遠(yuǎn)程定位監(jiān)控畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )題目：遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)題目：遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系系 別別 電子信息系電子信息系 專專 業(yè)業(yè) 自動(dòng)化自動(dòng)化 班班 級級 姓姓 名名 學(xué)學(xué) 號號 導(dǎo)導(dǎo) 師師 年月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書系 別 電子系 專業(yè) 自動(dòng)化 班 姓名 學(xué)號 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義： GPS 系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種基于衛(wèi)星的無源定位系統(tǒng)。它可以提供陸海空使用者精確、持續(xù)、全天候、全球性航行、位置、和時(shí)間的信息，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海導(dǎo)航/制導(dǎo)以及地面交

2、通等場合。 本課題主要是在深入學(xué)習(xí) GPS 系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上,利用 GR-85 集成模塊,通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理和顯示,來達(dá)到高精度定位的目的。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：（1）查閱 GPS 技術(shù)的相關(guān)文檔,熟悉GPS 技術(shù)的應(yīng)用；(2)學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)原理,軟硬件接口；閱讀相關(guān)英文資料,提高自己的閱讀能力。(3)通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì),調(diào)試等具體工作,熟悉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程,提高自己綜合應(yīng)用所學(xué)知識,獨(dú)立解決問題的能力。 主要技術(shù)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 GPS 模塊之間得數(shù)據(jù)通訊，并用液晶顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)，達(dá)到高精度定位的目的。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地

3、點(diǎn)）：基本要求：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 GPS模塊之間得數(shù)據(jù)通訊，并用液晶顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。 進(jìn)度安排：12 周：針對原理及應(yīng)用范圍、主要技術(shù)難點(diǎn)等查閱資料，熟悉課題總體方案。36 周：確定系統(tǒng)功能，熟悉 GPS 模塊軟硬件接口以及數(shù)據(jù)包格式，熟悉單片機(jī)軟硬件接口 ,以及編譯環(huán)境。714 周：畫出電氣原理圖和印制版圖，完成硬件電路設(shè)計(jì)、制作調(diào)試。設(shè)計(jì)相關(guān)算法 ,調(diào)試系統(tǒng)。 1518 周：整理資料、撰寫論文。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 50 時(shí) 圖紙（幅面和張數(shù)）*： A42 其他要求： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日說明：

4、1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊，一份教師自留。2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)摘摘 要要GPS 系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種基于衛(wèi)星的無源定位系統(tǒng)。它可以提供陸海空使用者精確、持續(xù)、全天候、全球性航行、位置、和時(shí)間的信息，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海導(dǎo)航/制導(dǎo)以及地面交通等場合。在 GPS 系統(tǒng)對移動(dòng)目標(biāo)有效定位的基礎(chǔ)上，配合 GSM 的短消息服務(wù)功能，對定位數(shù)據(jù)中的經(jīng)緯度、速度、方向、時(shí)間等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的雙向傳送，可以解決監(jiān)控、指揮和調(diào)度移動(dòng)目標(biāo)的問題，已成為當(dāng)前重要的研究課題。 本課題主要是在深入學(xué)習(xí) GPS 系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)一種以

5、 AT89S51 單片機(jī)，GPS 接收模塊 TC35 為核心的小型定位系統(tǒng)，通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理和顯示,同時(shí)由短信模塊將定位信息發(fā)送出去，來達(dá)到高精度定位的目的。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：GPS；定位；短消息；單片機(jī)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 錄錄1 緒論緒論.1 1.1 引言.1 1.2 研究背景及意義.1 1.3 國內(nèi)外研究的相關(guān)情況.1 1.4 設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容.2 1.5 GPS 技術(shù)的前景.2 2 GPS原理原理.3 2.1 GPS 的定義.3 2.2 GPS 簡介.3 2.3 組成部分.

10、4 2.3.1 空間部分.4 2.3.2 地面控制系統(tǒng).4 2.3.3 用戶設(shè)備系統(tǒng).5 2.4 工作原理.53 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì).8 3.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì).8 3.2 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì).9 3.2.1 單片機(jī)的選擇.9 3.2.2 單片機(jī)接口及外圍電路.12 3.3 GPS 接口電路.14 3.4 GSM 模塊及外圍電路.14 3.5 LCD1602 液晶顯示電路 .17 3.6 穩(wěn)壓電源電路.184 PCB 板設(shè)計(jì)板設(shè)計(jì).20 4.1 PCB 布線.20 4.2 電源、地線的處理.20 4.3 數(shù)字電路與模擬電路的共地處理.21 4.4 大面積導(dǎo)體中連接腿的處理.21 4.5 布線中網(wǎng)

11、絡(luò)系統(tǒng)的作用.22 4.6 設(shè)計(jì)規(guī)則檢查（DRC） .225 結(jié)結(jié) 論論.23III參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).24致致 謝謝.25畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明.26畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明.27附錄附錄.281 緒論01 1 緒緒 論論1.11.1 引言引言 遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)，即全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System） 。簡單地說，這是一個(gè)由覆蓋全球的 24 顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測到 4 顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等

12、功能。這項(xiàng)技術(shù)可以用來引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。1.21.2 研究背景及意義研究背景及意義GPS 系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種基于衛(wèi)星的無源定位系統(tǒng)。它可以提供陸?？帐褂谜呔_、持續(xù)、全天候、全球性航行、位置和時(shí)間的信息，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海導(dǎo)航/制導(dǎo)以及地面交通等場合。GPS 測量技術(shù)能夠快速、高效、準(zhǔn)確地提供點(diǎn)、線、面要素的精確三維坐標(biāo)以及其他相關(guān)信息，具有全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事、民用交通(船舶、飛機(jī)、汽車等)導(dǎo)航、大地測量、攝影測量、野外考察探險(xiǎn)、土地利用調(diào)查 、精確農(nóng)業(yè)以及日常生活(人員跟蹤、休閑娛樂

13、)等不同領(lǐng)域。本課題主要是在深入學(xué)習(xí) GPS 系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，利用 GR-85 集成模塊，通過單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理和顯示，來達(dá)到高精度定位的目的。1 1. .3 3 國內(nèi)外相關(guān)研究情況國內(nèi)外相關(guān)研究情況GPS 又稱為全球定位系統(tǒng) （Global Positioning System GPS）是美國從上世紀(jì) 70 年代開始研制，歷時(shí) 20 年、耗資 200 億美元，于 1994 年 3 月完成其整體部署，實(shí)現(xiàn)其全天候、高精度和全球的覆蓋能力。現(xiàn)在 GPS 與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，使得測定地球表面三維坐標(biāo)的方法從靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài)，從數(shù)據(jù)后處理發(fā)展到實(shí)時(shí)的定位與導(dǎo)航，極大地?cái)U(kuò)展了它的應(yīng)用廣度

14、和深度。載波相位差分法GPS 技術(shù)可以極大提高相對定位精度，在小范圍內(nèi)可以達(dá)到厘米級精度。此外1 緒論1由于 GPS 測量技術(shù)對測點(diǎn)間地通視和幾何圖形等方面的要求比常規(guī)測量方法更加靈西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2活、方便，已完全可以用來施測各種等級的控制網(wǎng)。GPS 全站儀的發(fā)展在地形和土地測量以及各種工程、變形、地表沉陷監(jiān)測中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在精度、效率、成本等方面顯示出巨大的優(yōu)越性。我國已研究構(gòu)造自主的 GPS 系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，是繼美國的全球定位系統(tǒng)（GPS）和俄羅斯的 GLONASS 之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成，可在全球范

15、圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并兼具短報(bào)文通信能力。截止 2012 年 5 月在軌衛(wèi)星 12 顆，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш健⒍ㄎ缓褪跁r(shí)能力。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將在 2020 年形成全球覆蓋能力。目前其定位精度優(yōu)于 20m，授時(shí)精度優(yōu)于 100ns。預(yù)計(jì)到 2020 初步建立起來覆蓋全球的 GPS 系統(tǒng)。1.41.4 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)( (論文論文) )的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容(1) GPS 技術(shù)的相關(guān)文檔,熟悉 GPS 技術(shù)的應(yīng)用；(2) 學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)原理,軟硬件接口；閱讀相關(guān)英文資料,提高自己的閱讀能力；(3) 通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì),調(diào)試等具體工作,熟悉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程,提

16、高自己綜合應(yīng)用所學(xué)知識,獨(dú)立解決問題的能力。主要技術(shù)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 GPS 模塊之間得數(shù)據(jù)通訊，并用液晶顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)，達(dá)到高精度定位的目的。1 1. .5 5 GPS 技技術(shù)術(shù)的的前前景景(1) 在大地測量方面，利用 GPS 技術(shù)開展國際聯(lián)測，建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標(biāo)，測定和精化大地水準(zhǔn)面，組織各部門參加1992 年全國 GPS 定位大會(huì)戰(zhàn)； (2) 在工程測量方面，應(yīng)用 GPS 靜態(tài)相對定位技術(shù)，布設(shè) 精密工程控制網(wǎng)，用于城市和 礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測、大壩變形、高層建筑變形監(jiān)測，隧道貫通測量等精密工程，測繪各種 比例尺地形圖 和施工放樣等 ； (3) 在航空攝影測量 方

17、面，應(yīng)用 GPS 技術(shù)進(jìn)行航測外業(yè)控制測量、攝航飛行導(dǎo)航、機(jī)載 GPS 航測等航測成圖等 ； (4) 在地球動(dòng)力學(xué)方面，我國應(yīng)用 GPS 技術(shù)于監(jiān)測南極洲板塊運(yùn)動(dòng)、青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)、四川鮮水河地殼斷裂運(yùn)動(dòng)，建立了 中國地殼形變觀測網(wǎng)、三峽庫區(qū)形變觀測網(wǎng)、首都圈 GPS 形變監(jiān)測網(wǎng)等 ； (5) 在海洋測繪方面，我國已經(jīng)應(yīng)用 GPS 技術(shù)于海洋測量、水下 地形測量。2 GPS 原理32 2 GPS 原理原理2.12.1 GPS 的定義的定義利用 GPS 定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)， GPS 是英文 Global Positioning System（全球

18、定位系統(tǒng)）的簡稱。GPS 起始于 1958 年美國軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964 年投入使用。20 世紀(jì) 70年代，美國陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng) GPS 。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過 20 余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資 300 億美元，到 1994 年，全球覆蓋率高達(dá) 98%的 24 顆 GPS 衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。在機(jī)械領(lǐng)域 GPS 則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)(Geometrical Product Specifications)簡稱 GPS。另外一種解釋為 G/s（GB per s）。GPS 定

19、位監(jiān)控系統(tǒng)依托全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）,通過 GPS 終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心組成三層聯(lián)網(wǎng)式綜合監(jiān)管系統(tǒng)，從而達(dá)到對人、車輛的位置、實(shí)時(shí)移動(dòng)的軌跡進(jìn)行管理，例如在對車輛的管理上，GPS 定位監(jiān)控系統(tǒng)可以提供車輛防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控、車內(nèi)車外視頻圖像實(shí)時(shí)無線傳輸、事故快速響應(yīng)、呼叫指揮等功能。2.2 GPS 簡介簡介 GPS 功能必須具備 GPS 終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺三個(gè)要素；這三個(gè)要素缺一不可；通過這三個(gè)要素，可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控及呼叫指揮等功GPS 系統(tǒng)的前身是美軍研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Transit） ，1958 年研制，1964 年正式投入使用。該

20、系統(tǒng)用 5 到 6 顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球 13 次，并且無法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，為GPS 系統(tǒng)的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國海陸空三軍及民用部門都感到迫切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4為此，美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室（ NRL）提出了名為 Tinmation 的用 12 到18 顆衛(wèi)星組成 10000km 高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并于 67 年、69 年

21、和 74年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了原子鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)，這使GPS 系統(tǒng)精確定位的基礎(chǔ)。而美國空軍則提出了621-B 的以每星群 4 到 5顆衛(wèi)星組成 3 至 4 個(gè)星群的計(jì)劃，這些衛(wèi)星中除 1 顆采用同步軌道外其余的都使用周期為 24h 的傾斜軌道，該計(jì)劃以偽隨機(jī)碼（ PRN）為基礎(chǔ)傳播衛(wèi)星測距信號，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號密度低于環(huán)境噪聲的1%時(shí)也能將其檢測出來。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是 GPS 系統(tǒng)得以取得成功的一個(gè)重要基礎(chǔ)。海軍的計(jì)劃主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的2 維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)，然而系統(tǒng)過于復(fù)雜。由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用而且這里兩個(gè)計(jì)劃都是為了提

22、供全球定位而設(shè)計(jì)的，所以1973 年美國國防部將 2 者合二為一，并由國防部牽頭的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)劃局（JPO）領(lǐng)導(dǎo)，還將辦事機(jī)構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。該機(jī)構(gòu)成員眾多，包括美國陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國防制圖局、北約和澳大利亞的代表。2.32.3 組成部分組成部分2.3.12.3.1 空間部分空間部分 GPS 的空間部分主要成員是衛(wèi)星星座；作用是發(fā)送信號，用于測距和告知自身的位置。它是由 24 顆衛(wèi)星組成（21 顆工作衛(wèi)星；3 顆備用衛(wèi)星） ，它位于距地表 20200km 的上空，均勻分布在 6 個(gè)軌道面上（每個(gè)軌道面 4 顆） ，軌道傾角為 55。衛(wèi)星的分布使得在全球任何地方、

23、任何時(shí)間都可觀測到 4 顆以上的衛(wèi)星，并能在衛(wèi)星中預(yù)存導(dǎo)航信息，GPS 的衛(wèi)星因?yàn)榇髿饽Σ恋葐栴}；隨著時(shí)間的推移，導(dǎo)航精度會(huì)逐漸降低。 2.3.22.3.2 地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)地面控制系統(tǒng)主要由監(jiān)測站 (Monitor Station） 、主控制站（ Master Monitor Station） 、地面天線（ Ground Antenna）所組成，主控制站位于美國科羅拉多州春田市（ Colorado Spring） 。地面控制系統(tǒng)的主要作用是監(jiān)控、操縱系統(tǒng)，預(yù)報(bào)衛(wèi)星軌道和鐘差。地面控制站負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息，并計(jì)算衛(wèi)星星歷、相對距離，大氣校正等數(shù)據(jù)。 2.3.3 用戶設(shè)備系統(tǒng)用戶設(shè)

24、備系統(tǒng)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5用戶設(shè)備部分即 GPS 信號接收機(jī)，主要成員是接收機(jī)及其輔助設(shè)備，它的主要作用是接受信號，用于定位、測速和授時(shí)。其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。當(dāng)接收機(jī)捕獲到跟蹤的衛(wèi)星信號后，就可測量出接收天線至衛(wèi)星的偽距離和距離的變化率，解調(diào)出衛(wèi)星軌道參數(shù)等數(shù)據(jù)。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，接收機(jī)中的微處理計(jì)算機(jī)就可按定位解算方法進(jìn)行定位計(jì)算，計(jì)算出用戶所在地理位置的經(jīng)緯度、高度、速度、時(shí)間等信息。接收機(jī)硬件和機(jī)內(nèi)軟件以及GPS 數(shù)據(jù)的后處理軟件包構(gòu)成完整的 GPS 用戶設(shè)備。 GPS 接收機(jī)的結(jié)構(gòu)分為天線單元和接收單元兩部

25、分。接收機(jī)一般采用機(jī)內(nèi)和機(jī)外兩種直流電源源。設(shè)置機(jī)內(nèi)電源的目的在于更換外電源時(shí)不中斷連續(xù)觀測。在用機(jī)外電源時(shí)機(jī)內(nèi)電池自動(dòng)充電。關(guān)機(jī)后機(jī)內(nèi)電池為 RAM 存儲(chǔ)器供電，以防止數(shù)據(jù)丟失。目前各種類型的接受機(jī)體積越來越小，重量越來越輕，便于野外觀測使用。其次則為使用者接收器，現(xiàn)有單頻與雙頻兩種，但由于價(jià)格因素，一般使用者所購買的多為單頻接收器。2.42.4 工作原理工作原理GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理是測量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號傳播

26、到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（ PR）：當(dāng) GPS 衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用 1 和 0 二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS 系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的 C/A 碼和軍用的 P(Y）碼。C/A 碼頻率1.023MHz，重復(fù)周期一毫秒，碼間距 1 微秒，相當(dāng)于 300m；P 碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期 266.4 天，碼間距 0.1 微秒，相當(dāng)于 30m。而 Y 碼是在P 碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修

27、正等信息。它是從衛(wèi)星信號中解調(diào)制出來，以 50b/s 調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5 個(gè)子幀每幀長 6s。前三幀各 10 個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次。后兩幀共 15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測碼、轉(zhuǎn)換碼、第1、2、3 數(shù)據(jù)塊，其中最重要的則為星歷數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶接受到導(dǎo)航電文時(shí)，提取出衛(wèi)星時(shí)間并將其與自己的時(shí)鐘做對比便可得知衛(wèi)星與用戶的距離，再利用導(dǎo)航電文中的衛(wèi)星星歷數(shù)據(jù)推算出衛(wèi)星發(fā)射電文時(shí)所處位置，用戶在WGS-84 大西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6地坐標(biāo)系中的位置速度等信息便可得知。 可見 GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星部分的作用就是不斷地發(fā)射導(dǎo)航電文

28、。然而，由于用戶接受機(jī)使用的時(shí)鐘與衛(wèi)星星載時(shí)鐘不可能總是同步，所以除了用戶的三維坐標(biāo) x、y、z 外，還要引進(jìn)一個(gè) t 即衛(wèi)星與接收機(jī)之間的時(shí)間差作為未知數(shù)，然后用 4 個(gè)方程將這 4 個(gè)未知數(shù)解出來。所以如果想知道接收機(jī)所處的位置，至少要能接收到 4 個(gè)衛(wèi)星的信號。 GPS 接收機(jī)可接收到可用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級的時(shí)間信息；用于預(yù)報(bào)未來幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化） ；以及GPS 系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。 GPS 接收機(jī)對碼的量測就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，由于含有接收機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為

29、偽距。對0A 碼測得的偽距稱為 UA碼偽距，精度約為 20 米左右，對 P 碼測得的偽距稱為 P 碼偽距，精度約為2 米左右。 GPS 接收機(jī)對收到的衛(wèi)星信號，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻 移影響的衛(wèi)星信號載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)刻量測，保持對衛(wèi)星信號的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測值的精度高至毫米，但前提是解出整周

30、模糊度，因此只有在相對定位、并有一段連續(xù)觀測值時(shí)才能使用相位觀測值，而要達(dá)到優(yōu)于米級的定位 精度也只能采用相位觀測值。 按定位方式， GPS 定位分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。 在 GPS 觀測量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對

31、定位時(shí)大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個(gè)頻率的觀測量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(shí)（大氣有明顯差別） ，應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7 3 硬件設(shè)計(jì)83 3 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)3.13.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)我們的設(shè)計(jì)思想就是結(jié)合模塊本身特性，采用相應(yīng)的高性能單片機(jī)作為控制器，通過編程，來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示，以達(dá)到高精度定位的目的。最終確定的硬件系統(tǒng)主要由電源模塊、單片機(jī)控制模塊、GSM 短信發(fā)送模塊、GPS接收模塊，液晶顯示模塊及外圍電路組成。系統(tǒng)總框圖如圖 3.1 所示：圖

32、 3.1 系統(tǒng)總框圖 系統(tǒng)采用 GR-85 GPS 模塊用于接收 GPS 衛(wèi)星的信號，從而計(jì)算出經(jīng)緯度、海拔高度、日期、航向等定位信息。GPS 模塊由變頻器、信號通道、微處理器、存儲(chǔ)單元和接收天線組成。GSM 短信收發(fā)模塊采用西門子 TC35 模塊可以方便地利用 GSM 網(wǎng)進(jìn)行通信。GSM 模塊與單片機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的串行口進(jìn)行通信，通信的最高波特率可達(dá) 115.2 kbit/s。單片機(jī)控制模塊采用 W77E58 單片機(jī)接收從 GPS 模塊通過串口發(fā)送過來的導(dǎo)航定位信息，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而提取出所需的經(jīng)緯度等信息，然后將這些有用信息按一定協(xié)議組裝成數(shù)據(jù)包傳遞給 GSM 發(fā)送模塊。液晶顯示模塊

33、采用 LCD1602 模塊用于顯示接收到的數(shù)據(jù)信息等。電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。GPS 接收模塊單片機(jī)控制模塊液晶顯示模塊 電 源 模 塊GSM 短信收發(fā)模塊西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）93.23.2 單片機(jī)控制單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)電路設(shè)計(jì)3.2.13.2.1 單片機(jī)單片機(jī)的選擇的選擇在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)控制模塊是系統(tǒng)的核心，也是本課題的的重點(diǎn)，因此，一個(gè)性能較好的單片機(jī)，會(huì)提高系統(tǒng)的工作性能。在整體考慮系統(tǒng)的需求后我們選擇了臺灣華邦電子股份有限公司生產(chǎn)的 W77E58 單片機(jī)。它有 2 個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行通道，使得我們可以在不另外擴(kuò)展串口的情況下直接使用，而且片內(nèi)還帶有

34、可編程看門狗定時(shí)器，這些都為我們帶來了方便。W77E58 是一個(gè)快速 8051 兼容微控制器。它的內(nèi)核經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，提高了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問周期速度。經(jīng)過這種改進(jìn)后，在相同的時(shí)鐘頻率下，它的指令執(zhí)行速度比標(biāo)準(zhǔn) 8051 要快許多。一般來說，按照指令的類型，W77E58的指令執(zhí)行速度是標(biāo)準(zhǔn) 8051 的 1.5-3 倍。整體來看，W77E58 的速度比標(biāo)準(zhǔn)的8051 快 2.5 倍。在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源消耗也降低。由于采用全靜態(tài) CMOS 設(shè)計(jì)，W77E58 能夠在低時(shí)鐘頻率下運(yùn)行。W77E58 內(nèi)含 32KB Flash EPROM，工作電壓為 4.5v-5.5v，具有 1K

35、B 片上外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，當(dāng)用戶應(yīng)用時(shí)使用片上 SRAM 代替外部 SRAM，可節(jié)省更多 I/O 口。單片機(jī)接口及其外圍電路如圖 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圖 3.2 單片機(jī)接口及外圍電路a. 主要特性主要特性:西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10 指令與 MCS-51 兼容 32KB 可編程 FLASH EPROM 全靜態(tài)工作：0Hz-40KH

37、z 與標(biāo)準(zhǔn) 80C52 管腳兼容 256 字節(jié)片內(nèi)暫存 RAM 4 個(gè) 8 位 I/O 口 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 12 個(gè)中斷源，2 級中斷能力 2 個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行通道 可編程看門狗定時(shí)器 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路圖 3.3 W77E58 管腳圖b. 管腳功能管腳功能:VDD：供電電壓。VSS：接地。 P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)，P0

38、 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被

39、外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè)TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3、P1 口也可作為 W77E

40、58 的一些特殊功能口，如下所示： 管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口 1）P3.1 TXD（串行輸出口 1）P3.2 /INT0（外部中斷 0）P3.3 /INT1（外部中斷 1）P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 外部輸入）P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P1.0 T2（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 外部輸入） P1.1 T2EX（定時(shí)/計(jì)數(shù)器 2 的重裝載/捕獲控制） P1.2 RXD1（串行輸入口 2） P1.3 TXD1（串行輸出口 2）西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12 P1.4 I

41、NT2（外部中斷 2） P1.5 /INT3（外部中斷 3） P1.6 INT4（外部中斷 4） P1.7 /INT5（外部中斷 5） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期高電平。 ALE：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。/PSEN：程序存儲(chǔ)使

42、能。在執(zhí)行取指令和 MOVC 的操作時(shí)，此管腳允許外部 ROM 數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 P0 口的地址/數(shù)據(jù)總線上。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.2.2 單片機(jī)接口及外圍電路單片機(jī)接口及外圍電路（1）鍵盤）鍵盤 鍵盤包括模式鍵、遞增鍵、遞減鍵，模式鍵

43、是對系統(tǒng)運(yùn)行模式的選則，遞增和遞減鍵是對各種參數(shù)加 1 或減 1 的操作。在本設(shè)計(jì)中 ,鍵盤用來設(shè)定和改變開關(guān)量的數(shù)值。電路圖如圖 3.4 所示。圖中，S1 為開關(guān)，S2 為模式鍵，S3 為遞增鍵，S4 為遞減鍵。在高電平時(shí)的等效內(nèi)阻很大，這里根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值選電阻為 10K，既鍵盤上采用的電阻為10K。系統(tǒng)上電后就給電容充電，當(dāng)電容充滿電后，這時(shí)與電容和和電阻相連的那個(gè)端口就為高電平，一旦有按鍵按下，這個(gè)端口就直接與地接通，變?yōu)榈碗娖?，這就表示這個(gè)按鍵被按下了。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13S4S3S2S1R410KR310KR210KR110KC4104C3104C2104C1

44、104VCCP2.0P2.1P2.2P2.3圖 3.4 鍵盤接口電路（2）復(fù)位電路）復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)，由于干擾等各種因素的影響，有可能出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)無法正常工作，為了克服這一現(xiàn)象，需要有復(fù)位電路。復(fù)位電路的基本要求是：在單片機(jī)上電時(shí)能可靠復(fù)位，在下電時(shí)能防止程序亂飛導(dǎo)致EEPROM 中的數(shù)據(jù)被修改。電路圖如圖 3.5 所示。當(dāng)按鍵按下通電瞬間，穩(wěn)壓電源給電容充電。此時(shí)，在電容和電阻之間將有一個(gè)高電平也就是給單片機(jī)一個(gè)高電平使其復(fù)位。 隨著電容充電結(jié)束，將使電容與電阻之間將呈現(xiàn)低電平，單片機(jī)復(fù)位結(jié)束。VCC+C710UFS6R51KR610KRST圖 3.5 復(fù)位電路3.3

45、 GPS 接口電路接口電路GPS 天線會(huì)首先接收 GPS 衛(wèi)星信號，經(jīng)過信號處理單元，再經(jīng)由 RF 射頻前端將高頻信號轉(zhuǎn)為中、低頻數(shù)字信號傳送到 GPS 基帶模塊。實(shí)現(xiàn)對信號的跟西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14蹤、鎖定、測量、由跟蹤環(huán)路重建載波解碼得廣播電文，并獲得偽距定位信息。GPS 接收機(jī)以 NMEA-0183 標(biāo)準(zhǔn)格式輸出 GPS 定位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備需要實(shí)時(shí)從 GPS 輸出的 NMEA0183 數(shù)據(jù)流中得到位置信息、時(shí)間信息。GPS 接收機(jī)提供了多種語句格式，有 GPGGA，GPGSA，GPGSV，GPRMC，GPZDA 和GPGLL 等。本系統(tǒng)將采用 GPRMC 格

46、式的數(shù)據(jù)。圖 3.6 所示為 GPS 和單片機(jī)間的接口電路。圖 3.6 中，GPS 模塊通過引腳直接與單片機(jī)的的 RXB,RXD0,TXD0 相連。即分別接至中斷 1，串行輸入口 0，串行輸出口 0。圖 3.6 GSM 接口及外圍電路3.4 GSM 模塊模塊及外圍電路及外圍電路TC35 是西門子公司推出的新一代無線通信 GSM 模塊，主要由 GSM 基帶處理器、GSM 射頻模塊、供電模塊(ASIC)、閃存、ZIF 連接器、天線接口六部分組成。TC35 模塊可以快速安全可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù)(Short Message Service)和傳真。本系統(tǒng)只使用短消息收發(fā)功能

47、。因此只使用 TC35 的數(shù)據(jù)輸入，輸出接口。需要注意的是 TC35 是作為數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)來連接的，而不是像一般調(diào)制解調(diào)器作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)進(jìn)行連接。TC35：西門子公司的 TC35 是一款雙頻 900/1800MHZ 高度集成的GSM 模塊。在 GSM 網(wǎng)絡(luò)日臻完善的今天， TC35 秉承了西門子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，它易于集成，使用它您可以在較短的時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無線公話以及無線POS 終端等領(lǐng)域您都能看到TC35 無線模塊在發(fā)揮作用，使用它是您產(chǎn)品質(zhì)量和性能的保證。在可以預(yù)見的將來，這些產(chǎn)品可以很容易向 GPRS 領(lǐng)域過度，您將會(huì)發(fā)現(xiàn)花費(fèi)較少的

48、成本就能享受到 GPRS 技術(shù)帶給您的方便快捷。 西門子無線產(chǎn)品將會(huì)以杰出的性能為您提供周到的技術(shù)支持。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15 TC35 模塊性能指標(biāo) 及其特性說明如下： 信息傳送內(nèi)容：語音和數(shù)據(jù) ； 電源：單電源 3.3V-5.5V； 頻段：雙頻 GSM900MHz 和 DCS1800MHz（Phase 2+）；發(fā)射功率： 2W(GSM900MHz Class4) 1W（DCS1800MHz Class 1）； SIM 卡連接方式：外接 ； 天線：由天線連接器連接外部天線 ；溫度范圍：工作溫度 -20C to+55C，存儲(chǔ)溫度 -30Cto+85C； 工作電流損耗

49、： 通話模式: 300mA (典型值)； 空閑模式: 3.5mA (最大值)；省電模式: 100A (最大值)； 語音解碼標(biāo)準(zhǔn) ；三種速率： 半速 (ETS 06.20) 全速(ETS 06.10) 增強(qiáng)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； 音頻接口：模擬信號（ 麥克風(fēng)，耳麥，免提手柄） ； 通訊接口：RS232（指令和數(shù)據(jù)的雙向傳送） ； SIM 卡操作電壓： 3V/1.8V； 電話薄功能： 存儲(chǔ)于 SIM 卡中； 模塊復(fù)位： 采用 AT 指令或掉電復(fù)位 ； 串口通訊波特率：

50、 300bps.115kbps； 自動(dòng)波特率范圍； 4.8kbps.115kbps； 軟件下載功能 (improved； service and maintenance) ：通過 RS232 或 SIM 接口； 實(shí)時(shí)時(shí)鐘： 可實(shí)現(xiàn)（時(shí)鐘頻率 32.768KHz）； 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16定時(shí)器功能： 可用 AT 命令編程。圖 3.7 GSM 接口及外圍電路如圖 3.7 所示，TC35 的 RXD1 對應(yīng)單片機(jī)的 RXD1,TC35 的 TXD1 對應(yīng)單片機(jī)的 TXD1。系統(tǒng)加電后，為使 TC35 進(jìn)人工作狀態(tài)。必須給 IGT 加一延時(shí)大于 100 ms 的低電平信號，

51、且該信號下降沿時(shí)間小于 1 ms。啟動(dòng)后 IGT 應(yīng)保持高電平(3.3 V)。驅(qū)動(dòng) IGT 時(shí) TC35 的供電電壓不能低于 33V，否則 TC35 不能被激活。TC35 的數(shù)據(jù)輸入輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITURS232 接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8 位數(shù)據(jù)位和 l 位停止位，無校驗(yàn)位，波特率為 300 bs115 kbs 可選。 ZIF 連接器給 SIM 卡接口提供 6 針，其中所添加的 CCIN 引腳用來檢測 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。當(dāng)插入 SIM 卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。連接器的 SYNC 腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷 TC35 的工作

52、狀態(tài)。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）173.5 LCD1602 液晶顯示電路液晶顯示電路液晶顯示模塊由于具有體積小、功耗低、超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。本文所采用的 LCD1602 是工業(yè)字符型液晶顯示模塊， 能夠同時(shí)顯示 16x02 即 32 個(gè)字符（16 列 2 行）。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7 或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖

53、形 。 a.LCD1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中：第 12 腳：VSS 為電源地；VDD 接 5V 電源正極；第 3 腳：VO 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高；第 4 腳：RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器；第 5 腳：RW 為讀寫信號線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操作；第 6 腳：E(或 EN)端為使能(enable)端；第 714 腳：D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端；第 1516 腳：空腳或背燈電源。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。b.LCD1602 的特性有：+5V

54、 電壓，對比度可調(diào)； 內(nèi)含復(fù)位電路； 提供各種控制命令 ,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能；有 80 字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 DDRAM； 內(nèi)建有 192 個(gè) 5X7 點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器 CGROM； 8 個(gè)可由用戶自定義的 5X7 的字符發(fā)生器 CGRAM。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18圖 3.8 LCD1602 接口電路字符型 LCD1602 與單片機(jī) W77E58 的數(shù)據(jù)連線接口電路如圖 3.8 所示，圖中，單片機(jī)接口 P0 口直接與液晶模塊的數(shù)據(jù)口相接，W77E58 的 P2.7 口用于控制 RS 寄存器選擇，P2.6 口用于控制 R/W 讀寫選擇，P

55、2.5 口則用來控制 E 使能信號，這樣的設(shè)計(jì)讓接口連接簡單化，也便于編程。系統(tǒng)調(diào)試正確后，LCD 將直觀顯示出觀測點(diǎn)所在經(jīng)度，緯度及時(shí)間三種定位信息。3.6 穩(wěn)壓電源電路穩(wěn)壓電源電路LM7805 為 3 端正穩(wěn)壓電路,TO-220 封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。其主要特點(diǎn)如下：1）輸出電流可達(dá) 1A2）輸出電壓有：5V3) 內(nèi)部有過熱保護(hù)4）內(nèi)部有短路限流電路5）輸出晶體管安全范圍補(bǔ)償6）極限參數(shù)（Ta=25） VI輸入電壓(VO=518V) 35V西安工業(yè)

56、大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）19 RJC熱阻（結(jié)到殼） 5/W RJA熱阻（結(jié)到空氣） 65/W TOPR工作結(jié)溫范圍 0125如圖 3.9 所示電路為輸出電壓+5V，+3.3V 的穩(wěn)壓電源。它由橋式整流電路D1D4，濾波電容 C8、C10，防止自激電容 C9、C11 和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡捷方便地搭成的。 圖 3.9 LM805 穩(wěn)壓電源電路圖220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1D4 和濾波電容 C8 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vin 和GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱?/p>

57、波動(dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化)。此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和 C10 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。而在用電阻進(jìn)行分壓后得到 3.3V穩(wěn)定電壓，可用于對 TC35 模塊進(jìn)行供電。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。4 PCB 板設(shè)計(jì)204 PCB 板的設(shè)計(jì)板的設(shè)計(jì)4.1 PCB 布線布線在 PCB 設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說前面的準(zhǔn)備工作都是

58、為它而做的， 在整個(gè) PCB 中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。PCB 布線有單面布線、 雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動(dòng)布線及交互式布線，在自動(dòng)布線之前， 可以用交互式預(yù)先對要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行布線，輸入端與輸出端的邊線應(yīng)避免相鄰平行， 以免產(chǎn)生反射干擾。必要時(shí)應(yīng)加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動(dòng)布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預(yù)先設(shè)定， 包括走線的彎曲次數(shù)、導(dǎo)通孔的數(shù)目、步進(jìn)的數(shù)目等。一般先進(jìn)行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通， 然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線。 并試

59、著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。 對目前高密度的 PCB 設(shè)計(jì)已感覺到貫通孔不太適應(yīng)了， 它浪費(fèi)了許多寶貴的布線通道，為解決這一矛盾，出現(xiàn)了盲孔和埋孔技術(shù)，它不僅完成了導(dǎo)通孔的作用， 還省出許多布線通道使布線過程完成得更加方便，更加流暢，更為完善，PCB 板的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜而又簡單的過程，要想很好地掌握它，還需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員去自已體會(huì)， 才能得到其中的真諦。4.2 電源、地線的處理電源、地線的處理 a. 既使在整個(gè) PCB 板中的布線完成得都很好，但由于電源、 地線的考慮不周到而引起的干擾，會(huì)使產(chǎn)品的性能下降，有時(shí)甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、 地線的布線要認(rèn)真對待，把電、地線所產(chǎn)

60、生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。對每個(gè)從事電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程人員來說都明白地線與電源線之間噪音所產(chǎn)生的原因， 現(xiàn)只對降低式抑制噪音作以表述：眾所周知的是在電源、地線之間加上去耦電容；西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21b. 盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線電源線信號線，通常信號線寬為：0.20.3mm,最經(jīng)細(xì)寬度可達(dá)0.050.07mm,電源線為 1.22.5 mm , 對數(shù)字電路的 PCB 可用寬的地導(dǎo)線組成一個(gè)回路, 即構(gòu)成一個(gè)地網(wǎng)來使用(模擬電路的地不能這樣使用) ；c. 用大面積銅層作地線用,在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接