基于GPS的四軸飛行器的導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計VIP

1、 密級： 題 目：四軸飛行器的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院： 系 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)教師： 職稱： 起訖日期： 目錄摘 要1第一章 緒論31.1 四軸飛行器定義31.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢3第二章 四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊分析實(shí)現(xiàn)設(shè)計52.1 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)程序流程圖52.2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方向框圖52.3 GPS導(dǎo)航模塊介紹62.4 GPS導(dǎo)航模塊協(xié)議信息接收分析設(shè)計62.5 GPS導(dǎo)航模塊協(xié)議信息提取設(shè)計92.6 LCD12864液晶顯示設(shè)計102.7 按鍵響應(yīng)設(shè)計10第三章 四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊硬件設(shè)計113.1 最小系統(tǒng)硬件設(shè)計113.1.1 單片機(jī)

2、STC89C52113.1.2 單片機(jī)晶振部分123.1.3 單片機(jī)復(fù)位部分133.1.4 電源模塊部分133.1.5 輕觸按鍵控制部分143.2 12864液晶顯示硬件設(shè)計143.3 GPS導(dǎo)航模塊硬件設(shè)計17第四章 結(jié)束語184.1 展望184.2 小結(jié)與體會18參考文獻(xiàn)19附錄20目錄內(nèi)容：中文宋體，英文和數(shù)字Times New Roman，小四頁碼編號：摘要,Abstract使用頁碼“I,II,”；正文開始使用頁碼“1,2,3,”；小節(jié)標(biāo)題左側(cè)縮進(jìn)1字符；頁碼數(shù)字居中對齊 摘要四軸飛行器的GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計摘 要在四軸飛行器誕生之前，如某地發(fā)生災(zāi)害，救援人員到達(dá)現(xiàn)場路途艱辛，派無人機(jī)探

3、路雖可以節(jié)省時間成本很高，動輒幾十萬。而且一些地方要求微小的操作空間，這時四軸飛行器的優(yōu)勢就凸顯出來。但同時，在一些如氣象部門或者測繪部門等等的四軸飛行器的使用中，四軸飛行器的一些短板就日益凸現(xiàn)出來。例如飛行器的續(xù)航問題，飛行規(guī)劃問題等。在一些沒有導(dǎo)航儀的飛行器上我們想知道飛行器的位置我們都無從知曉。對于此問題的解決辦法就是給飛行器安裝一個GPS導(dǎo)航儀并配備自動導(dǎo)航系統(tǒng)。下文就是關(guān)于基于GPS的四軸飛行器的導(dǎo)航系統(tǒng)的設(shè)計。本文致力于研究四軸飛行器在GPS導(dǎo)航的前提下能夠?qū)崟r顯示飛行器的當(dāng)前時間，位置有經(jīng)度和緯度，海拔和速度信息。為以后四軸飛行器的自主導(dǎo)航研究打下基礎(chǔ)。本文的重要步驟如下：（1）

4、 讀取U-blox公司的VK1612U7M3型GPS導(dǎo)航模塊從衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)并分析提取我們需要的時間、位置、速度等信息。（2） 把從GPS模塊提取的信息經(jīng)過MCU處理后由LCD12864液晶直觀的顯示出來，并且能通過按鍵切換不同的顯示界面。關(guān)鍵詞：GPS，LCD12864，四軸飛行器注意格式1AbstractThe Design of GPS navigation system for QuadrotorAbstractAbstract: Before the invention of quadrotor, It's hard for rescue workers to arrive

5、if a disaster occurs. Sending an UAV can be quick but it usually costs a lot, even hundreds of thousands. Some places require small operating space, then the advantages quadrotor would stand out.The use of quadrotor has been in lots of area such as the meteorological department or surveying and mapp

6、ing departments. But at the same time, its disadvantages such as endurance and path planning come out gradually. We have no way to figure out the location of some aircrafts without navigator. We can solve this problem by installing a GPS navigator on the aircraft with an automatic navigation system.

7、 In the next, I give my design on GPS-based navigation system of the quadrotor.In this paper, we were devoted to find out if the quadrotor equipped with GPS navigation able to show the real-time and the position including longitude ,latitude, altitude and speed information during the flight. My rese

8、arch will lay great foundation for future research of quadrotor autonomous navigation. I do it as follows:(1) Read the U-blox company's GPS navigation data of VK1612U7M3 received from the satellite and analyze the extraction time we need, location, speed and other information.(2) Handle the info

9、rmation extracted from the GPS module with MCU, then visual displays it with LCD12864, switching the key can get different displays.Keywords: GPS，LCD12864，quadrotor.2第一章 緒論第一章 緒論1.1 四軸飛行器定義圖1-1 四軸飛行器四軸飛行器是微型飛行器的其中一種，也是一種智能機(jī)器人。其構(gòu)造特點(diǎn)是在它的四個角上各裝有一旋翼，由電機(jī)分別帶動，葉片可以正傳，也可以反轉(zhuǎn)。為了保持飛行器的穩(wěn)定飛行，在四軸飛行器上裝有3個方向的陀螺儀和3軸

10、加速度傳感器組成慣性導(dǎo)航模塊，通過電子調(diào)控器來保證其快速飛行。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢四軸飛行器可搭載GPS、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、高清攝像頭、各種科研設(shè)備甚至武器系統(tǒng),民用型的飛行器可執(zhí)行災(zāi)情調(diào)查救援任務(wù);各種通訊中繼等。軍用的飛行器可執(zhí)行高空定點(diǎn)偵查,情報搜尋以及武裝攻擊等高風(fēng)險任務(wù)。在中國有一家世界級的全球頂尖的無人機(jī)飛行平臺和影像系統(tǒng)自主研發(fā)和制造商深圳市大疆創(chuàng)新科技有限公司(DJI),其成立于2006年,作為一家在無人飛行器控制系統(tǒng)及無人機(jī)解決方案的研發(fā)和生產(chǎn)商在全球處于領(lǐng)先地位,在全球有40多個國家都有它的客戶。通過大疆不斷的努力并致力于為無人機(jī)工業(yè)、行業(yè)用戶以及專業(yè)航拍應(yīng)用提供性

11、能最、體驗(yàn)最好的革命性智能解決方案和飛控產(chǎn)品。作為全球頂尖的無人機(jī)飛行平臺和影像系統(tǒng)自主研發(fā)和制造商，DJI大疆創(chuàng)新始終以領(lǐng)先的技術(shù)和尖端的產(chǎn)品為發(fā)展核心。從最早的商用飛行控制系統(tǒng)起步，逐步研發(fā)推出了ACE直升機(jī)飛控系統(tǒng)、多旋翼飛控系統(tǒng)、S1000筋斗云高畫質(zhì)專業(yè)飛行平臺、多旋翼一體機(jī)Phantom、Ronin三軸手持云臺系統(tǒng)等產(chǎn)品系列。不僅填補(bǔ)了國內(nèi)外多項(xiàng)技術(shù)空白，并成為全球同行業(yè)中領(lǐng)軍企業(yè)。目前，DJI以“飛行影像系統(tǒng)”為核心發(fā)展方向，通過多層次的空中照相機(jī)方案，帶給人類全新的飛行感官體驗(yàn)，使得飛行在普羅大眾中皆能隨心所欲。下圖1-2為大疆無人機(jī)的幾款無人機(jī)產(chǎn)品。圖1-2 大疆無人機(jī)的幾款

12、無人機(jī)產(chǎn)品在國外，在德國，由德國MICRODRONES公司生產(chǎn)的型號MD4-200四旋翼飛行器如圖1-3，機(jī)體采用碳塑材料，因而它兼具輕巧和高強(qiáng)度的特點(diǎn)，同時該材料也使MD4-200可以抗電磁干擾。其AAHRS(高度、姿態(tài)和航向參考系統(tǒng))使用了如下幾種傳感器：加速計、陀螺儀、磁力計、氣壓計、濕度計、溫度計。通過使用4個同步無刷直驅(qū)電馬達(dá)，飛行器的噪音非常小(當(dāng)轉(zhuǎn)速小于2000轉(zhuǎn)/分鐘，在3米處噪音小于63分貝)。選配的GPS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)空間位置鎖定與自動航點(diǎn)導(dǎo)航功能，還可以選擇以microSD卡作為記錄器的飛行記錄儀來實(shí)時記錄和分析飛行數(shù)據(jù)，所有重要的飛行數(shù)據(jù)都可以下載到數(shù)據(jù)中心，包括電池狀態(tài)

13、、高度、姿態(tài)、位置、飛行時間等。MD4-200還具有安全保護(hù)措施以避免墜毀，它能夠在電量不足和失去控制信號時自主降落。目前MD4-200可以完成一次充電不低于20分鐘的飛行時間。2006年4月在德國上市以來，短短的16個月里，在歐洲已經(jīng)銷售了超過250套MD4-200四旋翼飛行器系統(tǒng)，它們被用于許多不同領(lǐng)域：航空攝影、空中考古、空中監(jiān)視、植被調(diào)查、消防救災(zāi)、邊境控制、警察、特種部隊(duì)和軍隊(duì)等等。圖1-3 德國MICRODRONES公司生產(chǎn)的型號MD4-200四旋翼飛行器31第二章 四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊分析實(shí)現(xiàn)設(shè)計第二章 四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊分析實(shí)現(xiàn)設(shè)計2.1 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)程序流

14、程圖程序流程圖是人們對解決程序問題的方法，思路或者算法的一種描述。流程圖的優(yōu)點(diǎn)是：采用簡單規(guī)范的符號，畫法簡單。結(jié)構(gòu)清晰，邏輯性強(qiáng)。便與描述，容易理解。程序流程圖不能隨意畫，一旦隨意畫就會顯得程序結(jié)構(gòu)雜亂無章，這樣的程序讓人非常難以理解和接受，并且容易出錯。因此程序必須遵守三個結(jié)構(gòu)：順序結(jié)構(gòu)，選擇結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)。在流程圖中，不同的圖形代表著不同的含義。圖2-1為本設(shè)計的程序流程：圖2-1 程序流程圖2.2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方向框圖GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案框圖如圖2-2所示，系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)作為控制器。顯示界面采用12864點(diǎn)陣液晶顯示屏顯示GPS芯片接收到的定位數(shù)據(jù)、時間數(shù)

15、據(jù)以及單片機(jī)發(fā)出的導(dǎo)航數(shù)據(jù)。GPS模塊型號為U-blox公司的VK1612U7M3型。圖2-2 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案框圖在本課題中，主要研究內(nèi)容有3個方面：GPS導(dǎo)航系統(tǒng)設(shè)計、按鍵響應(yīng)設(shè)計、LCD12864同步顯示設(shè)計。2.3 GPS導(dǎo)航模塊介紹GPS導(dǎo)航模塊設(shè)計：GPS模塊型號為U-blox公司的VK1612U7M3型。該模塊的優(yōu)勢是靈敏度高，跟蹤靈敏度-165dBm，捕捉靈敏度-148dBm，功耗在60mw左右，通訊方式是TTL電平(默認(rèn)波特率9600)。冷啟動平均33秒，熱啟動平均只要1秒。在自動模式下精度小于2.5m，在SBAS模式下精度小于3m。設(shè)置一個按鍵，用以切換不同界面。圖

16、2-3為GPS導(dǎo)航模塊實(shí)物圖：圖2-3 GPS導(dǎo)航模塊實(shí)物圖2.4 GPS導(dǎo)航模塊協(xié)議信息接收分析設(shè)計在上文中已經(jīng)介紹了GPS導(dǎo)航模塊，在下文中主要介紹GPS導(dǎo)航模塊的工作方式，數(shù)據(jù)分析提取方式。GPS定位系統(tǒng)的工作原理是由地面主控站收集各監(jiān)測站的觀測資料和氣象信息,計算各衛(wèi)星的星歷表及衛(wèi)星鐘改正數(shù),按規(guī)定的格式編輯導(dǎo)航電文,通過地面上的注入站向GPS衛(wèi)星注入這些信息。測量定位時,用戶可以利用接收機(jī)的儲存星歷得到各個衛(wèi)星的粗略位置。根據(jù)這些數(shù)據(jù)和自身位置,由計算機(jī)選擇衛(wèi)星與用戶聯(lián)線之間張角較大的四顆衛(wèi)星作為觀測對象。觀測時,接收機(jī)利用碼發(fā)生器生成的信息與衛(wèi)星接收的信號進(jìn)行相關(guān)處理,并根據(jù)導(dǎo)航電

17、文的時間標(biāo)和子幀計數(shù)測量用戶和衛(wèi)星之間的偽距。將修正后的偽距及輸入的初始數(shù)據(jù)及四顆衛(wèi)星的觀測值列出3個觀測方程式,即可解出接收機(jī)的位置,并轉(zhuǎn)換所需要的坐標(biāo)系統(tǒng),以達(dá)到定位目的。如此GPS芯片就能接收從衛(wèi)星發(fā)來的一系列GPS數(shù)據(jù)信息。我們需要的就是從這些數(shù)據(jù)中分析提取出我們需要的時間、位置、速度信息。該協(xié)議信息包括GGA位置測定系統(tǒng)的定位資料、GSV導(dǎo)航衛(wèi)星資料、RMC導(dǎo)航衛(wèi)星特定精簡資料、VTG方向及速度等相關(guān)資料。這里以接收GGA數(shù)據(jù)為例，給出的格式如下：$GPGGA,hhmmss,dddmm.mmmm,a,dddmm.mmmm,a,x,xx,x.x,x.x,M,M,x.x,xxxx*CS例

18、1：$GPGGA,153925.00,2839.70832,N,11547.48216,E,1,05,1.96,58.0,M,-4.3,M,*78圖2-4.1 坐標(biāo)定位通過下文所述可讀出上面例子中的位置信息為：北緯28度39.70832分，西經(jīng)115度47.48216分，格林威治時間為：15點(diǎn)39分25.00秒。GPS數(shù)據(jù)格式：、GPS固定數(shù)據(jù)輸出語句($GPGGA)；這是一幀GPS定位的主要數(shù)據(jù)，也是使用最廣的數(shù)據(jù)。$GPGGA語句包括17個字段：語句標(biāo)識頭，世界時間，緯度，緯度半球，經(jīng)度，經(jīng)度半球，定位質(zhì)量指示，使用衛(wèi)星數(shù)量，水平精確度，海拔高度，高度單位，大地水準(zhǔn)面高度，高度單位，差分G

19、PS數(shù)據(jù)期限，差分參考基站標(biāo)號，校驗(yàn)和結(jié)束標(biāo)記(用回車符<CR>和換行符<LF>)，分別用14個逗號進(jìn)行分隔。該數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)及各字段釋義如下：$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>$GPGGA：起始引導(dǎo)符及語句格式說明(本句為GPS定位數(shù)據(jù))；<1>UTC時間，格式為hhmmss.sss；

20、<2>緯度，格式為ddmm.mmmm(第一位是零也將傳送)；<3>緯度半球，N或S(北緯或南緯)；<4>經(jīng)度，格式為dddmm.mmmm(第一位零也將傳送)；<5>經(jīng)度半球，E或W(東經(jīng)或西經(jīng))；<6>定位質(zhì)量指示，0=定位無效，1=定位有效；<7>使用衛(wèi)星數(shù)量，從00到12(第一個零也將傳送)；<8>水平精確度，0.5到99.9；<9>天線離海平面的高度，-9999.9到9999.9米，M指單位米；<10>大地水準(zhǔn)面高度，-9999.9到9999.9米，M指單位米；<11>

21、差分GPS數(shù)據(jù)期限(RTCMSC-104)，最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量；<12>差分參考基站標(biāo)號，從0000到1023(首位0也將傳送)；*語句結(jié)束標(biāo)志符；xx從$開始到*之間的所有ASCII碼的異或校驗(yàn)和；<CR>回車；<LF>換行；、可視衛(wèi)星狀態(tài)輸出語句($GPGSV)；例2：$GPGSV,3,1,11,02,28,279,26,03,14,040,27,05,06,215,06,57,331,27*79標(biāo)準(zhǔn)格式：$GPGSV,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<

22、;7>,<4>,<5>,<6>,<7>*hh<CR><LF>各部分含義為：<1>總的GSV語句電文數(shù)：3；<2>當(dāng)前GSV語句號：1；<3>可視衛(wèi)星總數(shù)：11；<4>衛(wèi)星號：02；<5>仰角：28度；<6>方位角：279度；<7>信噪比：26dB(后面依次為第03，05，06號衛(wèi)星的信息)；*總和校驗(yàn)域；hh總和校驗(yàn)數(shù)：79；<CR>回車；<LF>換行；注：每條語句最多包括四顆衛(wèi)星的信息，每顆衛(wèi)星的信息有四個數(shù)

23、據(jù)項(xiàng)，即：<4>衛(wèi)星號，<5>仰角，<6>方位角，<7>信噪比。、GPRMC（建議使用最小 GPS 數(shù)據(jù)格式）；例3：$GPRMC,153925.00,A,2839.70832,N,11547.48216,E,0.189,260415,A*7C通過下文可讀出：當(dāng)前日期為2015年04月26日，相對位移速度為0.189m/s。$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<1

24、1><CR><LF><1>標(biāo)準(zhǔn)定位時間（UTCtime）格式：時時分分秒秒.秒秒秒（hhmmss.sss）；<2>定位狀態(tài)，A=數(shù)據(jù)可用，V=數(shù)據(jù)不可用；<3>緯度，格式：度度分分.分分分分（ddmm.mmmm）；<4>緯度區(qū)分，北半球（N）或南半球（S）；<5>經(jīng)度，格式：度度分分.分分分分；<6>經(jīng)度區(qū)分，東（E）半球或西（W）半球；<7>相對位移速度，0.0至1851.8knots<8>相對位移方向，000.0至359.9度。實(shí)際值；<9>日期，格式：

25、日日月月年年（ddmmyy）；<10>磁極變量，000.0至180.0；<11>度數(shù)；<12>Checksum.(檢查位)；從衛(wèi)星接收到的每一條協(xié)議信息就可以根據(jù)以上表格對應(yīng)查詢。$做信息接收標(biāo)志位進(jìn)行中斷。圖2-4為GPS導(dǎo)航模塊從衛(wèi)星接收的協(xié)議信息通過串口調(diào)試助手顯示出來。圖2-4.2 調(diào)試接收數(shù)據(jù)2.5 GPS導(dǎo)航模塊協(xié)議信息提取設(shè)計在接收并分析了GPS導(dǎo)航模塊與衛(wèi)星之間的協(xié)議信息后，接下來就是提取接受信息中的我們需要的時間、位置、速度信息，如圖2-4。時間信息包含年月日、時分秒，分別可以根據(jù)GPS數(shù)據(jù)格式$GPRMC和$GPGGA中提??；位置信息包含

26、緯度和經(jīng)度可分別在$GPGGA中提?。凰俣刃畔⒖稍?GPRMC中提取。故在單片機(jī)中可設(shè)置串口中斷，當(dāng)串口接收到$這個字符時代表單片機(jī)接收到協(xié)議信息并開始準(zhǔn)備接收從GPS模塊傳送過來的數(shù)據(jù)，單片機(jī)串口中斷中含有寄存器可以保存接收到的數(shù)據(jù)信息，當(dāng)接收到一定量的數(shù)據(jù)后停止接收并從中提取對應(yīng)字符數(shù)據(jù)。2.6 LCD12864液晶顯示設(shè)計把GPS導(dǎo)航模塊接收到的協(xié)議信息經(jīng)過處理后得到我們需要的時間、位置、速度信息后通過12864顯示出來。并通過按鍵來切換不同的顯示界面。2.7 按鍵響應(yīng)設(shè)計通過按鍵來切換12864不同的顯示界面。第三章 四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊硬件設(shè)計第三章 四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊硬件

27、設(shè)計3.1 最小系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1.1 單片機(jī)STC89C52STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但也做了很多改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。STC89C52具有8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16位定時器/計數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，如圖3-1-1所示。圖3-1-1 單片機(jī)STC89C52以下為STC89C52的管腳說明：P0口：P0口為一個

28、8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。 P1口：P1口是一個內(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，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，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器

29、可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，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，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，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)時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個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，

30、P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為STC89C52的一些特殊功能口：P3.0 RXD（串行輸入口）；P3.1 TXD（串行輸出口）；P3.2 /INT0（外部中斷0）；P3.3 /INT1（外部中斷1）；P3.4 T0（記時器0外部輸入）；P3.5T1（記時器1外部輸入）；P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）；P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）；P3口同時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，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FL

31、ASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，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目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平

32、時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高

33、低電平要求的寬度。3.1.2 單片機(jī)晶振部分如圖3-1-2所示，為單片機(jī)的晶振電路部分。其中C1、C2為33pF的電容，它是振蕩回路交聯(lián)電容，如果沒這兩個電容的話，振蕩部分會因?yàn)闆]有回路而停振。電路就不能正常工作。Y1就是11.0592MHZ的晶振。一般來說單片機(jī)內(nèi)部有一個帶反饋的線性反相放大器，外界晶振（或接陶瓷振蕩器）和電容就可組成振蕩器，晶振結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的?？梢哉f晶振就是單片機(jī)的心臟，為單片機(jī)工作提供動力。圖3-1-2 單片機(jī)晶振電路部分3.1.3 單片機(jī)復(fù)位部分如圖3-1-3所示，為單片機(jī)的復(fù)位電路部分。復(fù)

34、位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。當(dāng)電源低于單片機(jī)正常工作電壓，影響單片機(jī)工作；程序跑飛，時鐘失步等情況下需要使單片機(jī)復(fù)位。該復(fù)位電路為按鍵復(fù)位，按鍵復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平。一般采用的辦法是在RST端和正電源VCC之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則VCC的+5V電平就會直接加到RST端。按鍵復(fù)位的電路如所示。由于人的動作再快也會使保持按鈕接通達(dá)幾十毫秒，所以完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。圖3-1-3 單片機(jī)復(fù)位電路部分3.1.4 電源模塊部分如圖3-1-4所示，為單片機(jī)的電源模塊部分。電源模塊包括一個四腳直排針(P2)，一個藍(lán)白自鎖開關(guān)(K1)，一個1K限流電阻(R5

35、)和一個發(fā)光二極管(L1)。電源模塊能夠?yàn)殡娐诽峁╇娫?。圖3-1-4 電源模塊部分3.1.5 輕觸按鍵控制部分如圖3-1-5所示，為輕觸按鍵控制部分。其中S1為12864顯示界面切換按鈕，按下12864會從時分秒、緯度和經(jīng)度顯示界面切換到年月日和速度顯示界面。其余按鍵為備用按鍵圖3-1-5 輕觸按鍵控制部分3.2 12864液晶顯示硬件設(shè)計液晶顯示模塊是128×64點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個中文漢字（16X16點(diǎn)陣）、128個字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機(jī)：8-位并行及

36、串行兩種連接方式。具有多種功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、睡眠模式等。外觀尺寸：93×70×12.5mm。視域尺寸：73×39mm，如圖3-1-6.1所示為12864液晶外形尺寸圖。圖3-1-6.1 外形尺寸圖LCD12864引腳說明：引腳號引腳名稱方向功能說明1VSS-模塊的電源地2VDD-模塊的電源正端3V0-LCD驅(qū)動電壓輸入端4RS(CS)H/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號；串行的片選信號5R/W(SID)H/L并行的讀寫選擇信號；串行的數(shù)據(jù)口6E(CLK)H/L并行的使能信號；串行的同步時鐘7DB0H/L數(shù)據(jù)08DB1H/L數(shù)據(jù)19DB2H/L數(shù)據(jù)210DB3H/

37、L數(shù)據(jù)311DB4H/L數(shù)據(jù)412DB5H/L數(shù)據(jù)513DB6H/L數(shù)據(jù)614DB7H/L數(shù)據(jù)715PSBH/L并/串行接口選擇：H-并行；L-串行16NC空腳17/RETH/L復(fù)位（低電平有效）18NC空腳19LED_A-背光源正極（LED+5V）20LED_K-背光源負(fù)極（LED-OV）如圖3-1-6.2所示，為本實(shí)驗(yàn)的12864液晶顯示部分。圖3-1-6.2 12864液晶顯示部分當(dāng)模塊在接受指令前，微處理順必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時BF需為0，方可接受新的指令；如果在送出一個指令前并不檢查BF標(biāo)志，（一般在輸入每天指令前加個delay）那么在前一個指令和這個指令

38、中間必須延遲一段較長的時間，即是等待前一個指令確實(shí)執(zhí)行完成。使用的液晶具體指令集如下：1、 清除顯示RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLLLLH功能：清除顯示屏幕，把DDRAM位址計數(shù)器調(diào)整為“00H”。2、位址歸位RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLLLHX功能：把DDRAM位址計數(shù)器調(diào)整為“00H”，游標(biāo)回原點(diǎn)，該功能不影響顯示DDRAM。3、位址歸位RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLLHI/DS功能：執(zhí)行該命令后，所設(shè)置的行將顯示在屏幕的第一行。顯示起始行是由Z地址計數(shù)器控制的，該命令自動將

39、A0-A5位地址送入Z地址計數(shù)器，起始地址可以是0-63范圍內(nèi)任意一行。Z地址計數(shù)器具有循環(huán)計數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當(dāng)掃描完一行后自動加一。4、顯示狀態(tài)開/關(guān)RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLLHDCB功能：D=1；整體顯示ONC=1；游標(biāo)ONB=1；游標(biāo)位置ON。5、游標(biāo)或顯示移位控制RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LLLLLHS/CR/LXX功能：設(shè)定游標(biāo)的移動與顯示的移位控制位：這個指令并不改變DDRAM的內(nèi)容。6、讀取忙碌狀態(tài)（BF）和位址RWRSDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0LHBFAC6AC5AC4AC

40、3AC2AC1AC0功能：讀取忙碌狀態(tài)（BF）可以確認(rèn)內(nèi)部動作是否完成，同時可以讀出位址計數(shù)器（AC）的值。其中漢字顯示坐標(biāo)為：X坐標(biāo)Line180H81H82H83H84H85H86H87HLine290H91H92H93H94H95H96H97HLine388H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FHLine498H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH使用這些代碼可以使LCD12864顯示出我們需要的數(shù)據(jù)。如圖3-1-6.3為實(shí)際效果顯示。圖3-1-6.3 12864液晶實(shí)際效果顯示3.3 GPS導(dǎo)航模塊硬件設(shè)計GPS導(dǎo)航模塊是從外購買所得，直接拿來使用即可。使用+5V供電，模塊R

41、XD口與51單片機(jī)TXD口相連，模塊TXD口與單片機(jī)RXD口相連。另初次定位需要一定時間，請耐心等待，當(dāng)板子上的D2信號指示燈由暗變?yōu)殚W爍后表示已經(jīng)接收到定位信息，可通過串口調(diào)試助手來觀察接收到的數(shù)據(jù)。如圖2-3所示。第四章 結(jié)束語第四章 結(jié)束語4.1 展望目前使用的GPS導(dǎo)航模式還太單一，在多干擾和遠(yuǎn)距等復(fù)雜環(huán)境下還顯無力。還有例如慣性導(dǎo)航，視覺導(dǎo)航等等由于時間和成本限制這些功能都沒有，以后有機(jī)會希望可以做出一架功能完整的四軸飛行器。4.2 小結(jié)與體會本文為四軸飛行器GPS導(dǎo)航模塊設(shè)計，首先對市場上的四軸飛行器的導(dǎo)航模式進(jìn)行考察，大致了解了四軸飛行器的導(dǎo)航方式和原理，然后決定了四軸飛行器導(dǎo)航

42、模式，軟硬件設(shè)計?；诒究圃谛軇蠋煂?shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)使用自己最熟悉的51單片機(jī)，使用串口進(jìn)行通訊。從這次畢業(yè)設(shè)計中體會到當(dāng)今高精尖技術(shù)也是最基本的技術(shù)一點(diǎn)一滴的積累起來的，只有把最基本的技術(shù)學(xué)習(xí)通透才能慢慢向高精尖技術(shù)發(fā)展。時刻鞭策著在這條路上奮斗的我。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 蔡體菁,劉瑩,宋軍,等.嵌入式GPS/MIMU/磁羅盤組合導(dǎo)航系統(tǒng)J.儀器儀表學(xué)報,2010,31(12):26952699.2 古月徐,楊忠,龔華軍.基于DSP的飛行控制器的設(shè)計,J.自動化技術(shù)與應(yīng)用.2005,24(2):2832.3 朱文華.GPS定位精度誤差的分析研究J.電子元器件應(yīng)用,2010(6):7274.4

43、劉曉杰,趙曉暉,顧海軍等.微小型四旋翼無人機(jī)實(shí)時嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)J.電子技術(shù)應(yīng)用,2009(5):3538.5 嚴(yán)雋,高金源,屠巴寧.小型無人機(jī)水平導(dǎo)航研究J.飛行力學(xué),2000,18,2427.6 陳亞萍,陳明.基于DSP和CPLD的液晶顯示控制器的設(shè)計.J.計算機(jī)測量與控制,2007,15(4):482484.7 嚴(yán)雋,高金源,屠巴寧.小型無人機(jī)水平導(dǎo)航研究J.飛行力學(xué),2000,18,2427.8 謝昭莉,蔣濤,劉亮.基于ARM嵌入式系統(tǒng)的VGA接口的研究與設(shè)計.J.液晶與顯示,2007,22(6):761764.參考文獻(xiàn)內(nèi)容：中文宋體，英文Times New Roman，四號，

44、1.35倍行距，參考文獻(xiàn)應(yīng)在文中相應(yīng)地方按出現(xiàn)順序標(biāo)引。附錄附錄程序太多，主要內(nèi)容不夠。編寫的部分C語言程序如下：#include "main.h"#include "LCD12864.h"#include "GPS.h"/定義變量unsigned char KEY_NUM = 0;bit Page = 0;sbit P12=P12;unsigned char xdata Display_GPGGA_Buffer68;unsigned char xdata Display_GPRMC_Buffer68;bit Flag_OV = 0;

45、bit Flag_Calc_GPGGA_OK = 0;bit Flag_Calc_GPRMC_OK = 0;/*/主函數(shù)/*void main()unsigned char i = 0;LCD12864_Reset();/初始化液晶LCD12864_HAIZI_SET();/設(shè)置為普通模式Delay_ms(100);LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x80);/指針設(shè)置LCD12864_write_word("歡迎使用GPS 導(dǎo)航");LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x90);/指針設(shè)置LCD12864_write_

46、word(" 初始化進(jìn)行中 ");LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x88);/指針設(shè)置LCD12864_write_word(" Loading.");LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x98);/指針設(shè)置LCD12864_write_word(" (*_*) ");Uart_Init();while(1)Scan_Key();if(Flag_GPS_OK = 1 && RX_Buffer4 = 'G' && RX_Buffer6

47、 = ',' && RX_Buffer13 = '.')/確定是否收到"GPGGA"這一幀數(shù)據(jù)for( i = 0; i < 68 ; i+)Display_GPGGA_Bufferi = RX_Bufferi;Hour = (Display_GPGGA_Buffer7-0x30)*10+(Display_GPGGA_Buffer8-0x30)+8;/UTC時間轉(zhuǎn)換到北京時間UTC+8/0X30為ASCII碼轉(zhuǎn)換為數(shù)字if( Hour >= 24)/溢出Hour %= 24;/獲取當(dāng)前HourFlag_OV = 1

48、;/日期進(jìn)位elseFlag_OV = 0;Min_High = Display_GPGGA_Buffer9;Min_Low = Display_GPGGA_Buffer10;Sec_High = Display_GPGGA_Buffer11;Sec_Low = Display_GPGGA_Buffer12;Flag_Calc_GPGGA_OK = 1;if(Page = 0 && Flag_Calc_GPGGA_OK = 1)LED1 = LED1;Flag_Calc_GPGGA_OK = 0;LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x80);/設(shè)置指針

49、LCD12864_write_word("");/顯示內(nèi)容LCD12864_Data_Write(Hour/10+0x30);LCD12864_Data_Write(Hour%10+0x30);LCD12864_write_word("時");LCD12864_Data_Write(Min_High);LCD12864_Data_Write(Min_Low);LCD12864_write_word("分");LCD12864_Data_Write(Sec_High);LCD12864_Data_Write(Sec_Low);LCD12

50、864_write_word("秒");LCD12864_write_word("");LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x90);/設(shè)置指針LCD12864_write_word("緯度：");/顯示內(nèi)容LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer28);/N 或者 SLCD12864_Data_Write(' ');LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer17);/緯度LCD12864_Data_Write(Di

51、splay_GPGGA_Buffer18);/緯度LCD12864_write_word("°");LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer19);/緯度LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer20);/緯度LCD12864_write_word("' ");LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x88);/設(shè)置指針LCD12864_write_word("經(jīng)度：");/顯示內(nèi)容LCD12864_Data_Writ

52、e(Display_GPGGA_Buffer42);/E 或者 WLCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer30);/經(jīng)度LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer31);LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer32);LCD12864_write_word("°");LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer33);LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer34);LCD1

53、2864_write_word("' ");LCD12864_NoWaitIdle_COM_Write(0x98);/設(shè)置指針LCD12864_write_word("海拔： ");/顯示內(nèi)容LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer54);LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer55);LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer56);LCD12864_Data_Write(Display_GPGGA_Buffer57);LCD1

54、2864_write_word("米");if(Flag_GPS_OK = 1 && RX_Buffer4 = 'M' && RX_Buffer52 = ',' && RX_Buffer59 = ',')/確定是否收到"GPRMC"這一幀數(shù)據(jù)for( i = 0; i < 68 ; i+)Display_GPRMC_Bufferi = RX_Bufferi;Year_High = Display_GPRMC_Buffer57;Year_Low = Dis

55、play_GPRMC_Buffer58;Month_High = Display_GPRMC_Buffer55;Month_Low = Display_GPRMC_Buffer56;Day_High = Display_GPRMC_Buffer53;Day_Low = Display_GPRMC_Buffer54;if(Flag_OV = 1)/有進(jìn)位UTCDate2LocalDate();/UTC日期轉(zhuǎn)換為北京時間Flag_Calc_GPRMC_OK = 1;if(Page = 1 && Flag_Calc_GPRMC_OK = 1)LED1 = LED1;Flag_Calc_GPRMC_OK = 0;LCD12864_NoWaitIdle_COM_Writ