结合模块本身特性，采用相应的高性能单片机作为控制器，通过编程，来实现数据的处理和显示，以达到高精度定位的目的。最终确定的硬件系统主要由电源模块、单片机控制模块、GSM 短信发送模块、GPS接收模块，液晶显示模块及外围电路组成。系统总框图如图 3.1 所示：图

32、 3.1 系统总框图 系统采用 GR-85 GPS 模块用于接收 GPS 卫星的信号，从而计算出经纬度、海拔高度、日期、航向等定位信息。GPS 模块由变频器、信号通道、微处理器、存储单元和接收天线组成。GSM 短信收发模块采用西门子 TC35 模块可以方便地利用 GSM 网进行通信。GSM 模块与单片机之间采用标准的串行口进行通信，通信的最高波特率可达 115.2 kbit/s。单片机控制模块采用 W77E58 单片机接收从 GPS 模块通过串口发送过来的导航定位信息，并对这些数据进行处理而提取出所需的经纬度等信息，然后将这些有用信息按一定协议组装成数据包传递给 GSM 发送模块。液晶显示模块

33、采用 LCD1602 模块用于显示接收到的数据信息等。电源模块为整个系统提供稳定的电源。GPS 接收模块单片机控制模块液晶显示模块 电 源 模 块GSM 短信收发模块西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）93.23.2 单片机控制单片机控制电路设计电路设计3.2.13.2.1 单片机单片机的选择的选择在整个系统中，单片机控制模块是系统的核心，也是本课题的的重点，因此，一个性能较好的单片机，会提高系统的工作性能。在整体考虑系统的需求后我们选择了台湾华邦电子股份有限公司生产的 W77E58 单片机。它有 2 个增强型全双工串行通道，使得我们可以在不另外扩展串口的情况下直接使用，而且片内还带有

34、可编程看门狗定时器，这些都为我们带来了方便。W77E58 是一个快速 8051 兼容微控制器。它的内核经过重新设计，提高了时钟速度和存储器访问周期速度。经过这种改进后，在相同的时钟频率下，它的指令执行速度比标准 8051 要快许多。一般来说，按照指令的类型，W77E58的指令执行速度是标准 8051 的 1.5-3 倍。整体来看，W77E58 的速度比标准的8051 快 2.5 倍。在相同的吞吐量及低频时钟情况下，电源消耗也降低。由于采用全静态 CMOS 设计，W77E58 能够在低时钟频率下运行。W77E58 内含 32KB Flash EPROM，工作电压为 4.5v-5.5v，具有 1K

35、B 片上外部数据存储器，当用户应用时使用片上 SRAM 代替外部 SRAM，可节省更多 I/O 口。单片机接口及其外围电路如图 3.2。X Z140MZC530PC630P123456789J210KV CCS4S3S2S1R410KR310KR210KR110KC4104C3104C2104C1104V CCV CCT21T2EX2RXD 13TXD 14IN T25IN T36IN T47IN T58RST9RXD10TXD11IN T012IN T113T014T115WR16RD17X TA L218X TA L119V SS20A 821A 922A 1023A 1124A 1225

36、A 1326A 1427A 1528PSEN29A LE30EA31A D732A D633A D534A D435A D336A D237A D138A D039V DD40J1W77E58P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.5P2.6P2.7P2.0P2.1P2.2P2.3RXD 0TXD 0RXD 1TXD 1RXBTIMEMA RKRSTG SM-SW图 3.2 单片机接口及外围电路a. 主要特性主要特性:西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）10 指令与 MCS-51 兼容 32KB 可编程 FLASH EPROM 全静态工作：0Hz-40KH

37、z 与标准 80C52 管脚兼容 256 字节片内暂存 RAM 4 个 8 位 I/O 口 3 个 16 位定时器/计数器 12 个中断源，2 级中断能力 2 个增强型全双工串行通道 可编程看门狗定时器 片内振荡器和时钟电路图 3.3 W77E58 管脚图b. 管脚功能管脚功能:VDD：供电电压。VSS：接地。 P0 口：P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）11当 P1 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。P0 能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 FIASH 编程时，P0

38、 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。 P1 口：P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。P1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。 P2 口：P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被

39、外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3 口：P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个TTL 门电流。当 P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3、P1 口也可作为 W77E

40、58 的一些特殊功能口，如下所示： 管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口 1）P3.1 TXD（串行输出口 1）P3.2 /INT0（外部中断 0）P3.3 /INT1（外部中断 1）P3.4 T0（定时/计数器 0 外部输入）P3.5 T1（定时/计数器 1 外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P1.0 T2（定时/计数器 2 外部输入） P1.1 T2EX（定时/计数器 2 的重装载/捕获控制） P1.2 RXD1（串行输入口 2） P1.3 TXD1（串行输出口 2）西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）12 P1.4 I

41、NT2（外部中断 2） P1.5 /INT3（外部中断 3） P1.6 INT4（外部中断 4） P1.7 /INT5（外部中断 5） P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，保持 RST 脚两个机器周期高电平。 ALE：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。/PSEN：程序存储使

42、能。在执行取指令和 MOVC 的操作时，此管脚允许外部 ROM 数据出现在 P0 口的地址/数据总线上。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，/EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。3.2.2 单片机接口及外围电路单片机接口及外围电路（1）键盘）键盘 键盘包括模式键、递增键、递减键，模式键

43、是对系统运行模式的选则，递增和递减键是对各种参数加 1 或减 1 的操作。在本设计中 ,键盘用来设定和改变开关量的数值。电路图如图 3.4 所示。图中，S1 为开关，S2 为模式键，S3 为递增键，S4 为递减键。在高电平时的等效内阻很大，这里根据经验值选电阻为 10K，既键盘上采用的电阻为10K。系统上电后就给电容充电，当电容充满电后，这时与电容和和电阻相连的那个端口就为高电平，一旦有按键按下，这个端口就直接与地接通，变为低电平，这就表示这个按键被按下了。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）13S4S3S2S1R410KR310KR210KR110KC4104C3104C2104C1

44、104VCCP2.0P2.1P2.2P2.3图 3.4 键盘接口电路（2）复位电路）复位电路单片机系统在工作时，由于干扰等各种因素的影响，有可能出现死机现象导致单片机系统无法正常工作，为了克服这一现象，需要有复位电路。复位电路的基本要求是：在单片机上电时能可靠复位，在下电时能防止程序乱飞导致EEPROM 中的数据被修改。电路图如图 3.5 所示。当按键按下通电瞬间，稳压电源给电容充电。此时，在电容和电阻之间将有一个高电平也就是给单片机一个高电平使其复位。 随着电容充电结束，将使电容与电阻之间将呈现低电平，单片机复位结束。VCC+C710UFS6R51KR610KRST图 3.5 复位电路3.3

45、 GPS 接口电路接口电路GPS 天线会首先接收 GPS 卫星信号，经过信号处理单元，再经由 RF 射频前端将高频信号转为中、低频数字信号传送到 GPS 基带模块。实现对信号的跟西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）14踪、锁定、测量、由跟踪环路重建载波解码得广播电文，并获得伪距定位信息。GPS 接收机以 NMEA-0183 标准格式输出 GPS 定位数据，数据终端设备需要实时从 GPS 输出的 NMEA0183 数据流中得到位置信息、时间信息。GPS 接收机提供了多种语句格式，有 GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPZDA 和GPGLL 等。本系统将采用 GPRMC 格

46、式的数据。图 3.6 所示为 GPS 和单片机间的接口电路。图 3.6 中，GPS 模块通过引脚直接与单片机的的 RXB,RXD0,TXD0 相连。即分别接至中断 1，串行输入口 0，串行输出口 0。图 3.6 GSM 接口及外围电路3.4 GSM 模块模块及外围电路及外围电路TC35 是西门子公司推出的新一代无线通信 GSM 模块，主要由 GSM 基带处理器、GSM 射频模块、供电模块(ASIC)、闪存、ZIF 连接器、天线接口六部分组成。TC35 模块可以快速安全可靠地实现系统方案中的数据、语音传输、短消息服务(Short Message Service)和传真。本系统只使用短消息收发功能

47、。因此只使用 TC35 的数据输入，输出接口。需要注意的是 TC35 是作为数据通讯设备(DCE)来连接的，而不是像一般调制解调器作为数据终端设备(DTE)进行连接。TC35：西门子公司的 TC35 是一款双频 900/1800MHZ 高度集成的GSM 模块。在 GSM 网络日臻完善的今天， TC35 秉承了西门子一贯的优秀品质，它易于集成，使用它您可以在较短的时间内花费较少的成本开发出新颖的产品。在远程监控和无线公话以及无线POS 终端等领域您都能看到TC35 无线模块在发挥作用，使用它是您产品质量和性能的保证。在可以预见的将来，这些产品可以很容易向 GPRS 领域过度，您将会发现花费较少的

48、成本就能享受到 GPRS 技术带给您的方便快捷。 西门子无线产品将会以杰出的性能为您提供周到的技术支持。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）15 TC35 模块性能指标 及其特性说明如下： 信息传送内容：语音和数据 ； 电源：单电源 3.3V-5.5V； 频段：双频 GSM900MHz 和 DCS1800MHz（Phase 2+）；发射功率： 2W(GSM900MHz Class4) 1W（DCS1800MHz Class 1）； SIM 卡连接方式：外接 ； 天线：由天线连接器连接外部天线 ；温度范围：工作温度 -20C to+55C，存储温度 -30Cto+85C； 工作电流损耗

49、： 通话模式: 300mA (典型值)； 空闲模式: 3.5mA (最大值)；省电模式: 100A (最大值)； 语音解码标准 ；三种速率： 半速 (ETS 06.20) 全速(ETS 06.10) 增强型全速 (ETS 06.50/06.60/06.80)； 短信息：MT, MO, CB 和 PDU 模式； 外型尺寸：54.5 x 36 x 6.7mm； 音频接口：模拟信号（ 麦克风，耳麦，免提手柄） ； 通讯接口：RS232（指令和数据的双向传送） ； SIM 卡操作电压： 3V/1.8V； 电话薄功能： 存储于 SIM 卡中； 模块复位： 采用 AT 指令或掉电复位 ； 串口通讯波特率：

50、 300bps.115kbps； 自动波特率范围； 4.8kbps.115kbps； 软件下载功能 (improved； service and maintenance) ：通过 RS232 或 SIM 接口； 实时时钟： 可实现（时钟频率 32.768KHz）； 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）16定时器功能： 可用 AT 命令编程。图 3.7 GSM 接口及外围电路如图 3.7 所示，TC35 的 RXD1 对应单片机的 RXD1,TC35 的 TXD1 对应单片机的 TXD1。系统加电后，为使 TC35 进人工作状态。必须给 IGT 加一延时大于 100 ms 的低电平信号，

51、且该信号下降沿时间小于 1 ms。启动后 IGT 应保持高电平(3.3 V)。驱动 IGT 时 TC35 的供电电压不能低于 33V，否则 TC35 不能被激活。TC35 的数据输入输出接口实际上是一个串行异步收发器，符合ITURS232 接口标准。它有固定的参数：8 位数据位和 l 位停止位，无校验位，波特率为 300 bs115 kbs 可选。 ZIF 连接器给 SIM 卡接口提供 6 针，其中所添加的 CCIN 引脚用来检测 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。当插入 SIM 卡，该引脚置为高电平，系统方可进入正常工作状态。连接器的 SYNC 脚控制灯的状态，以此判断 TC35 的工作

52、状态。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）173.5 LCD1602 液晶显示电路液晶显示电路液晶显示模块由于具有体积小、功耗低、超薄轻巧等优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到了广泛应用。本文所采用的 LCD1602 是工业字符型液晶显示模块， 能够同时显示 16x02 即 32 个字符（16 列 2 行）。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等点阵型液晶模块它有若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图

53、形 。 a.LCD1602 采用标准的 16 脚接口，其中：第 12 脚：VSS 为电源地；VDD 接 5V 电源正极；第 3 脚：VO 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高；第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平 1 时选择数据寄存器、低电平 0 时选择指令寄存器；第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作；第 6 脚：E(或 EN)端为使能(enable)端；第 714 脚：D0D7 为 8 位双向数据端；第 1516 脚：空脚或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。b.LCD1602 的特性有：+5V

54、 电压，对比度可调； 内含复位电路； 提供各种控制命令 ,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能；有 80 字节显示数据存储器 DDRAM； 内建有 192 个 5X7 点阵的字型的字符发生器 CGROM； 8 个可由用户自定义的 5X7 的字符发生器 CGRAM。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）18图 3.8 LCD1602 接口电路字符型 LCD1602 与单片机 W77E58 的数据连线接口电路如图 3.8 所示，图中，单片机接口 P0 口直接与液晶模块的数据口相接，W77E58 的 P2.7 口用于控制 RS 寄存器选择，P2.6 口用于控制 R/W 读写选择，P

55、2.5 口则用来控制 E 使能信号，这样的设计让接口连接简单化，也便于编程。系统调试正确后，LCD 将直观显示出观测点所在经度，纬度及时间三种定位信息。3.6 稳压电源电路稳压电源电路LM7805 为 3 端正稳压电路,TO-220 封装，能提供多种固定的输出电压，应用范围广。内含过流、过热和过载保护电路。带散热片时，输出电流可达 1A。虽然是固定稳压电路，但使用外接元件，可获得不同的电压和电流。其主要特点如下：1）输出电流可达 1A2）输出电压有：5V3) 内部有过热保护4）内部有短路限流电路5）输出晶体管安全范围补偿6）极限参数（Ta=25） VI输入电压(VO=518V) 35V西安工业

56、大学北方信息工程学院毕业设计（论文）19 RJC热阻（结到壳） 5/W RJA热阻（结到空气） 65/W TOPR工作结温范围 0125如图 3.9 所示电路为输出电压+5V，+3.3V 的稳压电源。它由桥式整流电路D1D4，滤波电容 C8、C10，防止自激电容 C9、C11 和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。 图 3.9 LM805 稳压电源电路图220V 交流市电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1D4 和滤波电容 C8 的整流和滤波，在固定式三端稳压器 LM7805 的 Vin 和GND 两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的

57、波动或负载的变化等原因而发生变化)。此直流电压经过 LM7805 的稳压和 C10 的滤波便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。本稳压电源可作为 TTL 电路或单片机电路的电源。而在用电阻进行分压后得到 3.3V稳定电压，可用于对 TC35 模块进行供电。三端稳压器是一种标准化、系列化的通用线性稳压电源集成电路，以其体积小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用简捷方便等特点，成为目前稳压电源中应用最为广泛的一种单片式集成稳压器件。4 PCB 板设计204 PCB 板的设计板的设计4.1 PCB 布线布线在 PCB 设计中，布线是完成产品设计的重要步骤，可以说前面的准备工作都是

58、为它而做的， 在整个 PCB 中，以布线的设计过程限定最高，技巧最细、工作量最大。PCB 布线有单面布线、 双面布线及多层布线。布线的方式也有两种：自动布线及交互式布线，在自动布线之前， 可以用交互式预先对要求比较严格的线进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行， 以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。自动布线的布通率，依赖于良好的布局，布线规则可以预先设定， 包括走线的弯曲次数、导通孔的数目、步进的数目等。一般先进行探索式布经线，快速地把短线连通， 然后进行迷宫式布线，先把要布的连线进行全局的布线路径优化，它可以根据需要断开已布的线。 并试

59、着重新再布线，以改进总体效果。 对目前高密度的 PCB 设计已感觉到贯通孔不太适应了， 它浪费了许多宝贵的布线通道，为解决这一矛盾，出现了盲孔和埋孔技术，它不仅完成了导通孔的作用， 还省出许多布线通道使布线过程完成得更加方便，更加流畅，更为完善，PCB 板的设计过程是一个复杂而又简单的过程，要想很好地掌握它，还需广大电子工程设计人员去自已体会， 才能得到其中的真谛。4.2 电源、地线的处理电源、地线的处理 a. 既使在整个 PCB 板中的布线完成得都很好，但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰，会使产品的性能下降，有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线要认真对待，把电、地线所产

60、生的噪音干扰降到最低限度，以保证产品的质量。对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因， 现只对降低式抑制噪音作以表述：众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容；西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）21b. 尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线电源线信号线，通常信号线宽为：0.20.3mm,最经细宽度可达0.050.07mm,电源线为 1.22.5 mm , 对数字电路的 PCB 可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) ；c. 用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接