基于一種單片機(jī)的 GPS 定位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

白書(shū)華（1.江西科技師范大學(xué)，江西南昌，330013；2.南昌理工學(xué)院，江西南昌，330044）

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基于一種單片機(jī)的 GPS 定位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析

白書(shū)華
（1.江西科技師范大學(xué)，江西南昌，330013；2.南昌理工學(xué)院，江西南昌，330044）

摘要：最早以前 GPS 定位系統(tǒng)普遍用在軍事方面，GPS 的使用現(xiàn)在已經(jīng)非常普及，大到航空航海系統(tǒng)，小到個(gè)人移動(dòng)設(shè)備，都有著它的身影。隨著 GPS 的民用化與成本的降低，已經(jīng)走入了人們的日常生活中，很多手機(jī)、PDA 等手持設(shè)備都配備了GPS 功能。現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備也都添加了 GPS 定位系統(tǒng)加上電子地圖可以實(shí)時(shí)的了解自己的方位，在不知道自己具體方位或找不到目的地時(shí)我們可以用 GPS 來(lái)定位當(dāng)前為置或目標(biāo)位置，在很大的程度上方便了我們的生活。本課題設(shè)計(jì)的 GPS 定位系統(tǒng)可以達(dá)到顯示當(dāng)前時(shí)間和經(jīng)緯度等信息。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；GPS 定位系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

0 引言

首先由 GPS模塊通過(guò)衛(wèi)星接收到GPS信號(hào)并將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； 然后傳送到單片機(jī)AT89C51中，我們可以編程來(lái)控制單片機(jī)怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理；最后將處理的后的信息傳送到液晶屏上顯示。我們可以通過(guò)液晶顯示的信息了解到我們當(dāng)前的位置信息，也就達(dá)到了定位的效果。

1 GPS 定位系統(tǒng)研究背景分析

自從問(wèn)世以來(lái)，在我們的生活和生產(chǎn)都起到了非常重要的作用，很多領(lǐng)域都使用到 GPS 定位系統(tǒng)。在地面的車(chē)輛搜索跟蹤、城市交通的智能管理等方面被廣泛使用。手機(jī)上的軟件配合 GPS定位系統(tǒng)，我們可以實(shí)時(shí)掌握自己的方位。所以可以根據(jù)這個(gè)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位跟蹤和監(jiān)控，可以達(dá)到救援和預(yù)防災(zāi)害的目的。因?yàn)樗哂袑?shí)時(shí)性、精度高、效率高、范圍廣、功能多、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)被人們廣泛使用，它改變了人們的生活方式，提高了人們的工作效率，給人們的生活帶來(lái)了巨大的變革，也給社會(huì)帶來(lái)了巨大的利益。隨著時(shí)間的推移各國(guó)為了擺脫美國(guó)對(duì)定位系統(tǒng)的控制，各國(guó)慢慢的都建立了屬于自己的 GPS 定位系統(tǒng)，我國(guó)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)就是在這時(shí)候建立的?，F(xiàn)在北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的性能已經(jīng)擠入了世界的一流的水準(zhǔn)了， 它的定位精確度達(dá)到 25 米左右。 定位系統(tǒng)的發(fā)展也在帶動(dòng)其他行業(yè)的進(jìn)步， 例如車(chē)載導(dǎo)航系統(tǒng)， 當(dāng)人們開(kāi)車(chē)進(jìn)入一個(gè)陌生的環(huán)境，如果沒(méi)有 GPS 定位系統(tǒng)，我們很難知道自己或目的地的具體方位就會(huì)感覺(jué)舉步維艱，但是現(xiàn)在有了導(dǎo)航系統(tǒng)配合車(chē)載視頻我們就可以知道自己的具體或目的地的位置， 這樣讓我們有車(chē)的朋友出門(mén)變得更方便了。 據(jù)我了解今年 9 月 3 日抗戰(zhàn)閱兵的坦克方隊(duì)中都應(yīng)用了我們國(guó)產(chǎn)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，在車(chē)?yán)锩嫖覀兒茈y通過(guò)肉眼去觀察車(chē)隊(duì)是否整齊，也就很難調(diào)整車(chē)速。但通過(guò) GPS 定位系統(tǒng)我們就可以通過(guò)傳回來(lái)的數(shù)據(jù)清楚地知道車(chē)隊(duì)是否整齊的在同一位置。GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越深入我們的生活，也讓它的研究更具有的時(shí)代意義。

2 用單片機(jī)GPS 定位控制系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

GPS 定位系統(tǒng)建立以來(lái)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)在生產(chǎn)和生活方面被廣泛應(yīng)用， 而單片機(jī)技術(shù)在 GPS 定位系統(tǒng)領(lǐng)域有著非常重要的作用，隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展 GPS 定位系統(tǒng)也變得越來(lái)越簡(jiǎn)潔，變得更貼近我們的日常生活。結(jié)合所學(xué)單片機(jī)的知識(shí)，將單片機(jī)應(yīng)用到 GPS 定位系統(tǒng)中，可以讓我們更加的熟悉單片機(jī)和GPS 技術(shù)本身，同時(shí)在實(shí)踐中會(huì)讓我們更熟練的運(yùn)用 GPS 和單片機(jī)技術(shù)，讓這些技術(shù)更好的為我們服務(wù)，使我們的生活變得更加便捷。

GPS 系統(tǒng)的基本知識(shí)和它的工作原理、GPS模塊的使用、單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)以及液晶屏的使用。通過(guò)對(duì)這些知識(shí)的融會(huì)貫通分別從硬件的設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫(xiě)，最后設(shè)計(jì)出可以實(shí)現(xiàn)GPS 定位功能的開(kāi)發(fā)板。AT89C51 單片機(jī)提取 GPS 接收模塊的接收數(shù)據(jù)并由 12864 液晶顯示接收到的數(shù)據(jù)。在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要熟悉 HOLUX—M-87 GPS 模塊的各性能指標(biāo)，結(jié)合單片機(jī)的的通信知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì) GPS 接收到的衛(wèi)星信息進(jìn)行提取，并選擇

性的將有用信息傳送到 LCD12864 液晶顯示屏上顯示。

3 GPS 定位信息顯示系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 GPS 定位系統(tǒng)的概述

GPS 定位系統(tǒng)是由美國(guó)最先研制出來(lái)的， 從 20 世紀(jì) 70年代到 1994 年 20 幾年時(shí)間，美國(guó)全面的實(shí)現(xiàn)了定位系統(tǒng)的覆蓋。 美國(guó)海陸空三軍聯(lián)合耗巨資研制出了新一代的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，主要目的為了給各軍提供實(shí)時(shí)、全天候、全球性的導(dǎo)航服務(wù)。在我國(guó)有很多學(xué)科都會(huì)運(yùn)用到 GPS 定位系統(tǒng)，例如工程測(cè)量、地殼的運(yùn)動(dòng)、航天攝影等。GPS 定位系統(tǒng)的建立以來(lái)，很多領(lǐng)域重新洗牌進(jìn)行著新的技術(shù)革命。

3.3 GPS 定位原理

24 顆 GPS 衛(wèi)星在離地面 1 萬(wàn) 2 千公里的高空上，以 12小時(shí)的周期環(huán)繞地球運(yùn)行，使得在任意時(shí)刻，在地面上的任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到 4 顆以上的衛(wèi)星。由于衛(wèi)星的位置精確可知，在 GPS 觀測(cè)中，我們可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離公式，利用 3 顆衛(wèi)星，就可以組成 3 個(gè)方程式，解出觀測(cè)點(diǎn)的位置（X，Y，Z）?？紤]到衛(wèi)星的時(shí)鐘與接收機(jī)時(shí)鐘之間的誤差，實(shí)際上有 4 個(gè)未知數(shù)，X、Y、Z 和鐘差，因而需要引入第 4 顆衛(wèi)星，形成 4 個(gè)方程式進(jìn)行求解，從而得到觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度。事實(shí)上，接收機(jī)往往可以鎖住 4 顆以上的衛(wèi)星，這時(shí)，接收機(jī)可按衛(wèi)星的星座分布分成若干組，每組 4 顆，然后通過(guò)算法挑選出誤差最小的一組用作定位.

參考文獻(xiàn)

［1］王惠南，GPS 導(dǎo)航原理與應(yīng)用.北京︰科學(xué)出版社，2003.

［2］鄭曉霞.基于 AT89S51 單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.內(nèi)蒙古大學(xué) 2009.

［3］何立民.從Cygnal80C51F看8位單片機(jī)發(fā)展之路［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002年，第 5 期︰5～8.

Design and analysis of GPS positioning control system based on single chip microcomputer

Bai Shuhua
（1.Jiangxi science and technology Normal University Nanchang Jiangxi，330013；2.Nanchang Institute of Technology Nanchang Jiangxi，330044）

Abstract：The earliest before GPS positioning system widely used in military，the use of GPS isnow very popular to aviation and navigation system，small to personal mobile devices，haveits shadow.With the decrease of the civilian GPS and the cost，has come into people's dailylife，a lot of mobile phone， PDA etc.handheld devices are equipped withGPS function.Nowmobile devices also added GPS and electronic map can be real-time understanding of theirrange，in do not know their own specific range or can not find the destination we can use GPSpositioning the placing position or goal， to a great extent convenient our lives.

Keywords：Single chip computer；GPS positioning system；design