基于單片機(jī)的行車(chē)記錄儀的設(shè)計(jì)

1、 基于單片機(jī)的行車(chē)記錄儀的設(shè)計(jì)DESIGN OF DRIVING RECORDER BASED ON MICROCOMPUTER 專 業(yè)：電子信息工程姓 名：*指 導(dǎo) 教 師：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：學(xué) 士論文提交日期：學(xué)位授予單位：*大學(xué)摘 要 行車(chē)記錄儀是安裝在汽車(chē)上的一種裝置，他就像飛機(jī)上的黑匣子，可以隨時(shí)記錄車(chē)輛的行駛狀態(tài)和在道路情況，也可以時(shí)時(shí)的提醒開(kāi)車(chē)人的交通狀況，讓開(kāi)車(chē)人小心駕駛，避免交通事故，在發(fā)生一些交通事故時(shí)，還可以調(diào)取記錄儀記錄的信息做為交通事故發(fā)生時(shí)的證據(jù)，保障受害人的權(quán)益。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)成為人們出行必不可少的交通工具，與之而來(lái)的交通事故也逐年呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，如

2、果使用行車(chē)記錄儀的話,就可以有效的遏止疲勞駕駛、車(chē)輛超速等交通違章行為，避免一些不必要的災(zāi)難。因此，行車(chē)記錄儀的出現(xiàn)極大的降低了交通事故的發(fā)生率。就目前來(lái)說(shuō)，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，對(duì)記錄儀的研究還都沒(méi)有達(dá)到一個(gè)很成熟的地步，或者是技術(shù)水平不夠，不能夠得到讓人滿意的效果，或者是費(fèi)用過(guò)高，不能有一個(gè)讓大眾可以接受的產(chǎn)品價(jià)格，因此現(xiàn)在記錄儀還沒(méi)有普及到每一輛汽車(chē)中，只是在一些長(zhǎng)途客車(chē)上少量的使用，因此對(duì)記錄儀的研發(fā)還有很長(zhǎng)的一段路要走。本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的行車(chē)記錄儀不追求市場(chǎng)上那種強(qiáng)大的功能，它基于單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)GPS模塊的天線接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過(guò)GPS模塊處理后傳入單片機(jī)中，在單片機(jī)中將GPS數(shù)

3、據(jù)解析為可識(shí)別的數(shù)據(jù)，然后連接液晶顯示將信息顯示出來(lái)?？梢詫?shí)時(shí)的顯示車(chē)輛的位置信息與車(chē)輛的行駛狀態(tài)。本文中詳細(xì)介紹了單片機(jī)的各個(gè)引腳功能以及如何實(shí)現(xiàn)和其他設(shè)備之間的通信。對(duì)于GPS模塊，詳細(xì)的介紹了GPS模塊的工作原理以及如何對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解析，最后詳細(xì)的介紹了如何借助軟件對(duì)解析完的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并在液晶屏中顯示，以及如何通過(guò)鍵盤(pán)切換液晶屏顯示的內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)記錄儀所要完成的功能，即實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛的位置與行駛狀態(tài)。關(guān)鍵字：行車(chē)記錄儀； GPS模塊； 黑匣子ABSTRACTCar driving recorder is a device which is mounted in the car,

4、just like the black box in the airplane, not only can which record the cars running state and the problem coming from the road, but also can constantly remind the driver noticing the traffic condition, let the driver to drive carefully, in order to avoid the traffic accident. in the event of traffic

5、 accidents, It can also get recording information obtaining from the recorder for traffic accidents evidence, safeguard the rights of the victims. With the rapid development of social economy, the automobile has become the people's travel indispensable communication tool, with the traffic accide

6、nt also showed a rising trend year by year, if the use of the recorder, you can curb fatigue driving, speeding and other traffic violations effectively avoid some unnecessary disaster, therefore, vehicle traveling data recorder has greatly reduced the incidence of traffic accidents.At present, wheth

7、er domestic or foreign, study of the recorder are still not reached a very mature stage, whether technical level is not enough, can not obtain satisfactory results or the cost is too high, can not let the public to accept the price of the product, so now recorder has not spread to every car, just in

8、 the use of a small amount of long-distance bus, so the study towards the recorder has a long way to go.In this article, mainly introduces the design of vehicle traveling data recorder based on MCU. Data is received by the antenna of the GPS module and then it through the GPS module was introduced i

9、nto the MCU. In the micro-controller, the GPS data is translated for the identifiable data, then display information in the LCD.It can display the position information and the vehicle driving state of vehicle in real-time. This paper introduces in detail the communication between MCU each pin functi

10、on and how to achieve the communication with other equipments. For the GPS module, describing in detail the working principle of GPS module and how to translate the received signal to the identifiable data.Finally a detailed description of how to use the software to process the data parsed and displ

11、ayed on the LCD screen, and how to use keyboard switching liquid crystal display screen content, finally realizes the recorder to complete the functions, real-time record the position of the vehicle and driving state.Keywords：Car driving recorder； GPS module； the black box目 錄第一章 緒論1第一節(jié) 行車(chē)記錄儀的簡(jiǎn)介及研究的目

12、的和意義1第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀2第二章 行車(chē)記錄儀系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)4第一節(jié) 行車(chē)記錄儀的主要功能與系統(tǒng)組成4第二節(jié) 主要控制芯片的選擇4第三章 行車(chē)記錄儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)7第一節(jié) 單片機(jī)模塊7第二節(jié) GPS模塊11第三節(jié) 存儲(chǔ)模塊18第四節(jié) 液晶顯示模塊的硬件設(shè)計(jì)19第五節(jié) 鍵盤(pán)模塊20第四章 行車(chē)記錄儀系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)22第一節(jié) 編程語(yǔ)言的選擇22第二節(jié) 主程序的設(shè)計(jì)23第三節(jié) GPS接收模塊的軟件設(shè)計(jì)24第四節(jié) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的軟件設(shè)計(jì)25第五節(jié) 鍵盤(pán)和液晶顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)26結(jié) 論27致 謝29參考文獻(xiàn)：30附 錄31 天津科技大學(xué)2013屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第一章 緒論近年來(lái)隨著

13、我國(guó)科技的發(fā)展以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速提高,道路交通事故逐年呈現(xiàn)出上升趨勢(shì),尤其是長(zhǎng)途客運(yùn)車(chē)輛的重、特大道路交通事故頻頻發(fā)生,給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大損失。如果使用記錄儀的話, 就可以有效遏止疲勞駕駛以及車(chē)輛超速等交通違章行為，避免一些不必要的災(zāi)難。除此之外，汽車(chē)行駛記錄儀在保障車(chē)輛行駛安全以及對(duì)道路交通事故的分析鑒定等方面都具有重要的作用。第一節(jié) 行車(chē)記錄儀的簡(jiǎn)介及研究的目的和意義在百度百科中，行車(chē)記錄儀的定義是這樣的一個(gè)東西，它可以說(shuō)是使用在汽車(chē)上的黑匣子，它由汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)提供能源，通過(guò)高清攝像鏡頭攝影，可以隨時(shí)實(shí)現(xiàn)錄像錄影的功能，記錄車(chē)輛行駛過(guò)程中的影像及聲音，當(dāng)意外發(fā)生時(shí)，可以提取記錄儀

14、記錄的信息做為交通事故的證據(jù)，保障駕駛?cè)俗晕覚?quán)利。汽車(chē)在安裝行車(chē)記錄儀后，就能夠用它來(lái)記錄汽車(chē)行駛?cè)^(guò)程中的視頻圖像和聲音，記錄儀內(nèi)部還配置有沖擊傳感器，我們可以設(shè)置沖擊力敏感度的值，當(dāng)外界對(duì)汽車(chē)造成的沖擊力大于所設(shè)置的值時(shí)，導(dǎo)致該沖擊力的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)就會(huì)被記錄下來(lái)，調(diào)取這些數(shù)據(jù)就可以為交通事故提供證據(jù)。那些喜歡自己駕車(chē)旅游的朋友，還可以用它來(lái)記錄旅游路上的所見(jiàn)所聞。一邊開(kāi)車(chē)一邊錄像，同時(shí)把時(shí)間、速度、所在位置都記錄在錄像里，相當(dāng)于飛機(jī)上的“黑匣子”。此外記錄儀也可以被用作家庭DV來(lái)拍攝我們生活中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，也可以做為家用監(jiān)控使用。平時(shí)也還可以做停車(chē)監(jiān)控。近年來(lái)隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人民都過(guò)

15、上了好的生活，都擁有了屬于自己的汽車(chē)，隨之而來(lái)的也就導(dǎo)致了道路擁堵，交通事故頻繁發(fā)生等交通問(wèn)題，并且事故發(fā)生率呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢(shì),這其中以大型長(zhǎng)途客運(yùn)汽車(chē)為甚。頻繁發(fā)生的重大交通事故給國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了巨大損失。如果使用記錄儀的話,就可以有效的遏止疲勞駕駛、車(chē)輛超速等交通違章行為，避免那些不必要的災(zāi)難。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的行駛記錄儀的功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單純事故記錄功能，目前國(guó)內(nèi)外使用的記錄儀一般都兼有多種功能，例如事故記錄功能和行駛記錄儀的功能。從目前的發(fā)展來(lái)看，他一定會(huì)與汽車(chē)的其他電子系統(tǒng)（如GPS定位系統(tǒng)、GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)、圖像監(jiān)控識(shí)別系統(tǒng)等）相結(jié)合，向著大容量、模塊化、系

16、統(tǒng)化、數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸和數(shù)據(jù)集成處理的方向發(fā)展。1借助強(qiáng)大的信息網(wǎng)絡(luò)，最終使它成為一種對(duì)車(chē)輛運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的信息記錄、監(jiān)控并且為車(chē)輛提供科學(xué)、合理調(diào)度的管理系統(tǒng)，在確?，F(xiàn)代道路交通安全運(yùn)輸和高效物流動(dòng)態(tài)營(yíng)運(yùn)管理上起到了不可或缺的重要作用。雖然行車(chē)記錄儀以后有很大的發(fā)展前景，但是就目前來(lái)看，行車(chē)記錄儀的發(fā)展還存在很多的問(wèn)題。例如產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題，售后服務(wù)問(wèn)題以及功能標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問(wèn)題等。目前安裝的記錄儀大多都是為運(yùn)輸企業(yè)的內(nèi)部管理服務(wù)，完全無(wú)法滿足交警執(zhí)法的需要。而且一些汽車(chē)司機(jī)們對(duì)安裝行駛記錄儀抱有很大的抵觸情緒，認(rèn)為安裝記錄儀會(huì)對(duì)自己產(chǎn)生很大的約束，抵觸心理特別的強(qiáng)烈，并沒(méi)有意識(shí)到記錄儀對(duì)行車(chē)安全的

17、重要性。從執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)上來(lái)講，現(xiàn)有汽車(chē)行駛記錄儀國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只是推薦性使用標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)于記錄儀的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證、安裝使用范圍、違規(guī)處罰等都沒(méi)有明確的、具有法律約束力的規(guī)定。1在價(jià)格上，現(xiàn)在市場(chǎng)上出售的行車(chē)記錄儀價(jià)格普遍較高，從15000元到50000元不等，大部分用戶都無(wú)法承受。因此對(duì)汽車(chē)行駛記錄儀的研究還有很長(zhǎng)的路要走，如何制造出符合大眾要求，可以滿足各行業(yè)的人需要的好的產(chǎn)品，還需要我們很多人的努力。第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀1. 國(guó)外有關(guān) 在國(guó)外，由于汽車(chē)普及的比較早，大量的交通事故問(wèn)題也就更早的被意識(shí)到。為了能夠降低汽車(chē)發(fā)生交通事故的頻率、駕駛?cè)说奈ｋU(xiǎn)系數(shù)與國(guó)家承受的損失，人們想出了各

18、種辦法。在這樣的情況下，行車(chē)記錄儀的概念誕生了。最先推出記錄儀產(chǎn)品的地方是歐洲，那時(shí)的記錄儀主要采用機(jī)電模擬的方式實(shí)現(xiàn)，即機(jī)械式汽車(chē)行駛記錄儀。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的記錄儀使用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，直到2000年歐盟推廣使用的汽車(chē)行駛記錄儀仍然大多采用這種技術(shù)。這種記錄儀使用起來(lái)特別不方便，以紙盤(pán)機(jī)械式汽車(chē)行駛記錄儀為例，要想使用這種記錄儀必須要人工填寫(xiě)姓名、行駛里程等，非常繁瑣。除此之外，這種產(chǎn)品價(jià)格還特別昂貴，維護(hù)費(fèi)用也很高。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，歐盟開(kāi)始制訂數(shù)字式記錄儀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，并規(guī)定從2004年8月起，那些新注冊(cè)的機(jī)動(dòng)車(chē)必須安裝這種數(shù)字式的汽車(chē)行駛記錄儀，從那時(shí)起，傳統(tǒng)的紙盤(pán)試記錄

19、儀就慢慢的退出了人們的生活。目前較為常見(jiàn)的電子式記錄儀包含記錄儀、顯示器、數(shù)據(jù)采集處理卡、傳感器以及PC機(jī)處理軟件等幾個(gè)部分，其中傳感器用來(lái)采集數(shù)據(jù)，顯示器用來(lái)顯示實(shí)時(shí)的道路信息與車(chē)輛信息，數(shù)據(jù)采集處理卡用來(lái)存儲(chǔ)行駛記錄儀采集到的數(shù)據(jù)，PC處理軟件用來(lái)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理和事故分析。2001年8月，日本某科研小組研制出一種極其先進(jìn)的汽車(chē)行駛記錄儀，它可以記錄交通事故發(fā)生時(shí)的駕駛數(shù)據(jù)。它通過(guò)傳感器記錄速度、方向角度、剎車(chē)或急轉(zhuǎn)彎使汽車(chē)達(dá)到的加速度等信息，當(dāng)這些數(shù)據(jù)超過(guò)一定的界限時(shí)，便判斷為“事故”，并將“事故”發(fā)生前十秒和后五秒間的各種數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄入磁盤(pán)中。同時(shí)采用圖像處理技術(shù)，利用相機(jī)自

20、動(dòng)記錄“事故”發(fā)生前十秒和后五秒這段時(shí)間內(nèi)從駕駛席上能看到的事故場(chǎng)面。但是這種基于傳感器和圖像處理技術(shù)的汽車(chē)行駛記錄儀價(jià)格特別昂貴，因此這種產(chǎn)品還在萌芽中就被扼殺了。 2.國(guó)內(nèi)相關(guān)我國(guó)對(duì)行車(chē)記錄儀的研究和實(shí)踐相對(duì)較晚，是從20世紀(jì)80年代末期才開(kāi)始的。最初設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，使用磁帶來(lái)作為存儲(chǔ)介質(zhì)，實(shí)時(shí)的記錄車(chē)輛走過(guò)的路線。但這項(xiàng)發(fā)明在當(dāng)時(shí)不是很成功。隨著社會(huì)的進(jìn)步，汽車(chē)在我們社會(huì)越來(lái)越普及，交通網(wǎng)也就變得原來(lái)越復(fù)雜，以前的行車(chē)記錄儀根本無(wú)法滿足大眾以及交警執(zhí)法的要求。為了適應(yīng)交通管理和行車(chē)安全的需要，行車(chē)記錄儀的功能在其發(fā)展過(guò)程中也隨著需要進(jìn)行著功能上的擴(kuò)展，使它并不僅僅只局限于事故分析，在車(chē)輛監(jiān)控

21、、車(chē)輛狀態(tài)記錄及報(bào)警、交通宏觀控制、車(chē)輛管理等方面都也能起到很大的作用。相比國(guó)外的機(jī)械式行車(chē)記錄儀，我國(guó)的產(chǎn)品均為數(shù)字式的產(chǎn)品，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)記錄車(chē)輛行駛的各種狀態(tài)信息并且還可以有效準(zhǔn)確地鑒別駕駛員身份，同時(shí)還具備超速報(bào)警功能，串口通信功能以及打印輸出功能。并且都具備體積小巧、價(jià)格合理、無(wú)需專人維護(hù)且使用方便等特點(diǎn)。作為智能交通系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，行車(chē)記錄儀發(fā)展迅速，目前已經(jīng)在物流、車(chē)輛出租和長(zhǎng)途運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域開(kāi)始應(yīng)用。我國(guó)公安部門(mén)已經(jīng)明令要求所有長(zhǎng)途運(yùn)輸客車(chē)必須安裝行車(chē)記錄儀。到目前為止，雖然國(guó)內(nèi)記錄儀的市場(chǎng)已經(jīng)初具規(guī)模，但是還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)記錄儀的生產(chǎn)進(jìn)行管理，比如各種記錄儀產(chǎn)品在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、

22、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)傳輸方式等方面還是有較大差異的，這些都不利于實(shí)現(xiàn)對(duì)記錄儀的大面積推廣和規(guī)范管理。而且現(xiàn)在的記錄儀產(chǎn)品大多都采用的8位或者16位單片機(jī)做為主處理器，這也將極大地限制記錄儀系統(tǒng)的接口擴(kuò)展，功能的完善以及實(shí)時(shí)性能的提高。因此在我國(guó)對(duì)于記錄儀的研發(fā)道路還有很長(zhǎng)的路要走。第二章 行車(chē)記錄儀系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)第一節(jié) 行車(chē)記錄儀的主要功能與系統(tǒng)組成 本文設(shè)計(jì)的行車(chē)記錄儀所具有的主要功能是利用GPS模塊接收數(shù)據(jù)，通過(guò)具有處理功能的芯片的處理，可以把數(shù)據(jù)顯示到液晶屏上，做到實(shí)時(shí)記錄車(chē)輛的位置信息和車(chē)輛行駛的狀態(tài)信息。并且可以將數(shù)據(jù)記錄到存儲(chǔ)器中保存起來(lái)，當(dāng)用到時(shí)可以隨時(shí)的調(diào)用出來(lái)。根據(jù)系統(tǒng)的主要功

23、能大致可以將這個(gè)系統(tǒng)分為以下幾個(gè)部分： 1.GPS模塊，整個(gè)行車(chē)記錄儀最重要的模塊之一，用來(lái)接收來(lái)自GPS衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，并可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理變成處理器可以識(shí)別的數(shù)據(jù)。 2.中央處理模塊，整個(gè)行車(chē)記錄儀的核心部件，用來(lái)處理來(lái)自GPS模塊信號(hào)的模塊，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，使之在液晶屏中顯示出來(lái)，并且將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到存儲(chǔ)模塊中保存起來(lái)，是最重要的模塊 3.液晶顯示模塊，可已將接收到的數(shù)據(jù)以文字的格式在屏幕上顯示出來(lái) 4.鍵盤(pán)模塊，用來(lái)控制液晶屏翻頁(yè)，顯示收到的不同的信息 5.供電模塊，用來(lái)提供整個(gè)設(shè)備正常工作的電源根據(jù)所要用到的模塊，可以得到整個(gè)設(shè)備的大致框圖：圖2.1 系統(tǒng)整體框圖第二節(jié) 主要控制芯

24、片的選擇控制芯片是整個(gè)行車(chē)記錄儀系統(tǒng)的核心，是最重要的部分，本次設(shè)計(jì)的要求是基于單片機(jī)的行車(chē)記錄儀的設(shè)計(jì)，所以控制芯片必須是單片機(jī)。雖然選定了控制芯片為單片機(jī)，但是單片機(jī)的種類(lèi)多種多樣，迄今為止，市場(chǎng)上出售的單片機(jī)產(chǎn)品的種類(lèi)有60多類(lèi)，每一類(lèi)都包含十多個(gè)品種。如果按照CPU對(duì)數(shù)據(jù)處理位數(shù)來(lái)分的話，單片機(jī)通?？梢苑譃?位單片機(jī)，8位單片機(jī)，16位單片機(jī)和32位單片機(jī)。單片機(jī)的位數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)的功能以及試用的場(chǎng)合也就不一樣，雖然我們可以理解為單片機(jī)可以處理的位數(shù)越高單片機(jī)越好，但在不同的場(chǎng)合我們用最適合的單片機(jī)才是性價(jià)比最高的選擇。4位單片機(jī)是處理位數(shù)最少的一種單片機(jī)，它的的控制能力很弱，CPU一次

25、可以處理的二進(jìn)制數(shù)位數(shù)僅僅只有四位。這類(lèi)單片機(jī)在小型的計(jì)算器、簡(jiǎn)單的智能模塊以及家電控制器中應(yīng)用的比較廣泛。由于處理位數(shù)太少，并不能夠?qū)Ρ敬萎厴I(yè)設(shè)計(jì)中需要處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行很快很好的處理，因此在本次設(shè)計(jì)中我們不采用它。8位單片機(jī)是指一次可以處理八位二進(jìn)制數(shù)的微型控制器，它的的控制功能較強(qiáng)，品種也最為齊全。和上面提到的那款相比，它的存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)大量的內(nèi)容，可尋址的范圍也特別廣，除此之外它還有更多的中斷源、I/O口（并行）和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，以及可以進(jìn)行全雙工通信的的串行口。 指令系統(tǒng)也比較完善，該種單片機(jī)的指令系統(tǒng)不僅增設(shè)了乘除指令，為了使程序設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，它還增加了比較指令。為

26、了使單片機(jī)適應(yīng)更多的場(chǎng)合，還研制出了好多增強(qiáng)型單片機(jī)，這樣的單片機(jī)不僅增加了A/D和D/A轉(zhuǎn)換功能，還集成有定時(shí)器/比較寄存器、看門(mén)狗定時(shí)器、BUS控制部件和晶體振蕩電路等功能。由于這種類(lèi)型的單片機(jī)片內(nèi)資源豐富并且有強(qiáng)大的處理功能，所以在工業(yè)控制、智能儀表、家用電器和自動(dòng)化辦公系統(tǒng)中應(yīng)用的比較廣泛。16位單片機(jī)是在20世紀(jì)80年代才慢慢的發(fā)展起來(lái)的。這類(lèi)單片機(jī)的CPU是16位的，運(yùn)算速度普遍比8位的單片機(jī)要高，有的16位單片機(jī)尋址能力可以達(dá)到1MB，片內(nèi)含有A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路，并且支持像C語(yǔ)言這類(lèi)的高級(jí)語(yǔ)言。這類(lèi)單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域和8位單片機(jī)差不多，都是用在工業(yè)控制，自動(dòng)化辦公系統(tǒng)以及工程控

27、制系統(tǒng)中，他們比8位單片機(jī)具有更好的性能，可以完成一些8為單片機(jī)不能完成的東西。32位單片機(jī)是指一次可以處理32位二進(jìn)制數(shù)的微控制器，是單片機(jī)中最優(yōu)秀的產(chǎn)品，具有極快的處理速度。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展，32位單片機(jī)的市場(chǎng)前景被廣泛看好。例如ARM單片機(jī)，作為一款32位的微處理器，ARM與普通的8位單片機(jī)相比，其處理效率要高很多很多。一般的情況下人們談到ARM時(shí)經(jīng)常會(huì)把它和嵌入式操作系統(tǒng)聯(lián)系在一起，因?yàn)槔肁RM實(shí)現(xiàn)嵌入式是一個(gè)非常好的選擇方案。雖然ARM的各種性能都非常好，16位單片機(jī)的性能也要高于8位單片機(jī)，但是如果在本次設(shè)計(jì)的行車(chē)記錄儀系統(tǒng)中使用16位單片機(jī)或者更好的ARM單片機(jī)完全是一種

28、資源的浪費(fèi)，因?yàn)橐粋€(gè)8位的單片機(jī)就可以完全滿足開(kāi)發(fā)的要求了。而且平時(shí)我們對(duì)于8位的單片機(jī)了解得比較多，上手起來(lái)也非常容易，所以在本次設(shè)計(jì)中8位的單片機(jī)是最好的選擇。目前流行的8為單片機(jī)很多例如AVR單片機(jī)，PIC單片機(jī)和我們最熟悉的51系列單片機(jī)，在這幾個(gè)品種中，每種單片機(jī)也都有各自的優(yōu)點(diǎn)：C51單片機(jī)是51單片機(jī)和C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)稱，在大學(xué)階段我們都對(duì)51單片機(jī)有一定的了解，所以在學(xué)習(xí)51系列的其它單片機(jī)時(shí)也會(huì)很容易上手因此，此類(lèi)單片機(jī)可以作為首選。 PIC單片機(jī)種類(lèi)很多，他的優(yōu)點(diǎn)是比其它的單片機(jī)(例如51單片機(jī)，AVR單片機(jī))都要穩(wěn)定一些，所以這類(lèi)單片機(jī)一般用在社會(huì)上對(duì)穩(wěn)定性的要求比較高

29、的場(chǎng)合。 PLC單片機(jī)運(yùn)行很穩(wěn)定，但是和他的穩(wěn)定性相對(duì)應(yīng)的就是它的價(jià)格普遍很高，它的核心其實(shí)也可以說(shuō)就是一個(gè)51單片機(jī)，區(qū)別就在于它在51單片機(jī)的基礎(chǔ)上又加了很多的隔離器，這樣在應(yīng)用過(guò)程中就不會(huì)有像單片機(jī)那樣多的干擾，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域一般是在強(qiáng)電設(shè)計(jì)方面，例如工控行業(yè)。AVR是ATMEL公司的一個(gè)系列的產(chǎn)品,其性價(jià)比較高,如果我們?cè)O(shè)計(jì)的產(chǎn)品對(duì)穩(wěn)定性沒(méi)有太大的要求的話，這款單片機(jī)算是一個(gè)比較不錯(cuò)的選擇，它擁有哈佛結(jié)構(gòu)和RISC，具有處理功能強(qiáng)、效率高等特點(diǎn)。 了解了各類(lèi)單片機(jī)的特點(diǎn)與各自具有的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合自己的實(shí)際選擇一款單片機(jī)就變得很容易了。因?yàn)樵诖髮W(xué)階段，主要學(xué)習(xí)的單片機(jī)就是89C51單片機(jī)，

30、而且C語(yǔ)言也是大學(xué)中必修的一門(mén)課程，這兩樣?xùn)|西都是很熟悉的東西，而且C51系列單片機(jī)在性能上也完全可以滿足開(kāi)發(fā)所需要的要求，所以C51系列單片機(jī)是最佳的選擇。因此在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我選擇的是STC公司生產(chǎn)的90C51系列的單片機(jī)。STC單片機(jī)完全兼容51單片機(jī)，并有其獨(dú)到之處，其抗干擾能力極強(qiáng)，保密性也很不錯(cuò)，功耗低，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)，內(nèi)部還配置有MAX810專用復(fù)位電路，價(jià)格也較便宜，性價(jià)比非常高，最重要的是上手容易，而且擁有不錯(cuò)的性能。第三章 行車(chē)記錄儀系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)第一節(jié) 單片機(jī)模塊1.1STC90C516RD+系列單片機(jī)簡(jiǎn)介STC90C516RD+系列單片機(jī)是高速、低功耗的單片機(jī)，指令代

31、碼對(duì)傳統(tǒng)的51系列單片機(jī)完全的兼容，并且還有可供選擇的兩種時(shí)鐘周期（12時(shí)鐘/機(jī)器周期以及6時(shí)鐘/機(jī)器周期），內(nèi)部配置有專用的復(fù)位電路MAX810，時(shí)鐘頻率在12MHz以下時(shí)，復(fù)位腳可直接接地。1.增強(qiáng)型6 時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期；2.工作電壓：3.7V-5.5V/2.4V-3.8V；3.工作頻率的范圍：0至40MHz，相當(dāng)于一般的51系列的單片機(jī) 0至80MHz的頻率范圍；4.用戶應(yīng)用程序空間 4K/6K/7K/8K/10K/12K/13K/16K/32K/40K/48K/56K/ 61K/字節(jié)；5.片上集成 128/256/512字節(jié)的RAM；6.通用I/O口，復(fù)位后的P1/P

32、2/P3/P4 口全都是準(zhǔn)雙向口（相當(dāng)于一般的51系列單片機(jī)的I/O口）；7.內(nèi)含ISP/IAP；8.EEPROM；9.看門(mén)狗定時(shí)器；10.內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，外部晶體12M以下時(shí)，可以省去外部的復(fù)位電路，只要把復(fù)位引腳接地即可；11.共3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，當(dāng)需要時(shí)我們可以把定時(shí)器0當(dāng)成2個(gè)8位定時(shí)器使用，這樣就可以擴(kuò)展為四個(gè)定時(shí)器；12.4路外部中斷，分別由下降沿觸發(fā)和低電平觸發(fā)；13.通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART；214.工作溫度范圍：0-75/-40-+85。1.2 STC90C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC90C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)

33、構(gòu)框圖如下圖所示。STC90C51系列單片機(jī)中包含很多種模塊，像中央處理器模塊，程序存儲(chǔ)器模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器模塊，定時(shí)/計(jì)數(shù)器模塊，UART串口，I/O接口，EEPROM，看門(mén)狗模塊等。這個(gè)系統(tǒng)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可以稱得上是一個(gè)完整的片上系統(tǒng)。STC90C51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖3.1 STC90C51RD+系列內(nèi)部框圖 1.3 STC90C51系列單片機(jī)引腳說(shuō)明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位雙向I/O口。當(dāng)P0口的管腳輸入1時(shí)，顯示高電平輸入。當(dāng)P0口被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位時(shí)還可以用于外部程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。當(dāng)我們?cè)谟脝纹瑱C(jī)

34、做FIASH編程時(shí)會(huì)輸入源碼，進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)會(huì)輸出源碼，這時(shí)我們就可以從P0口進(jìn)行輸入和輸出。如果這樣做的話P0口外部必須接上拉電阻。P1口：P1口也是一個(gè)8位雙向I/O口。當(dāng)P1口的被輸入1時(shí)，該引腳會(huì)被置為高電平，此時(shí)P1為信息的輸入端口，當(dāng)P1口被置為0，則該引腳被置為低電平時(shí)，此時(shí)成為信息的輸出端口。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口主要是作為低八位地址的接收端口。P2口：P2口為8位雙向I/O口，當(dāng)給P2口輸入“1”時(shí)，該引腳被置為高電平，此時(shí)它作為輸入端口。當(dāng)把P2口做為外部的程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取的接口時(shí)，此時(shí)P2口輸出的為地址的高八位數(shù)據(jù)。如果對(duì)外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)

35、，P2口輸出內(nèi)容為它的特殊功能寄存器中的值。當(dāng)P2口用在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，他接受到的是數(shù)據(jù)高八位的地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口也是雙向I/O口，當(dāng)P3口被寫(xiě)入“1”后，該端口被置為高電平，用于數(shù)據(jù)的輸入。P3口除了上面提到的功能外，還可以作為STC90C51的一些特殊的功能接口，例如有以下備選功能：P3.0 （RXD口）和P3.1 （TXD口）相對(duì)應(yīng)，他們可以分別作為串行口的輸入和輸出（串行輸入口）；P3.2 和P3.3相對(duì)應(yīng)，他們可以分別作為/INT0和/INT1，即外部中斷0和外部中斷1的接口；P3.4 和P3.5是一組相對(duì)應(yīng)的接口，他們可以分別做為外部T0和T1的輸入端口（T

36、指的是定時(shí)器）；P3.6 和P3.7相對(duì)應(yīng)，他們分別是外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀寫(xiě)選通接口，其中/WR表示寫(xiě)選通，/RD表示讀選通；P3口的另外一種功能就是可以為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST為單片機(jī)的復(fù)位輸入引腳。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存對(duì)低位的地址字節(jié)有效。在用FLASH進(jìn)行編程的時(shí)候，這個(gè)引腳為脈沖的輸入引腳。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。在外部程序存儲(chǔ)器取地址的時(shí)候，每個(gè)機(jī)器周期該引腳有效兩次。/EA/VPP：該引腳為低電平時(shí)，不管內(nèi)部是否有程序存儲(chǔ)器，都是外部程序存儲(chǔ)器（低值范圍從0000H到FFFFH）工做。只有當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，內(nèi)部程序存儲(chǔ)器才開(kāi)

37、始工做。XTAL1和XTAL2可以分別作為反向振蕩放大器的輸入和輸出端，其中前者可以作為內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入端口。振蕩器特性:我們可以把這兩個(gè)振蕩器配置為片內(nèi)振蕩器。如果我們采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件的話，我們應(yīng)該把XTAL2引腳懸空。因?yàn)榻o振蕩器內(nèi)部輸入時(shí)鐘信號(hào)時(shí)會(huì)通過(guò)一個(gè)二分頻的觸發(fā)器模塊，因此這個(gè)對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬沒(méi)有什么要求，但是需要注意的是，我們必須得保證輸入信號(hào)的脈沖的高低電平所要求的寬度。1.4 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路就像整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的心臟部分，由他來(lái)控制整個(gè)芯片的工作，CPU就是通過(guò)復(fù)雜的時(shí)序電路完成不同的指令功能。單片機(jī)的外部晶振電路如圖3.6所示：圖3.2 外部晶振連接圖1

38、.5 復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位是將單片機(jī)做重新初始化的操作。為了使CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，單片機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，都需要先進(jìn)行復(fù)位操作，以便能有一個(gè)統(tǒng)一的工作狀態(tài)，因此復(fù)位是一步很重要的操作，但是大多數(shù)的單片機(jī)不具備自動(dòng)復(fù)位的功能，雖然在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中所用到的單片機(jī)在晶振頻率為12M以下時(shí)可以直接將復(fù)位引腳接地進(jìn)行復(fù)位，但是這次用到的單片機(jī)晶振的頻率為12M，所以不能直接進(jìn)行復(fù)位，所以必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)的上電自動(dòng)復(fù)位電路如圖3.7所示：圖3.3 上電自動(dòng)復(fù)位電路第二節(jié) GPS模塊1.1GPS簡(jiǎn)介GPS全稱為Global Positioning System全球定

39、位系統(tǒng)，他由空間部分，地面控制部分和用戶設(shè)備部分三部分組成。GPS的空間部分是由均勻分布在6個(gè)軌道面上距離地球表面兩萬(wàn)多米的24 顆衛(wèi)星組成。除此之外，在軌道上運(yùn)行的還有另外四顆作為備份的衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星分布均勻，無(wú)論何時(shí)都可以保證在全球的各個(gè)角落觀測(cè)到4 顆以上的衛(wèi)星，以便能夠隨時(shí)保持良好的定位服務(wù)。這就保證了隨時(shí)隨地的進(jìn)行連續(xù)的全球定位導(dǎo)航工作。GPS向地面發(fā)射兩組電碼，P碼(Precise Code 10123MHz）和C/ A 碼( Coarse/ Acquisition Code11023MHz)。P 碼頻率較高，因此有很強(qiáng)的抗干擾能力和準(zhǔn)確的定位精度，但是它受到了美國(guó)軍方的管制。

40、由于被設(shè)定了密碼，民間無(wú)法解讀，所以它主要為美國(guó)的軍方服務(wù)。C/ A 碼則不同，C/A碼為了開(kāi)放給民間使用被人為的采取措施降低了精度。地面控制部分由三部分組成，他們分別是主控站，全球監(jiān)測(cè)站和地面控制站。主控制站位于美國(guó)科羅拉多州，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)收集由衛(wèi)星傳回之訊息。監(jiān)測(cè)站裝配有精密的銫鐘和能夠連續(xù)測(cè)量到所有可見(jiàn)衛(wèi)星的接受機(jī)。它們將從衛(wèi)星接收到的觀測(cè)數(shù)據(jù)（包括電離層和氣象數(shù)據(jù)）經(jīng)過(guò)初步處理后傳送到主控站。主控站再?gòu)母鞅O(jiān)測(cè)站收集數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出衛(wèi)星的軌道和時(shí)鐘參數(shù)，然后將結(jié)果送給地面控制站。當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行至地面控制站上方時(shí)，控制站將這些導(dǎo)航數(shù)據(jù)信息及主控站指令發(fā)送給衛(wèi)星。這種工作每天對(duì)每個(gè)衛(wèi)星

41、執(zhí)行一次，并在衛(wèi)星離開(kāi)主控站作用范圍之前進(jìn)行最后的信息注入。假如某一地面控制站發(fā)生了故障，那么在衛(wèi)星中預(yù)存的導(dǎo)航信息還是可以使用一段時(shí)間的，但是隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，衛(wèi)星的導(dǎo)航精度也會(huì)逐漸的降低。所謂的用戶設(shè)備部分其實(shí)就是一種信號(hào)接收設(shè)備（即GPS信號(hào)接收機(jī)）。它的主要功能就是可以捕獲到衛(wèi)星，并追蹤這些衛(wèi)星在宇宙空間中的運(yùn)行。當(dāng)它接收到被他追蹤的GPS通訊衛(wèi)星所發(fā)射出的信號(hào)之后，就可以測(cè)量并計(jì)算出接收天線至通訊衛(wèi)星之間的偽距離和距離的變化率，3通過(guò)這些數(shù)據(jù)來(lái)解調(diào)出通訊衛(wèi)星運(yùn)行的軌道參數(shù)等有效數(shù)據(jù)。將接收到的這些數(shù)據(jù)輸入到該設(shè)備中的微處理計(jì)算機(jī)中，根據(jù)定位解析算法進(jìn)行定位計(jì)算，就可以計(jì)算出用戶所在地理

42、位置的經(jīng)度、緯度、高度、海拔、時(shí)間、速度等各種我們需要得到的信息。完整的GPS用戶設(shè)備是由硬件部分、軟件部分和GPS 數(shù)據(jù)處理后的軟件包構(gòu)成的。GPS 接收機(jī)又由天線部分和接收部分組成。接收機(jī)一般采用雙電源進(jìn)行供電，即機(jī)內(nèi)和機(jī)外電源。機(jī)內(nèi)電源的作用在于當(dāng)你在更換外電源時(shí)不至于中斷接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星的連續(xù)觀測(cè)。在用機(jī)外電源時(shí)，機(jī)外電源會(huì)給機(jī)內(nèi)電池進(jìn)行充電。關(guān)機(jī)后，機(jī)內(nèi)電池也會(huì)繼續(xù)為RAM存儲(chǔ)器供電來(lái)防止存儲(chǔ)在RAM存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)丟失。目前各種類(lèi)型的接受機(jī)體積被做的越來(lái)越小，重量也越來(lái)越輕，越來(lái)越便于用在野外觀測(cè)中。1.2GPS 接收機(jī)的性能與結(jié)構(gòu)GPS 衛(wèi)星全部都采用展頻技術(shù)來(lái)向地面發(fā)射信號(hào)，兩個(gè)載頻

43、發(fā)射(L 1波長(zhǎng)為19 cm，頻率f 1= 154×10. 23MHz；L 2波長(zhǎng)為24 cm，頻率f 2= 120×10.23MHz)的信號(hào)傳輸速率為50 Hz，調(diào)制方式為二相鍵控(BPSK)調(diào)制，且信號(hào)被調(diào)制在偽隨機(jī)碼上。GPS的偽隨機(jī)碼分為P碼、C/A碼和Y碼三種：P 碼稱為精碼，一般用在精密定位服務(wù)上。它的周期長(zhǎng)為7 d，碼頻率為10.23MHz，既然可以稱為精碼，因此無(wú)論是定位還是時(shí)間速度等都有很高的精度。它的時(shí)間精度已經(jīng)超越了納秒的水平為100 ps，定位精度為16m，速度精度也達(dá)到了0.1 m/s。C/A 碼被稱為粗碼，也可以稱他為標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)碼。它具有周期短

44、頻率低等優(yōu)點(diǎn)，他的周期僅為1 m s；碼的頻率也僅有1.023MHz，它的一個(gè)周期中有1023 個(gè)碼位。由于它的搜捕時(shí)間很短，所以特別適合用于快速提供精度不高的定位信息。定位精度為40m。Y 碼和P 碼相類(lèi)似，都屬于精密定位服務(wù)碼。但是它的編碼比P 碼復(fù)雜得多。GPS最開(kāi)始的用處就是用在美國(guó)軍方的軍事活動(dòng)，軍事科研等方面，雖然后來(lái)對(duì)民間開(kāi)放，但是美國(guó)軍方對(duì)GPS 的使用范圍進(jìn)行了一些控制，只有C/A 碼和廣播星歷向全球開(kāi)放。雖然美國(guó)對(duì)GPS的C/A碼做了開(kāi)放，但又不是絕對(duì)的開(kāi)放，他們對(duì)C/A 碼又采用了SA 方式，限制了C/A 碼的精度，使得水平定位的精度變?yōu)橐话倜椎母怕蕿榘俜种攀?。美?guó)在

45、GPS 系統(tǒng)中采用的SA 措施，對(duì)用戶是個(gè)很大的限制，為了針對(duì)這種限制，使這種限制降到最低，又發(fā)展了稱為DGPS 的差分GPS 技術(shù)。由于采用差分編碼技術(shù)，使得測(cè)量的定位精度得到了極大的提高，因此在大地的實(shí)際測(cè)量中獲得了非常廣泛的應(yīng)用。GPS 定位的基本原理實(shí)際上是比較簡(jiǎn)單的。由于每個(gè)地方都能監(jiān)測(cè)到四顆衛(wèi)星，這4 顆衛(wèi)星同時(shí)向GPS接收機(jī)發(fā)射時(shí)鐘信號(hào)，我們將它取名為D t，GPS接收機(jī)將收到的時(shí)鐘信號(hào)與自身的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)比，就可以得出時(shí)鐘偏差，這就是衛(wèi)星信號(hào)傳播所需要的時(shí)間，我們將它乘以3*108m/s，就可以計(jì)算出衛(wèi)星信號(hào)傳播的距離。于是我們得到這樣的一個(gè)簡(jiǎn)單的多元方程組：(A i - U

46、 a ) L + (Bi - U b )L + (C i - U c )L = (R i - Cb)L這里A i、B i、Ci 分別代表四顆衛(wèi)星的位置參數(shù)，由GPS 衛(wèi)星以50 Hz 的速率向全球不間斷廣播。U a、U b、U c 為接收機(jī)的位置。R i 即為傳播距離：R i= c×D ti。Cb 為用戶的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘偏差參數(shù)。于是得到含有四個(gè)未知數(shù)U a、U b、U c、Cb的四個(gè)方程。一般來(lái)說(shuō)這樣的方程都有唯一的解，由此我們就可以得到準(zhǔn)確的位置參數(shù)信息。作為GPS 用戶部分的主要部件GPS 接收機(jī)，主要是用來(lái)接收和處理來(lái)自GPS衛(wèi)星發(fā)送的位置信息。它主要由主機(jī)天線、運(yùn)算單元、輸出通道

47、等三個(gè)大部分構(gòu)成。主機(jī)的核心是低噪放大器、信道電路、中央處理器、存儲(chǔ)器等模塊；4我們可以借助軟件將衛(wèi)星信息進(jìn)行接收、采集、放大、識(shí)別、存儲(chǔ)、處理等操作以便能夠輸出有用的定位信息、速度信息和時(shí)間信息。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中使用的GPS模塊采用瑞士U-BLOX公司的NEO-5Q主芯片，此芯片為多功能獨(dú)立型GPS模塊，它以ROM為基礎(chǔ)架構(gòu)，具有成本低，體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)。在接收端采用U-BLOX公司最新的Kick-Start微弱信號(hào)攫取技術(shù)5，無(wú)論天線尺寸多大，設(shè)備所處的位置如何，只要可以接收到GPS信號(hào)，都可以確保采用此模塊的設(shè)備能夠有最佳的初始定位性能并進(jìn)行快速定位。1.3GPS信號(hào)的數(shù)據(jù)解析GPS上電

48、后，每隔一定的時(shí)間就會(huì)返回一定格式的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為：$信息類(lèi)型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x每行開(kāi)頭的字符都必須是$，緊接著是信息類(lèi)型，最后面的部分是數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)以逗號(hào)分隔開(kāi)。一行完整的數(shù)據(jù)如下：$GPRMC,080655.00,A,4546.40891,N,12639.65641,E,1.045,328.42,170809,A*60信息類(lèi)型一共可以分為以下幾種類(lèi)型：GPGSV：可見(jiàn)衛(wèi)星信息GPGLL：地理定位信息GPRMC：推薦最小定位信息GPVTG：地面速度信息GPGGA：GPS定位信息GPGSA：當(dāng)前衛(wèi)星信息在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們只用到了GPRMC和GPGGA的

49、信息，因此在這里我們只對(duì)GPRMC和GPGGA的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)解析的介紹。（1）GPRMC數(shù)據(jù)詳解GPRMC數(shù)據(jù)信息的格式為：$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh其中標(biāo)號(hào)“<1> ”表示UTC時(shí)間，時(shí)間格式為：hhmmss(時(shí)分秒)；標(biāo)號(hào)“<2>”表示GPS的定位狀態(tài)，其中A表示有效定位，V表示無(wú)效定位；標(biāo)號(hào)“<3>”表示緯度信息，格式

50、為：ddmm.mmmm(度分)(前面的0也將被傳輸)； 標(biāo)號(hào)“<4>”表示緯度半球，其中包括south和north； 標(biāo)號(hào)“<5>”表示經(jīng)度，其格式為：dddmm.mmmm(度分)(前面的0也將被傳輸)；標(biāo)號(hào)“<6>” 表示經(jīng)度半球，其中包括east和west；標(biāo)號(hào)“<7>”表示地面速率(0.09.999*103節(jié)，前面的0也是會(huì)被傳輸?shù)?；標(biāo)號(hào)“<8>”表示地面航向(0.0360度，參考基準(zhǔn)為地磁北極，同上)； 標(biāo)號(hào)“<9>”表示UTC日期，其日期格式為：ddmmyy(日月年)； 標(biāo)號(hào)“<10>”表示磁偏角(

51、0180度，前面的0跟上面的數(shù)據(jù)一樣會(huì)被傳輸)； 標(biāo)號(hào)“<11>”表示磁偏角方向，其中包括east或west； 標(biāo)號(hào)“<12>”表示模式指示(其中A表示自主定位，D代表差分，E表示估算，N代表數(shù)據(jù)無(wú)效)；解析內(nèi)容：1. GPS上接收到的時(shí)間格式為格林威治時(shí)間，即世界時(shí)間（UTC），因此我們需要把它轉(zhuǎn)換成北京時(shí)間（BTC）以便方便我們使用，BTC和UTC的時(shí)差為8個(gè)小時(shí)，因此我們要在這個(gè)時(shí)間基礎(chǔ)上加8個(gè)小時(shí)才是北京時(shí)間。2. 定位狀態(tài)，在接收到有效數(shù)據(jù)之前，這個(gè)位為“V”，后面沒(méi)有數(shù)據(jù)，當(dāng)接到有效數(shù)據(jù)之后，這個(gè)位就變?yōu)榱恕癆”，這樣后面的數(shù)據(jù)才開(kāi)始變?yōu)橛行?shù)據(jù)。3. 緯度

52、，把緯度轉(zhuǎn)換成度分秒的格式是很有必要的，因?yàn)橹挥羞@樣我們才能看得懂。他的計(jì)算方法如下：如接收到的緯度是：4556.319814556.31981 / 100 = 45.5631981可以直接讀出緯度的度數(shù)：45度（45.563198145）* 60 = 27.946356即27分（27.94635627）* 60 = 50.73187即50秒經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的緯度的數(shù)值：45度27分50秒。4. 南北緯，它包括兩種值：north and south；5. 仿照上面緯度的計(jì)算，我們就可以得到經(jīng)度的數(shù)值；6. 東西經(jīng)，這個(gè)位也有兩種值east（東經(jīng)）和west（西經(jīng)）；7. 速率，這個(gè)速率單位是海里/

53、時(shí)，為了把它轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)單位千米/時(shí)，我們應(yīng)該知道換算的比例，因?yàn)?海里 = 1.85km，所以我們需要把通過(guò)計(jì)算得到的速率全都乘以1.85才行，這樣就可以得到標(biāo)準(zhǔn)的速率；8. 航向，指的是我們行駛的方向和正北的夾角；9. 日期，GPS中的日期為準(zhǔn)確日期，因此不需要轉(zhuǎn)換。GPGGA數(shù)據(jù)詳解GPGGA的數(shù)據(jù)格式為：$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR&g

54、t;<LF>$GPGGA：起始引導(dǎo)符及語(yǔ)句格式說(shuō)明(本句為GPS定位數(shù)據(jù))；標(biāo)號(hào)“<1>”表示 UTC時(shí)間，它的數(shù)據(jù)格式為hhmmss.sss；標(biāo)號(hào)“<2>”表示 緯度，它的格式為ddmm.mmmm(如果數(shù)據(jù)的第一位是零也將會(huì)被傳送)；標(biāo)號(hào)“<3>”表示 緯度半球，包括N和S(北緯和南緯)；標(biāo)號(hào)“<4>”表示 經(jīng)度，其格式為dddmm.mmmm(如果數(shù)據(jù)的第一位零也將會(huì)被傳送)；標(biāo)號(hào)“<5>”表示 經(jīng)度半球，它包括E和W(東經(jīng)和西經(jīng))；標(biāo)號(hào)“<6>”表示定位質(zhì)量

55、指示，0表示定位無(wú)效，1則表示定位有效；標(biāo)號(hào)“<7>”表示使用衛(wèi)星的數(shù)量，從00到12(第一個(gè)零也將被傳送)；標(biāo)號(hào)“<8>”代表水平精確度，數(shù)值范圍為0.5到99.9；標(biāo)號(hào)“<9>”表示天線距離海平面的高度，高度值的范圍從-9999.9到9999.9米 M 代表單位米；標(biāo)號(hào)“<10>”表示大地水準(zhǔn)面高度，高度值的范圍也是從-9999.9到9999.9米 M 代表單位米標(biāo)號(hào)“<11>”表示差分GPS數(shù)據(jù)期限(RTCM SC-104)，最后設(shè)立RTCM傳送的秒數(shù)量；標(biāo)號(hào)“<12>”為差分參考基站標(biāo)號(hào)，數(shù)值范

56、圍從0000到1023(如果首位為0也將會(huì)被傳送)。1.4 GPS模塊工作原理GPS模塊原理圖如下所示：圖3.4 主芯片原理圖圖3.5 TTL電平接口NEO-5Q的引腳功能：1、 VCC 主電源供電引腳。GPS 接收機(jī)對(duì)工作電源的紋波較為敏感。最大電源紋波峰峰值不得超過(guò)50mV。2、V_BCKP 為備用電池連接引腳。在VCC主電源掉電的期間內(nèi)可以繼續(xù)維持實(shí)時(shí)時(shí)鐘和備用RAM的供電。這樣的好處就是可以使接收器在溫啟動(dòng)、熱啟動(dòng)后可以恢復(fù)并保持配置設(shè)定。如果備用電池未接入，那么在上電時(shí)接收器將執(zhí)行一個(gè)冷啟動(dòng)。如果沒(méi)有后備電池，將該引腳應(yīng)該接VCC或者GND。（注：GPS 的熱啟動(dòng) 冷啟動(dòng)和溫啟動(dòng)）G

57、PS開(kāi)機(jī)定位分為冷啟動(dòng)、溫啟動(dòng)和熱啟動(dòng)三種方式。冷啟動(dòng)：以下幾種情況開(kāi)機(jī)均屬于冷啟動(dòng)方式。初次使用時(shí)的啟動(dòng)；電池耗盡導(dǎo)致星歷信息丟失時(shí)的啟動(dòng)；關(guān)機(jī)狀態(tài)下將接收機(jī)移動(dòng)1000公里以上距離時(shí)； 溫啟動(dòng)：距離上次定位的時(shí)間超過(guò)兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)；6 熱啟動(dòng)：距離上次定位的時(shí)間小于兩個(gè)小時(shí)的啟動(dòng)。 有時(shí)候如果機(jī)器有軟件問(wèn)題，需要進(jìn)行冷啟動(dòng)，冷啟動(dòng)可以使用GPS-viewer進(jìn)行。3、VDD_USB USB接口電源，該引腳電壓范圍：3.0-3.6V。如USB未使用，該引腳必須連接到GND。4、電源功耗模式 U-BLOX5 提供兩種電源模式：最大性能模式和經(jīng)濟(jì)模式。5、EXTINT 外部中斷引腳，用于低功耗模

58、式喚醒功能。6、系統(tǒng)監(jiān)控 U-BLOX5 GPS和伽利略接收器提供系統(tǒng)監(jiān)控功能，這允許嵌入式處理器的操作及關(guān)聯(lián)外圍設(shè)備的監(jiān)督。這些監(jiān)控功能作為UBX協(xié)議的部分被輸出。Class “MON”。 7、接口 A、UART 1 (RxD1/TxD1)是默認(rèn)的串行接口。支持?jǐn)?shù)據(jù)速率：4.8 k Bit/s to 115 K Bit/s.。信號(hào)電平：CMOS 0V 到VCC（注:RxD1 有固定輸入電壓閥值（input voltage thresholds），獨(dú)立于VCC,如引腳不用，可以將之進(jìn)行懸空處理。） B、USB 在主機(jī)的USB接口和接收器的VDD_USB引腳間必須接入一個(gè)LDO（輸出3.3v）。接收器以USB自供電設(shè)備方式使用時(shí)，基本不耗電。但在總線供電方式下，電流最大約150mA左右。在這兩種方式間切換，LDO需要通過(guò)使能端控制其是否工作。 C、DDC C C通訊總線，SDA2 和SCL2引腳內(nèi)置上拉。做為從機(jī)模式時(shí)則無(wú)需上拉。 D、SPI 8、I/O引腳 A、EXTINT0是一個(gè)有固定輸入電壓閥值的中斷輸入引腳