《基于GPS的定位分享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》9600字（論文）

華北理工大學(xué)輕工學(xué)院基于GPS的定位分享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-2"\h\u19549基于GPS的定位分享系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 118932第1章緒論 287511.1研究背景 2225711.2研究目的和意義 295021.3本章小結(jié) 312482第2章系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹 3145412.1單片機(jī)技術(shù) 3226472.2GPS定位技術(shù) 3266282.2.1GPS發(fā)展歷程 3276322.2.2GPS模塊工作原理 435562.3GSM的相關(guān)技術(shù)和通信原理 537262.3.1GSM系統(tǒng)的發(fā)展歷程 5189232.3.2GSM的系統(tǒng)組成 5197042.4本章小結(jié) 77383第3章系統(tǒng)模塊的分析和介紹 7309353.1選材方案對(duì)比選擇 8158533.1.1控制芯片的選擇 8285713.1.2通信模塊的選擇 8294883.2本章小結(jié) 93139第4章系統(tǒng)硬件技術(shù) 10195894.1STM32芯片 10175294.2主控電路的工作原理 13248034.3SIM800短信模塊 15131874.4GPS定位模塊 16261004.5顯示屏模塊 17107194.6按鍵檢測(cè)模塊 1732215第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18200895.1系統(tǒng)總體流程圖 18132845.2中央處理器流程圖 1817605.3GPS定位模塊流程圖 19104025.4GSM短信模塊流程圖 20179005.5顯示模塊程序設(shè)計(jì) 21118525.6本章小結(jié) 227335第6章系統(tǒng)調(diào)試介紹 22252376.1調(diào)試軟件 2219196.2ARM仿真器 23306116.3系統(tǒng)軟硬件的實(shí)現(xiàn) 245236.4系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 25115126.5本章小結(jié) 2532228結(jié)論 25緒論研究背景1978年2月22日第--次GPS測(cè)試的進(jìn)入開創(chuàng)了無線電導(dǎo)航和定位的新紀(jì)元，成為一個(gè)動(dòng)態(tài)的己知點(diǎn)。因其提供的各項(xiàng)功能，使其在航天航空及航領(lǐng)域有著大量的應(yīng)用。又隨著集成電路的不斷發(fā)展，GPS在移動(dòng)手持設(shè)備和消費(fèi)電子產(chǎn)品等方面的應(yīng)用也是不斷增多。GPS的商業(yè)價(jià)值非常高，所以像美國(guó)這樣的一些大國(guó)想要支配GPS系統(tǒng)。中國(guó)也研發(fā)出了自己的定位系統(tǒng)，北斗七星定位系統(tǒng)。中國(guó)的北斗系統(tǒng)可以全天二十四小時(shí)不間斷的持續(xù)且精準(zhǔn)定位。由于時(shí)代發(fā)展的迅速，導(dǎo)致全天精準(zhǔn)定位被越來越多人所需要。全球定位技術(shù)現(xiàn)今仍在不斷修改完善中，因此，定位系統(tǒng)的實(shí)用領(lǐng)域正在擴(kuò)大，成為了時(shí)代不可缺少的一部分。在GPS定位系統(tǒng)為人們帶來了許多便利，比如手機(jī)和車?yán)锩娴亩ㄎ还δ芸梢詫?shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航為人們的出行提供了方便，GPS/GPRS遠(yuǎn)程終端控制設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，但價(jià)格昂貴。本設(shè)計(jì)采用低功耗單片機(jī)、GPS模塊和液晶模塊實(shí)現(xiàn)GPS定位信息的計(jì)算和顯示。該設(shè)計(jì)將通過液晶顯示器顯示經(jīng)度、緯度等衛(wèi)星信息。并且可以隨時(shí)利用GSM將信息發(fā)送出去，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本效益高。1.2研究目的和意義在目前的社會(huì)局勢(shì)復(fù)雜的條件下人販子猖獗，而其主要拐賣對(duì)象則多為兒童。歷來發(fā)生不少地區(qū)兒童被的拐事件，在這種局勢(shì)的背景下研發(fā)一款可以進(jìn)行GPS定位分享的設(shè)計(jì)具有極其重要的意義。該設(shè)計(jì)可以隨時(shí)定位到使用者的經(jīng)度及維度。一旦發(fā)生走失的事件，家長(zhǎng)可以根據(jù)經(jīng)緯度位置報(bào)警尋找及時(shí)將兒童找到，并將犯罪團(tuán)伙一網(wǎng)打盡。其研究意義如下：摒棄以往定位精確度不足，加裝具有電子神經(jīng)元之稱的定位傳感器?？梢跃珳?zhǔn)的實(shí)時(shí)定位。（2）采用GSM技術(shù)，該技術(shù)穩(wěn)定性強(qiáng)，功耗低，信號(hào)范圍廣，即使在密閉無網(wǎng)的情況下，GSM技術(shù)仍然可以將定位信息發(fā)送出去到家長(zhǎng)端。（3）使用液晶屏可以直接顯示數(shù)據(jù)信息。本系統(tǒng)是根據(jù)GPS信息判斷使用者的具體位置,同時(shí)能夠在第一時(shí)間向有關(guān)設(shè)備提供準(zhǔn)確位置信息。系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)與技術(shù)突出，所以說該基于GPS的定位分享的研發(fā)，對(duì)于需要進(jìn)行定位的弱勢(shì)群體具有極其重要的意義。1.3本章小結(jié)在本章主要介紹了有基于GPS的定位分享技術(shù)的一些背景發(fā)展資料，并且也指出了現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于基于GPS的定位分享設(shè)備的需求。大概的說明了一下本次設(shè)計(jì)的研究意義。第2章系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹2.1單片機(jī)技術(shù)就這個(gè)設(shè)計(jì)而言本文采用的是STM32單片機(jī)作為本課題設(shè)計(jì)的主控制器。STM32單片機(jī)在目前市場(chǎng)是一款較為受歡迎的MCU。單片機(jī)在市面上種類頗多各種各樣，在應(yīng)用場(chǎng)景上也不相同，且各有特點(diǎn)。。我所采用的STM32單片機(jī)采用的是keil和C語(yǔ)言的才開，非常適合用為本次設(shè)計(jì)的主控系統(tǒng)，在進(jìn)行編程與開發(fā)時(shí)，我采用的是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的方法，有效的降低了開發(fā)難度也節(jié)約了開發(fā)時(shí)間。并且，該款單片機(jī)。成本在十元以內(nèi)。引腳數(shù)量足夠并且外設(shè)功能強(qiáng)大，非常適合我們此次設(shè)計(jì)。2.2GPS定位技術(shù)2.2.1GPS發(fā)展歷程全球四大定位系統(tǒng)中最常用的就是美國(guó)的GPS，美國(guó)GPS全稱為全球定位系統(tǒng)；它是由遠(yuǎn)近軌衛(wèi)星共24顆組成，分別分布在6條交點(diǎn)并互隔60度的軌道平面上（如圖2-1），其定位精度大約在10米左右，軍方民間共用，美國(guó)全球定位系統(tǒng)GPS已經(jīng)發(fā)展到第三代衛(wèi)星系統(tǒng)；GPS即GlobalPositioningSystem的簡(jiǎn)稱，在上個(gè)世紀(jì)六十年代初期，經(jīng)由研究蘇聯(lián)的人造衛(wèi)星。美國(guó)國(guó)防部做了一個(gè)重要決定決定，研發(fā)一個(gè)跨全球性的定位導(dǎo)航系統(tǒng)。海軍和空軍開始調(diào)查使用衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào)的可能性。經(jīng)過四十多年的悉心研究，通過方案提出、研究論證、生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)這些層層階段。這些研究最終演變?yōu)镚PS，它不再僅僅用于美國(guó)軍隊(duì)，而是用于世界各地的各行各業(yè)。圖2-1GPS衛(wèi)星分布圖2.2.2GPS模塊工作原理當(dāng)GPS定位民用化之后，隨著社會(huì)的廣泛使用，技術(shù)也變得成熟可靠。GPS的工作原理就是通過計(jì)算與每個(gè)低軌或者同步衛(wèi)星的偽距離，利用距離交會(huì)算法得出電文接收設(shè)備的經(jīng)緯度、高度、時(shí)間這幾個(gè)參數(shù)。每個(gè)定位設(shè)備的初始定位都需要至少四顆以上衛(wèi)星的共同參與，這樣的算法為3D定位。在NMEA的協(xié)議下GPS模塊通過串行通信傳輸相關(guān)格式的信息，使使用者能夠接收使用。能夠不間斷的接收發(fā)射衛(wèi)星的偽隨機(jī)碼就說明GPS模塊能夠正常工作，偽隨機(jī)碼就是由0和1組成的二進(jìn)制編碼。在四顆衛(wèi)星的測(cè)距下，加上民用C/A碼就能得到偽距、衛(wèi)星星歷、時(shí)鐘改正、電離層延時(shí)修正等參數(shù)，通過這些參數(shù)再經(jīng)過修正計(jì)算就可得到想要的定位信息。圖2-2GPS定位原理圖在這個(gè)表達(dá)式中，我們需要運(yùn)用這三個(gè)未知數(shù)來精確找到它的位置，這其中有四個(gè)坐標(biāo)可以定位到空間位置，分別為1、2、3、4這三個(gè)數(shù)的x、y、z重復(fù)值即為坐標(biāo)，而根據(jù)數(shù)學(xué)空間維度來說，c是電磁波的v；而這四個(gè)數(shù)字則表示全球定位系統(tǒng)的粗略估計(jì)的值，然后用這四個(gè)數(shù)來進(jìn)行矯正，也就是表示為時(shí)鐘的估計(jì)值。2.3GSM的相關(guān)技術(shù)和通信原理2.3.1GSM系統(tǒng)的發(fā)展歷程GSM是一種先進(jìn)的系統(tǒng)，之前一直掌握在歐洲的部分國(guó)家，比如：英國(guó)，德國(guó)，荷蘭等等，現(xiàn)在儼然成為全球的工具。是一種通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的代表。通過全球一個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)，它的出現(xiàn)滿足了一部手機(jī)全球的愿望。1980年中期，第二代通信系統(tǒng)已經(jīng)被多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家所研制，其中最為出色的為日本PDC、美國(guó)ADC以及歐洲的GSM，這些通信數(shù)字系統(tǒng)區(qū)別在于通信頻段的不同。大概在1990年左右，GSM就被西方的一些國(guó)家研究出來，并被廣泛應(yīng)用，其運(yùn)行效果非常的優(yōu)越。中國(guó)手機(jī)通信系統(tǒng)的發(fā)展也來源于GSM，中國(guó)第一個(gè)GSM演示系統(tǒng)于90年代在浙江省嘉興市進(jìn)行了測(cè)試，從1993開放至今，GSM系統(tǒng)迅速占有我國(guó)市場(chǎng)，成為國(guó)內(nèi)最大的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)。GSM通信系統(tǒng)的幾大特點(diǎn)：高效的頻譜率、巨大的網(wǎng)絡(luò)容量以及高水平的通話質(zhì)量以及隱私的安全性。從當(dāng)前主流的兩大GSM通信系統(tǒng)來看，GSM900和GSM1800全球占有率巨大，但是因?yàn)橄到y(tǒng)的頻率不同因此需要不同的手機(jī)匹配，隨著手機(jī)行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)同歐洲一樣逐步使用外加GSM1900系統(tǒng)的三頻手機(jī)，能夠在不同頻段間切換的手機(jī)才能合理的利用公共資源。GSM1800系統(tǒng)解決了GSM900系統(tǒng)存在頻譜低、波長(zhǎng)較長(zhǎng)、產(chǎn)投能力差等特點(diǎn)，從而使手機(jī)待機(jī)時(shí)間相應(yīng)的延長(zhǎng)。2.3.2GSM的系統(tǒng)組成由于具有開發(fā)式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)及其容易相互連通。全球通信系統(tǒng)一共有四大塊，是由這四大塊組成的總系統(tǒng)，分別是MS、OSSBSS以及NSS。其具體的結(jié)構(gòu)如下圖2-3GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)(NSS)網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)管理所有全球通信系統(tǒng)移動(dòng)用戶之間的通信傳輸和全球通信系統(tǒng)用戶與其他系統(tǒng)直接的通信傳輸。全球通信系統(tǒng)的交互，對(duì)于所有用戶信息的收集以及管理，此外還對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的保護(hù)。全球通信系統(tǒng)所有的實(shí)體部都可以進(jìn)行相互通信。2)操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）OSS系統(tǒng)是通過進(jìn)行維護(hù)移動(dòng)設(shè)備和管理移動(dòng)用戶，并且對(duì)網(wǎng)路進(jìn)行維護(hù)和操作。OSS系統(tǒng)功能主要是完成對(duì)GSM系統(tǒng)的基站子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)進(jìn)行操作和維護(hù)的管理任務(wù)，操作和維護(hù)中心的統(tǒng)稱是完成維護(hù)管理與網(wǎng)絡(luò)操作設(shè)施。操作與維護(hù)中心的主要功能包括監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)以及操作，并能無限規(guī)劃也要能管理交換系統(tǒng)的性能。3)移動(dòng)臺(tái)（MS）用戶手中使用的終端設(shè)備例如手機(jī)就是移動(dòng)臺(tái)，只有在公共GSM移動(dòng)通信網(wǎng)下才能發(fā)揮作用。移動(dòng)臺(tái)不止是選喲接入到全球通信系統(tǒng)的無線接口，也需要與用戶之間的接口。SIM卡與其物理設(shè)備就是移動(dòng)臺(tái)，他們兩個(gè)是分開的。4)基站子系統(tǒng)（BBS）BBS系統(tǒng)是構(gòu)成全球通信系統(tǒng)與無線蜂窩數(shù)據(jù)方直接聯(lián)系的樞紐，基站子系統(tǒng)與MS通過無線接口相連接，掌管著無線資源管理以及無線發(fā)送接收服務(wù)。基站子系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)中的MSC相連，移動(dòng)用戶與其他用戶之間就是以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)的通信連接。2.4本章小結(jié)本章對(duì)全球定位系統(tǒng)GPS和全球通信系統(tǒng)GSM進(jìn)行了基本的介紹，闡述了基本的GPS發(fā)展歷程與工作原理，GSM的發(fā)展歷程及其系統(tǒng)的組成部分。這兩個(gè)模塊也是本次設(shè)計(jì)的主要模塊。第3章系統(tǒng)模塊的分析和介紹此次基于GPS的定位分享系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為以下六個(gè)部分。分別是主控電路(stm32),GPS定位系統(tǒng),GSM遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，LCD1602顯示模塊，按鍵模塊以及照明模塊，系統(tǒng)通過GPS定位模塊將定位信息實(shí)時(shí)的采集出來，于此同時(shí)，當(dāng)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要原理框圖如下圖所示。圖3.1系統(tǒng)框圖3.1選材方案對(duì)比選擇3.1.1控制芯片的選擇方案一：選用AT89C52芯片。此芯片是一款CMOS8位單片機(jī)，采用的是C51的內(nèi)核，其一共有40個(gè)引腳，其中里面有32個(gè)雙向IO端口，并且其上同時(shí)具有2個(gè)外部中斷口，以及3個(gè)16位可編程定時(shí)器和2個(gè)全雙工串口。內(nèi)含8KB可反復(fù)擦寫FlashROMz。方案二：選用STM32F103C8T6芯片。STM32F1系列屬于中低端的32位ARM微控制器，其中STM32F103C8T6是該系列中的低容量芯片，128K的FLASH的一款芯片。其有豐富的片內(nèi)外設(shè)，例如IIC、SPI、UART、AD、定時(shí)器、RTC等等。本次設(shè)計(jì)中因?yàn)閷?duì)體積大小有一定的要求首先排除了方案一，而且51單片機(jī)的處理速度較慢、時(shí)鐘不穩(wěn)定、片內(nèi)外設(shè)資源少等因素采用了方案二。采用STM32F103單片機(jī)的好處除了以上因素還有很多，首先官方提供了非常豐富的庫(kù)函數(shù)和HAL庫(kù)函數(shù)，學(xué)習(xí)后開發(fā)也很方便。。還有一個(gè)很重要的原因是此款單片機(jī)內(nèi)部成熟的電源管理使得時(shí)鐘相當(dāng)精確，不必因?yàn)榫д竦念l率而浪費(fèi)時(shí)間。綜合兩款芯片，作為本次設(shè)計(jì)的控制芯片我選擇了STM32F103C8T6。3.1.2通信模塊的選擇由于該系統(tǒng)需要將GPS的定位地址實(shí)時(shí)的發(fā)送到手機(jī)上。所以需要加入一款遠(yuǎn)程通信模塊，在通過對(duì)比了WiFi，藍(lán)牙，GSM等幾種方案之后。決定選擇使用GSM方案。采用GSM方案主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：對(duì)于使用者來說，使用方法較為簡(jiǎn)單，只需一張手機(jī)卡便可以正常工作，可以不受信號(hào)和無線網(wǎng)的限制。GSM無視了區(qū)域的限制，在任意地點(diǎn)都可以將信息發(fā)送到有關(guān)設(shè)備上。杜絕了WiFi或者藍(lán)牙功能的網(wǎng)絡(luò)局限性和距離局限性。所以最終決定采用GSM短信模塊作為此次設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程通信。3.1.3顯示電路的選擇方案一：4位數(shù)碼管進(jìn)行顯示(1)內(nèi)部電路的構(gòu)造是有多個(gè)LED燈構(gòu)成，可以在低電壓，低電流的情況下使用，甚至只需要加入三極管便可以直接驅(qū)動(dòng)。(2)發(fā)光的響應(yīng)反應(yīng)時(shí)間極短，刷新頻率極快。(3)內(nèi)容單一，只能夠顯示數(shù)字和部分字母；不可以顯示漢字，而且缺少美觀和多樣性。鑒于到我們產(chǎn)品需要顯示的內(nèi)容較多，便放棄了4位數(shù)碼管。方案二：LCD1602液晶顯示LCD1602也是DIY中使用的非常廣泛的一種顯示設(shè)備，該設(shè)備體積適中。雙行顯示，不僅有串行顯示，也有并行顯示可供選擇，每行可顯示字符為16個(gè)。雖然沒有漢字顯示功能，但是可以提供字母和數(shù)字的顯示。方案三：OLED12864顯示0.96寸的oled12864顯示屏在目前的市場(chǎng)中應(yīng)用的也是相當(dāng)廣泛。此顯示屏有SPI驅(qū)動(dòng)款為4個(gè)引腳構(gòu)成，和IIC驅(qū)動(dòng)款為7個(gè)引腳構(gòu)成。該顯示屏價(jià)格低廉，體積小巧，編程方便，而且可以節(jié)省大量的IO口?？梢噪S意取出漢字模，顯示多樣化，刷新頻率極快。綜上所述結(jié)合我的本次設(shè)計(jì)需要顯示的數(shù)據(jù)不多并且簡(jiǎn)單，不需要漢字顯示，考慮到編程的方便性。所以選用了1602進(jìn)行本次設(shè)計(jì)。3.2本章小結(jié)在本章中，主要介紹了設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的過程中所涉及到的主要的一些我們必須要了解的問題，包括選擇元件的對(duì)比選擇。系統(tǒng)硬件技術(shù)4.1STM32芯片STM32單片機(jī)以ARM作為基本核心，32位的數(shù)據(jù)處理寬度，與普通單片機(jī)相比，運(yùn)行效率更快。其次，無論自身性能、功率損耗，還是對(duì)于信號(hào)的處理能力方面，都有著其他單片機(jī)所不具備的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。STM32小型系統(tǒng)板采用的是STM32F103C8T6芯片，工作電壓在2到3.6V之間,同時(shí)溫度范圍在-40～85攝氏度都能夠運(yùn)行工作[4]。具體參數(shù)如表4-1：表3-SEQ表\*ARABIC1STM32F103C8T6參數(shù)表工作頻率可達(dá)72MHzFLASH64KBRAM20KB定時(shí)器4個(gè)SPI2個(gè)IIC口2個(gè)USART口3個(gè)USB口1個(gè)CAN口1個(gè)ADC通道10個(gè)I/O口37個(gè)封裝LQPF-48STM32小型系統(tǒng)板如圖4.1所示：圖4.1STM32F103C8T6實(shí)物圖1、MircoUSB接口：用于對(duì)板子供電。2、BOOT選擇：表3-SEQ表\*ARABIC2模式選擇BOOT0 BOOT1 BOOTmodeX 0內(nèi)置Flash啟動(dòng)（正常工作模式）0 1內(nèi)置ROM啟動(dòng)1 1內(nèi)置SRAM啟動(dòng)3、復(fù)位按鍵：在按鍵按下時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)行重啟，恢復(fù)到最初工作狀態(tài)中。4、MCU:主控芯片STM32F103C8T6。5、主晶振：用于設(shè)置單片機(jī)工作頻率為72MHZ。6、RTC晶振：可供內(nèi)置RTC使用，避免了需要專門的時(shí)鐘芯片進(jìn)行定時(shí)器處理等。7、PC13指示燈：說明功能測(cè)試狀態(tài)等。8、電源指示燈：燈亮代表單片機(jī)運(yùn)行正常；燈光較暗或不斷閃爍代表單片機(jī)可能出現(xiàn)了故障。9、SWD調(diào)試接口：2線串行；也通常采用CH340G芯片來實(shí)現(xiàn)USB串口轉(zhuǎn)換。表4-SEQ表\*ARABIC3引腳功能表編號(hào)引腳功能1VBAT當(dāng)關(guān)閉VDD時(shí)，為RTC，外部32kHz振蕩器和寄存器供電。2PC13-ANIT_TAMP防篡改3PC14-OSC32_IN32.768K晶振4PC15-OSC32_OUT5PD0OSC_IN4-16M晶振6PD1OSC_OUT7NRST復(fù)位管腳（RES）8VSSAVssa,Vdda=2.0-3.6:為ADC、復(fù)位模塊、RC晶振器和PLL的模擬部分提供供電。使用ADC時(shí)，Vdda不得小于2.4V。Vdda和Vssa必須分別連接到VDD和VSS9VDDA10PA0-WKUP喚醒MCU/DCE準(zhǔn)備好接受來自DTE的數(shù)據(jù)11PA1DTE請(qǐng)求DCE準(zhǔn)備數(shù)據(jù)12PA2發(fā)送數(shù)據(jù)13PA3通用I/O14PA415PA516PA617PA718PB019PB120PB2設(shè)置系統(tǒng)啟動(dòng)的方式21PB10通用I/O22PB1123VSS_124VDD_125PB12通用I/O26PB13外置Flash接口27PB1428PB15外置Flash接口29PA830PA9見10-1331PA1032PA1133PA1234PA13下載程序35VSS_236VDD_237PA14下載同步時(shí)鐘38PA15通用I/O39PB340PB441PB542PB643PB744BOOT0設(shè)置系統(tǒng)啟動(dòng)方式45PB8通用I/O46PB947VSS_348VDD_3圖4.SEQ圖\*ARABIC2STM32F03C8T6引腳圖4.2主控電路的工作原理4.2.1復(fù)位電路復(fù)位電路在單片機(jī)設(shè)計(jì)中還是比較常見的，它的主要作用就是重新啟動(dòng)電路。在一個(gè)程序運(yùn)行的過程中，單片機(jī)系統(tǒng)也時(shí)常會(huì)受到各種因素影響，導(dǎo)致程序運(yùn)行失敗，這時(shí)就需要復(fù)位按鍵讓電路重新啟動(dòng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行重置。在很多電子設(shè)備中也是這樣的，就如同手機(jī)在出現(xiàn)卡頓或死機(jī)狀態(tài)時(shí)，需要長(zhǎng)按電源啟用重啟功能一樣。復(fù)位電路并不是對(duì)程序進(jìn)行更改，只是單純的讓程序重新運(yùn)行一遍。主要的復(fù)位電路有以下幾種：第一種上電復(fù)位：當(dāng)電源開始供電，則C1進(jìn)行充電，這時(shí)電流是最大的，C1短路，REST收到低電平，自動(dòng)復(fù)位。當(dāng)C1充電一段時(shí)間，使電壓為最大，也就是和電源電壓一樣大時(shí)，C1中的電流為0，C1開路，REST收到高電平，程序運(yùn)行。第二種手動(dòng)復(fù)位：在進(jìn)行上電復(fù)位后，手動(dòng)按下按鍵KEY1，使得REST與地線GND導(dǎo)通，則收到低電平復(fù)位，此時(shí)電容C1開始放電；當(dāng)手放開按鍵，C1則為充電狀態(tài)，充電電流流經(jīng)電阻R1,REST還是收到低電平復(fù)位，直到供電狀態(tài)結(jié)束，這時(shí)C1處于開路，REST收到高電平，最后正常工作。如下圖4.3所示的電路圖，按下復(fù)位時(shí)，即會(huì)重啟程序。圖4.SEQ圖\*ARABIC3復(fù)位電路圖4.2.2、晶振電路晶振電路一般是有兩個(gè)頻率大小不同的諧振點(diǎn)，根據(jù)此特點(diǎn)，可以將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為串聯(lián)諧振和并聯(lián)諧振兩種諧振網(wǎng)絡(luò)。但是因?yàn)榫w振蕩器內(nèi)的晶體的某些特點(diǎn)和性質(zhì)，會(huì)使得頻率大小相差較小，這樣晶體振蕩器內(nèi)頻率的范圍也比較小，所以可以將晶體振蕩器看成電感，再將晶體振蕩器與相應(yīng)的電容并聯(lián)，就可以通過這種方式構(gòu)成一個(gè)并聯(lián)諧振電路。在并聯(lián)諧振的基礎(chǔ)上與負(fù)反饋電路相結(jié)合，可以組成一個(gè)招正弦波編號(hào)的震蕩電路，因?yàn)榫w振蕩器可以看成是電感，而電感內(nèi)頻率變化的范圍比較小，所以晶體振蕩器頻率的變化也比較小。STM32在不接外部時(shí)鐘源時(shí)使用內(nèi)置集成的RC震蕩器，但是最高頻率在8Mhz左右，且誤差大，精度低，所以我們使用了兩個(gè)外部晶振來為系統(tǒng)提供更高頻率和更高精度的時(shí)鐘。外部震蕩電路圖：圖4.4晶振電路圖4.2.3調(diào)試接口STM32系列單片機(jī)有兩種調(diào)試方式JTAG和SWD。因?yàn)楸敬斡玫降氖切⌒拖到y(tǒng)板，所以選用引腳較少的SWD調(diào)試方式。除此之外，串行調(diào)試要比傳統(tǒng)調(diào)試方式更具可靠性，很少會(huì)出現(xiàn)程序下載失敗的問題。圖4.5調(diào)試端口圖4.3SIM800短信模塊在本次的基于GPS的定位分享系統(tǒng)當(dāng)中，采用了SIM800作為短信報(bào)警模塊。在使用者使用的時(shí)候，則可以隨時(shí)通過按鍵觸發(fā)GPS定位地址分享。GSM模塊電路是組成該基于GPS的定位分享系統(tǒng)的中流砥柱，它主要負(fù)責(zé)信息的收發(fā)，數(shù)據(jù)的傳輸，該模塊運(yùn)行工作的原理則是采用的串口通信的方式。本次設(shè)計(jì)的通信模塊使用的是SIM800。當(dāng)SIM卡插入后模塊的呼吸燈進(jìn)行閃爍時(shí)表示GSM模塊進(jìn)行信號(hào)搜索，模塊的呼吸燈處于慢閃狀態(tài)說明連接成功，可以正常工作。該模塊的電源電壓是3.3V，所以需要添加一個(gè)串口通信的降壓電路，在原理圖的SIM_RXD和SIM_TXD上添加。其電路連接圖：圖4.6短信模塊電路圖4.4GPS定位模塊在此設(shè)計(jì)當(dāng)中。GPS定位信息的獲取是本次設(shè)計(jì)的重中之重，所以在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)當(dāng)中加入了一款GPS定位系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中的定位模塊使用的是NEO-6M。該模組能夠?qū)嵤┙馕鎏炜罩械亩ㄎ恍l(wèi)星?？梢越馕龅疆?dāng)前所處于的經(jīng)度緯度等具體地址。在該模塊上面增加了信號(hào)的放大電路，有利于快速的定位搜索信號(hào)，和單片機(jī)的連接采用的是串口通信的方式。。在供電上兼容3.3伏和5伏的點(diǎn)平。該模塊和單片機(jī)都是串口通信的模式。其電路圖如下圖所示。圖4.7GPS模塊電路圖定位模塊就是信號(hào)接收模塊，是一個(gè)集成電路、基帶芯片、RF射頻芯片和核心CPU芯片并采用NEO-6M模塊。該芯片內(nèi)部集成基帶芯片、RF射頻芯片和一些外圍電路，并以ROM為基本架構(gòu)，外置接收天線。其不但具有較為強(qiáng)大的抗電磁干擾能力，還含有先進(jìn)的信號(hào)收集技術(shù)?？梢源_保在信號(hào)接收區(qū)能夠及時(shí)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行搜尋、跟蹤、捕捉、快速反應(yīng)、快速定位以及分析。NEO-6M模塊支持全球通信NMEA-0183協(xié)議,只需添加相應(yīng)的控制語(yǔ)言，即可算出經(jīng)緯度、速度、海拔、日期、時(shí)間等參數(shù)，所以能滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨?，該模塊成本低廉，功能齊全，性價(jià)比高。4.5顯示屏模塊在此次設(shè)計(jì)當(dāng)中。具有經(jīng)緯度的實(shí)時(shí)顯示的功能，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的美感，和實(shí)用性所以添加了該液晶顯示界面。該功能我采用了LCD1602作為液晶顯示，LCD1602液晶顯示器工作在5v，2.0mA的功率能呈現(xiàn)16×2個(gè)字符位的字符。它的最佳工作電壓也是5V，字符的大小也有固定值為2.95×4.35（W×H）mm，接口為背光16腳。1602的組成有兩種，分別是5x7點(diǎn)陣字符位和5x11點(diǎn)陣字符位,每個(gè)點(diǎn)陣字符位對(duì)應(yīng)顯示一個(gè)字符,各字符位都有相應(yīng)固定的距離,不是連續(xù)輸入顯示狀態(tài),因此有些連續(xù)圖形它顯示不出來?？刂芁CD1602的控制器是HDD44780控制器，HD44780控制器的指令集簡(jiǎn)單而強(qiáng)大，可以滾動(dòng)屏幕上的文字。也可以讓文字閃爍。1602電路圖如圖4.8所示。圖4.8顯示屏電路圖4.6按鍵檢測(cè)模塊此次設(shè)計(jì)采用的是兩位獨(dú)立按鍵調(diào)節(jié)模塊，采用的是四腳微動(dòng)開關(guān)。微動(dòng)開關(guān)是利用傳動(dòng)原件將力作用于簧片上，在這個(gè)四腳未動(dòng)開關(guān)中，有一對(duì)的引腳相同，通過按壓即可導(dǎo)通整個(gè)電路。當(dāng)按壓結(jié)束后，我們需要做的是在程序中進(jìn)行按鍵消抖操作，因?yàn)榘磯簳r(shí)產(chǎn)生的力分布不均勻，導(dǎo)致出現(xiàn)的操作或者是數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定的誤差，同時(shí)代碼操作進(jìn)行硬件消抖。圖4.9按鍵電路圖第5章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)總體流程圖該GPS定位分享系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)傳感器模塊、GPS模塊、GSM模塊來實(shí)現(xiàn)信息感知、位置查詢、等功能位置查詢功能:為了得到有效的位置信息首先需要中央處理器通過串行接口來調(diào)用GPS模塊，從而得到用戶當(dāng)前所在經(jīng)緯度等信息。經(jīng)過中央處理器的整理分析后才會(huì)發(fā)送到用戶的設(shè)備上。系統(tǒng)軟件主體框圖如下圖5.1所示：圖5.1系統(tǒng)總體邏輯圖5.2中央處理器流程圖本系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)依舊是主控模塊STM32F103C8T6部分,本系統(tǒng)的運(yùn)行順序首先進(jìn)行各模塊的初始化，然后依次分別調(diào)用其他模塊來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整個(gè)功能。流程圖如下圖5.2所示：圖5.2中央處理器流程圖5.3GPS定位模塊流程圖在本次設(shè)計(jì)當(dāng)中，是以GPS模塊作定位位置的定位模塊。該GPS模塊系統(tǒng)上電后，能夠自動(dòng)去搜索信號(hào)。該GPS模塊選用的是GRPMC的格式協(xié)議文件。當(dāng)GPS模塊檢測(cè)到有關(guān)的協(xié)議幀之后，會(huì)從協(xié)議文件中提取出有關(guān)的經(jīng)緯度信息。運(yùn)行流程圖如下圖5.3所示圖5.3GPS讀取流程圖5.4GSM短信模塊流程圖本次選用的GSM模塊是SIM800，SIM800A搭構(gòu)了定位系統(tǒng)使用者和位置被分享者信息傳輸?shù)耐ㄐ艠蛄海@使得該系統(tǒng)具有耳聽六路眼觀八方的基礎(chǔ)。可以通過AT指令來控制SIM800，因?yàn)镾IM800內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議，從而避免使用TCP/IP模塊，很大程度上的減輕了設(shè)計(jì)的工作量。GSM模塊流程圖如下圖5.4所示。圖5.4GSM短信讀取流程圖5.5顯示模塊程序設(shè)計(jì)在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，顯示位置信息、GSM模塊的工作狀態(tài)以及顯示模塊的基本參數(shù)這些功能都交由LCD顯示屏。LCD顯示屏通過接收從中央處理器發(fā)送的信息代碼，再經(jīng)過芯片的處理轉(zhuǎn)碼成為相應(yīng)的顯示信息。顯示子程序主要包含了液晶初始化、寫命令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、延時(shí)等程序。LCD顯示模塊程序流程圖如下圖5.5所示：圖5.5顯示屏流程圖5.6本章小結(jié)本章主要介紹了本次設(shè)計(jì)的方案及流程，將系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)通過文字及圖案分享給大家，讓大家對(duì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能有更好的了解。第6章系統(tǒng)調(diào)試介紹6.1調(diào)試軟件前面我們提到，本次設(shè)計(jì)選用的是STM32系列單片機(jī)，它是ARM內(nèi)核，因普通的KeiluVision5無法滿足這一要求，所以選用了KeilMDK5這個(gè)軟件作為開發(fā)環(huán)境，Keil可以說是目前單片機(jī)開發(fā)的主流工具，能夠兼容很多種語(yǔ)言，可以直接在軟件中進(jìn)行下載仿真，擁有十分強(qiáng)大的集成環(huán)境，受很多工程師們所青睞。此次設(shè)計(jì)中涉及到很多數(shù)據(jù)，在程序編寫上也很是復(fù)雜，而C語(yǔ)言有著十分豐富的數(shù)據(jù)類型和多種運(yùn)算符，編寫起來層次清晰，程序具有結(jié)構(gòu)化。而且在學(xué)校的教學(xué)中對(duì)C語(yǔ)言了解的也比較多，所以選用C語(yǔ)言作為此次的編程語(yǔ)言。下圖為KeilMDK5的開發(fā)界面：圖6.1KeilMDK5開發(fā)界面圖6.2ARM仿真器STM32系列單片機(jī)與普通STC系列單片機(jī)由于內(nèi)核不同，在下載方式上也不同，STC系列單片機(jī)通常用STC-ISP串口下載。本次設(shè)計(jì)直接選擇在開發(fā)環(huán)境中下載，故想到J-LINK仿真器，J-LINK是支持仿真ARM內(nèi)核的仿真器，能夠與IAR、Keil等開發(fā)環(huán)境實(shí)現(xiàn)程序仿真，操作簡(jiǎn)單，支持SWD和JTAG兩種調(diào)試接口，是ARM很實(shí)用的開發(fā)工具[14]。圖6.2J-LINK仿真器首先要進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，如果不通過反復(fù)多次的調(diào)試，就無法發(fā)現(xiàn)問題和其他不足。后期再經(jīng)過分析、調(diào)試以確保能夠