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基于單片機(jī)的GPS全球定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)
－－軟件部分
摘 要 GPS全球定位系統(tǒng)在實(shí)際生活中被廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今信息時(shí)代發(fā)展中的重要組成部分。因其具有性能好、精度高、應(yīng)用廣的特點(diǎn)，使其成為了迄今最好的導(dǎo)航定位系統(tǒng)。本文以北京精儀達(dá)盛科技有限公司提供的GSU-38A0 GPS接收模塊為例，介紹了GPS的通信協(xié)議。討論了基于單片機(jī)的GPS接收系統(tǒng)設(shè)計(jì), 提出了對(duì)GPS全球定位系統(tǒng)定位信息的接收以及對(duì)各定位參數(shù)數(shù)據(jù)的提取方法，并給出了系統(tǒng)的硬件電路及軟件流程圖。通過本設(shè)計(jì)方法，本系統(tǒng)由單片機(jī)控制GPS模塊較為精確地計(jì)算和顯示日期、時(shí)間、經(jīng)度、緯度等衛(wèi)星信息。
關(guān)鍵詞 GPS；GSU-38A0；單片機(jī)；MGLS-12864
1引言
1.1 GPS系統(tǒng)及其工作原理
全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System 簡稱GPS）是美國第二代軍用導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位。GPS由太空衛(wèi)星、地面控制系統(tǒng)、用戶設(shè)備三個(gè)部分組成。
太空衛(wèi)星共有27顆，24顆運(yùn)行，3顆備用。24顆可操作的工作衛(wèi)星以55°的傾角分布在地球上空20～200KM的6個(gè)軌道面上。這些衛(wèi)星軌道上的分布狀態(tài)使地球上的任何位置在任意時(shí)候都可以同時(shí)收到至少6顆衛(wèi)星的定位信息，這些衛(wèi)星則不斷地給全球用戶發(fā)送位置和時(shí)間的廣播數(shù)據(jù)。
地面控制系統(tǒng)主要作用有：根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)GPS的觀測數(shù)據(jù)計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和衛(wèi)星鐘的改正參數(shù)等，并將這些數(shù)據(jù)注入到衛(wèi)星中去；對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行控制，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行發(fā)布指令；接收衛(wèi)星信號(hào)，監(jiān)測衛(wèi)星狀態(tài)等。
用戶設(shè)備用于接收GPS衛(wèi)星所發(fā)出的信號(hào)，利用這些信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)航定位等工作。
GPS系統(tǒng)的基本定位原理是：每顆GPS衛(wèi)星時(shí)刻發(fā)布其位置和時(shí)間數(shù)據(jù)信號(hào)，用戶接收機(jī)可以測量每顆衛(wèi)星信號(hào)到接收機(jī)的時(shí)間延遲，根據(jù)信號(hào)傳輸?shù)乃俣瓤梢杂?jì)算出接收機(jī)到不同衛(wèi)星的距離。同時(shí)收集至少4顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)時(shí)，就可以算出三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間。
由于GPS具有全球覆蓋以及精度高、定位速度快、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮了極大的作用，已成為了信息時(shí)代不可以或缺的一部分[1]。
1.2 本設(shè)計(jì)的主要工作
本文的主要目的是在GPS和單片機(jī)的理論和知識(shí)上，選用Atmel公司的AT89S52提取GPS模塊的接收數(shù)據(jù)并由12864液晶顯示接收數(shù)據(jù)。
在此設(shè)計(jì)過程中，主要熟悉GSU-38A0 GPS模塊各性能指標(biāo)，學(xué)習(xí)NMEA封包并懂得使用NMEA輸出命令，結(jié)合單片機(jī)串行通信知識(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)GPS接收到的衛(wèi)星信息進(jìn)行提取，并在12864液晶顯示平臺(tái)上選擇性的顯示數(shù)據(jù)。
2 GSU-38A0 GPS模塊簡介
GSU-38A0 GPS模塊是北京精儀達(dá)盛科技有限公司的產(chǎn)品。其特點(diǎn)是體積小、接口簡單、可靠性強(qiáng)，可用于DSP、ARM、單片機(jī)系統(tǒng)。，模塊5V輸入,由固定電源輸出芯片LT1085輸出3.3V電壓給GSU-38A0芯片。GPS模塊附有10米的接收天線 [2] 。
2.1 GPS接收模塊主要性能指標(biāo)
GPS具有12個(gè)數(shù)據(jù)并行接收通道，包括了8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)起始位、1個(gè)停止位、無校正位，輸出電平為CMOS電平、電流為1mA。通信方式是采用異步串行通信，默認(rèn)的通訊速率是4800baud，接收頻率為1575.42± 1.0MHz L1波段C/A碼。
GSU-38A0 GPS接收模塊可以提供經(jīng)度、緯度、速度、高度、世界協(xié)調(diào)時(shí)間、頻率和GPS衛(wèi)星軌道信息等。它的最大特點(diǎn)是：低壓3.3V供電；工作電流不高于50mA（不含天線消耗）；高靈敏度-145dBm；可以輸出時(shí)間的最小單位為0.01秒。
GPS的定位精度問題主要應(yīng)歸結(jié)于美國軍方的軍事策略（SA）。在無SA影響的情況下，當(dāng)PDOP值小于等于3，并且相對(duì)被測點(diǎn)GPS衛(wèi)星不在其軌道上所處位置良好時(shí)，得到的位置數(shù)據(jù)有95%的精度在10米以內(nèi)；另外使用差分定位技術(shù)，其范圍在2~3米左右。如果天線被遮擋或者GPS衛(wèi)星所處位置不很理想時(shí)，PDOP值會(huì)降低，而且有部分定位數(shù)據(jù)的精度可能要超出10米的范圍。
對(duì)于第一次運(yùn)行，本GPS模塊需要花費(fèi)50秒左右對(duì)接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行累計(jì)運(yùn)算后，才能完成第一次定位（即“冷啟動(dòng)” ）。自冷啟動(dòng)后，每次定位所需要的時(shí)間小于12秒。在運(yùn)行過程中定位信息大約每秒更新一次。如果收到了3顆以上符合PDOP和 HDOP門限值的衛(wèi)星信號(hào)可實(shí)現(xiàn)2維定位, 收到4顆符合PDOP和HDOP門限值的衛(wèi)星信號(hào)可實(shí)現(xiàn)3維定位。不需要初始狀態(tài)輸入和初始時(shí)刻輸入。
　　本GPS模塊有8M的flash存儲(chǔ)器，信息格式可以是NMEA-0183或Binary，采用ASCII代碼。
　　附帶的天線中心頻率為1575.42MHz，右螺旋偏振，增益大于等于-5dB，軸線比為3dB。


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