GPS模塊設計報告(共15頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上基于單片機的GPS定位設計報告GPS定位技術與應用目錄3.2 GPS的組成3緒論1.1 GPS定位系統(tǒng)簡介GPS 是英文Global Positioning System（）的簡稱，而其中文簡稱為“球位系”。GPS是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航定位系統(tǒng) 。其主要目的是為陸、海、空三大領域提供實時、 全天候和全球性的導航服務，并用于情報收集、核爆監(jiān)測和應急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實驗，耗資300億美元，到1994年3月，全球覆蓋率高達98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設完成。GPS是伴隨現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展而建立起來的新一代精密

2、衛(wèi)星導航和定位系統(tǒng)，不僅具有全球性、全天候、連續(xù)的三維測速、導航、定位與授時能力，而起且具有良好的抗干擾性和保密性。其作業(yè)特點具體體現(xiàn)在如下三個方面。（1）全球、全天候工作：GPS能為用戶提供連續(xù)、實時的三維位置、三位速度和精密時間，不受天氣的影響。（2）定位精度高：目前GPS單片機定位精度優(yōu)于10m，若采用差分定位，精度可達厘米級和毫米級。（3）功能多、應用廣：GPS不僅在測量、導航、測速、測時等方面體現(xiàn)出其便捷和快速，而且在其他方面也得到廣泛的應用。GPS技術率先在大地測量、工程測量、航空攝影測量、海洋測量、城市測量等測繪領域得到了應用。1.2 GPS定位系統(tǒng)課程設計（1）設計要求：設計一

3、個GPS模組，將模組產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C，通過單片機處理，用128*64液晶顯示器進行顯示。（2）設計目的：提高學生動手操作能力和單子產(chǎn)品設計思維，增加學生對GPS模組單片機系統(tǒng)的了解，進一步認識全球定位系統(tǒng)，理解gps參數(shù)表示，從而掌握gps定位技術與應用這門課程。（3）設計思維：由老師帶領大家了解gps定位技術，根據(jù)老師提供或者網(wǎng)上查找的資料解讀gps定位原理。最后四人一組，明確分工，做好硬件設計、硬件測試、軟件調(diào)試、設計報告編著等。任務分工小組采用四人一組的形式，本組成員分別為：18_范儒兵、16_賀威、24_朱欽鵬、28_蔣志偉項目硬件設計硬件測試軟件調(diào)試設計報告編著負責人基于單片機

4、的GPS定位原理3.1原理圖原理圖分為單片機最小系統(tǒng)和gps模組，顯示MAX232N與單片機系統(tǒng)的接口單片機最小控制系統(tǒng)GPS模組液晶顯示模塊與接口3.2 GPS的組成Gps由gps衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）和gps信號接收機（用戶設備部分）三部分組成。3.3 GPS定位數(shù)據(jù)處理將模組與單片機系統(tǒng)連接，模組的TXD、RXD與單片機的TXD、RSD引腳連接，模組將接收的定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)絾纹瑱C上，經(jīng)過單片機處理，再由液晶顯示器顯示。注：必須保證單片機的TXD、RSD引腳上不掛有除GPS模組以外的任何器件；模組的供電電壓為3.3-5V之間，電壓不得超過5V，或者源地反接，避免燒

5、壞模組；串口為TTL電平，波特率4800，數(shù)據(jù)位8，停止位1，校驗位：None。3.4 NMEA0183語句參考讀數(shù)GPS NMEA0183標準語句$GPGGA例：$GPGGA,.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,0000*1F字段0：$GPGGA，語句ID，表明該語句為Global Positioning System Fix Data（GGA）GPS定位信息字段1：UTC 時間，hhmmss.sss，時分秒格式字段2：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）字段3：緯度N（北緯）或S（南緯）字段4：經(jīng)度dddmm.mm

6、mm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）字段5：經(jīng)度E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）字段6：GPS狀態(tài)，0=未定位，1=非差分定位，2=差分定位，3=無效PPS，6=正在估算字段7：正在使用的衛(wèi)星數(shù)量（00 - 12）（前導位數(shù)不足則補0）字段8：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段9：海拔高度（-9999.9 - 99999.9）字段10：地球橢球面相對大地水準面的高度字段11：差分時間（從最近一次接收到差分信號開始的秒數(shù)，如果不是差分定位將為空）字段12：差分站ID號0000 - 1023（前導位數(shù)不足則補0，如果不是差分定位將為空）字段13：校驗值$GPGLL例：$GPGLL,4250.5

7、589,S,14718.5084,E,.999,A*2D字段0：$GPGLL，語句ID，表明該語句為Geographic Position（GLL）地理定位信息字段1：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）字段2：緯度N（北緯）或S（南緯）字段3：經(jīng)度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）字段4：經(jīng)度E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）字段5：UTC時間，hhmmss.sss格式字段6：狀態(tài)，A=定位，V=未定位字段7：校驗值$GPGSA例：$GPGSA,A,3,01,20,19,13,40.4,24.4,32.2*0A字段0：$GPGSA，語句ID，表明該語句為GPS DOP

8、 and Active Satellites（GSA）當前衛(wèi)星信息字段1：定位模式，A=自動2D/3D，M=手動2D/3D字段2：定位類型，1=未定位，2=2D定位，3=3D定位字段3：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第1信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段4：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第2信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段5：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第3信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段6：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第4信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段7：PRN碼（偽隨機噪聲碼

9、），第5信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段8：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第6信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段9：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第7信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段10：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第8信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段11：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第9信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段12：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第10信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段13：PRN碼（偽隨機噪聲碼）

10、，第11信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段14：PRN碼（偽隨機噪聲碼），第12信道正在使用的衛(wèi)星PRN碼編號（00）（前導位數(shù)不足則補0）字段15：PDOP綜合位置精度因子（0.5 - 99.9）字段16：HDOP水平精度因子（0.5 - 99.9）字段17：VDOP垂直精度因子（0.5 - 99.9）字段18：校驗值$GPGSV例：$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,13,32,252,45*70字段0：$GPGSV，語句ID，表明該語句為GPS Satellites in View（GSV）可見

11、衛(wèi)星信息字段1：本次GSV語句的總數(shù)目（1 - 3）字段2：本條GSV語句是本次GSV語句的第幾條（1 - 3）字段3：當前可見衛(wèi)星總數(shù)（00 - 12）（前導位數(shù)不足則補0）字段4：PRN 碼（偽隨機噪聲碼）（01 - 32）（前導位數(shù)不足則補0）字段5：衛(wèi)星仰角（00 - 90）度（前導位數(shù)不足則補0）字段6：衛(wèi)星方位角（00 - 359）度（前導位數(shù)不足則補0）字段7：信噪比（0099）dbHz字段8：PRN 碼（偽隨機噪聲碼）（01 - 32）（前導位數(shù)不足則補0）字段9：衛(wèi)星仰角（00 - 90）度（前導位數(shù)不足則補0）字段10：衛(wèi)星方位角（00 - 359）度（前導位數(shù)不足則補0）

12、字段11：信噪比（0099）dbHz字段12：PRN 碼（偽隨機噪聲碼）（01 - 32）（前導位數(shù)不足則補0）字段13：衛(wèi)星仰角（00 - 90）度（前導位數(shù)不足則補0）字段14：衛(wèi)星方位角（00 - 359）度（前導位數(shù)不足則補0）字段15：信噪比（0099）dbHz字段16：校驗值$GPRMC例：$GPRMC,.640,A,3158.4608,N,11848.3737,E,10.05,324.27,A*50字段0：$GPRMC，語句ID，表明該語句為Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦最小定位信息字段1：UTC時間，hh

13、mmss.sss格式字段2：狀態(tài)，A=定位，V=未定位字段3：緯度ddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）字段4：緯度N（北緯）或S（南緯）字段5：經(jīng)度dddmm.mmmm，度分格式（前導位數(shù)不足則補0）字段6：經(jīng)度E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）字段7：速度，節(jié)，Knots字段8：方位角，度字段9：UTC日期，DDMMYY格式字段10：磁偏角，（000 - 180）度（前導位數(shù)不足則補0）字段11：磁偏角方向，E=東W=西字段16：校驗值$GPVTG例：$GPVTG,89.68,T,M,0.00,N,0.0,K*5F字段0：$GPVTG，語句ID，表明該語句為Track Made Good

14、and Ground Speed（VTG）地面速度信息字段1：運動角度，000 - 359，（前導位數(shù)不足則補0）字段2：T=真北參照系字段3：運動角度，000 - 359，（前導位數(shù)不足則補0）字段4：M=磁北參照系字段5：水平運動速度（0.00）（前導位數(shù)不足則補0）字段6：N=節(jié)，Knots字段7：水平運動速度（0.00）（前導位數(shù)不足則補0）字段8：K=公里/時，km/h字段9：校驗值Data and time (ZDA) 時間和日期信息$GPZDA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>*hh<CR><LF

15、><1> UTC時間，hhmmss（時分秒）格式<2> UTC日期，日<3> UTC日期，月<4> UTC日期，年<5>時區(qū)Datum (DTM) 大地坐標系信息$GPDTM,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF><1>本地坐標系代碼 W84<2>坐標系子代碼 空<3>緯度偏移量 <4>緯度半球N（北半球）或S（南半球

16、）<5>經(jīng)度偏移量<6>經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）<7>高度偏移量<8>坐標系代碼 W84 GARMIN定義的語句1、 Estimated Error Information（PGRME）估計誤差信息$PGRME,<1>,M,<2>,M,<3>,M*hh<CR><LF><1> HPE（水平估計誤差），0.0999.9米<2> VPE（垂直估計誤差），0.0999.9米<3> EPE（位置估計誤差），0.0999.9米2、 GPS Fix Data

17、Sentence（PGRMF）GPS定位信息$PGRMF,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>,<13>,<14>,<15>*hh<CR><LF><1> GPS周數(shù)（01023）<2> GPS秒數(shù)（0）<3> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式<4> UTC時間，hhmmss（時

18、分秒）格式<5> GPS跳秒數(shù)<6> 緯度ddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）<7> 緯度半球N（北半球）或S（南半球）<8> 經(jīng)度dddmm.mmmm（度分）格式（前面的0也將被傳輸）<9> 經(jīng)度半球E（東經(jīng)）或W（西經(jīng)）<10> 模式，M=手動，A=自動<11> 定位類型，0=沒有定位，1=2D定位，2=3D定位<12> 地面速率（01851公里/小時）<13> 地面航向（000359度，以真北為參考基準）<14> PDOP位置精度因子（09，四舍五入取整

19、）<15> TDOP時間精度因子（09，四舍五入取整）3、 Map Datum（PGRMM）坐標系統(tǒng)信息$PGRMM,<1>*hh<CR><LF><1> 當前使用的坐標系名稱（數(shù)據(jù)長度可變，如“WGS 84”）注：該信息在與MapSource進行實時連接的時候使用。4、 Sensor Status Information（PGRMT）工作狀態(tài)信息$PGRMT,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>

20、*hh<CR><LF><1> 產(chǎn)品型號和軟件版本（數(shù)據(jù)長度可變，如“GPS 15L/15H VER 2.05”）<2> ROM校驗測試，P=通過，F(xiàn)=失敗<3> 接收機不連續(xù)故障，P=通過，F(xiàn)=失敗<4> 存儲的數(shù)據(jù)，R=保持，L=丟失<5> 時鐘的信息，R=保持，L=丟失<6> 振蕩器不連續(xù)漂移，P=通過，F(xiàn)=檢測到過度漂移<7> 數(shù)據(jù)不連續(xù)采集，C=正在采集，如果沒有采集則為空<8> GPS接收機溫度，單位為攝氏度<9> GPS接收機配置數(shù)據(jù)，R=保持，L=丟

21、失注：本語句每分鐘發(fā)送一次，與所選擇的波特率無關。5、 3D velocity Information（PGRMV）三維速度信息$PGRMV,<1>,<2>,<3>*hh<CR><LF><1> 東向速度，514.4514.4米/秒<2> 北向速度，514.4514.4米/秒<3> 上向速度，999.99999.9米/秒6、 DGPS Beacon Information（PGRMB）信標差分信息$PGRMB,<1>,<2>,<3>,<4>,<5&

22、gt;,K,<6>,<7>,<8>*hh<CR><LF><1> 信標站頻率（0.0，283.5325.0kHz，間隔為0.5kHz）<2> 信標比特率（0，25，50，100或200bps）<3> SNR信標信號信噪比（031）<4> 信標數(shù)據(jù)質(zhì)量（0100）<5> 與信標站的距離，單位為公里<6> 信標接收機的通訊狀態(tài)，0=檢查接線，1=無信號，2=正在調(diào)諧，3=正在接收，4=正在掃描<7> 差分源，R=RTCM，W=WAAS，N=非差分定位<

23、8> 差分狀態(tài)，A=自動，W=僅為WAAS，R=僅為RTCM，N=不接收差分信號三、TEXT文本格式說明:    區(qū)域描述:              長度:    注釋:    - - -    句頭起始符           &#

24、160;  1       始終為     - - -   /年                      2       UTC年的最后兩位數(shù)字| - - -| 月   

25、0;                  2       UTC月, "01"."12"T | - - -i | 日                  

26、    2       UTC日, "01"."31"m | - - -e | 時                      2       UTC時, "00"."23

27、"| - - -| 分                      2       UTC分, "00"."59"| - - -   秒          

28、60;           2       UTC秒, "00"."59"    - - -   /緯度半球                1     

29、;  'N' 或 'S'| - - -| 緯度坐標                7       WGS84坐標系統(tǒng)，坐標格式ddmmmmm,|                 

30、                在第4位數(shù)字后省略了一個小數(shù)點。| - - -| 經(jīng)度半球                1       'E' 或 'W'| - - -| 經(jīng)度坐標  &

31、#160;             8       WGS84坐標系統(tǒng)，坐標格式dddmmmmm,P |                          &#

32、160;      在第5位數(shù)字后省略了一個小數(shù)點。o | - - -s | 定位狀態(tài)                1       'd' 2維差分定位i |             

33、0;                   'D' 3維差分定位t |                            

34、     'g' 2維定位i |                                 'G' 3維定位o |       &#

35、160;                         'S' 模擬狀態(tài)n |                      

36、           '_' 無效| - - -| 水平定位誤差            3       單位為“米”| - - -| 高度符號              &#

37、160; 1       '+' 或 '-'| - - -   高度                    5       海拔高，單位為“米”    - - -   /東/西 速度方向&

38、#160;         1       'E' 或 'W'| - - -| 東/西速度               4       單位是“米/秒”，在第三位后省略了一個小數(shù)點，|   

39、0;                             ("1234" = 123.4 m/s)V | - - -e | 南/北 速度方向          1   

40、0;   'S' 或 'N'l |o | - - -c | 南/北 速度              4       單位是“米/秒”，在第三位后省略了一個小數(shù)點，i |                

41、;                 ("1234" = 123.4 m/s)t | - - -y | 垂直速度方向            1       'U' (上) 或 'D' (下)| - - -| 垂直速度&#

42、160;               4       單位是“米/秒”，在第二位后省略了一個小數(shù)點，                          

43、;         ("1234" = 12.34 m/s)    - - -    句尾結束符              2        回車, '0x0D', 和換行'0x0A'在目前手持項目中，正常的

44、定位或導航系統(tǒng)，基本主要完成如下的功能：讀取當前坐標使用報文：Recommended Minimum Specific GPS/TRANSIT Data（RMC）推薦定位信息讀取速度使用報文：Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息讀取方向使用報文：Track Made Good and Ground Speed（VTG）地面速度信息注：速度和方向的計算這塊，有一點需要注意，就是GPS接收機并非簡單的將兩次坐標相減進行計算，而是采用的多普勒效應進行處理，所以在實際應用中，速度和方向的計算會稍后一點延遲，因為信號是1秒接收一次，而且方向的計算還要根據(jù)前幾秒的方向進行加權平均。讀取衛(wèi)星數(shù)及狀態(tài)使用報文：GPS Satellites in View（GSV）可見衛(wèi)星信息           GPS DOP and Active Satellites（GSA）當前衛(wèi)星信息有很多種因素會影響到GPS的準確率，以下是一個GPS誤