北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的研究

42/48哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：北斗定位系統(tǒng)研究院、系：榮成學(xué)院電氣工程系姓名：朱瑞鋒指導(dǎo)教師：侯甲童系主任：王哈力2016年6月24日北斗定位系統(tǒng)研究摘要全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)成為重要的信息產(chǎn)業(yè)之一,越來(lái)越多的國(guó)家注意到其巨大的潛在價(jià)值。并成為衡量一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力強(qiáng)弱的工具,成為各國(guó)研究的重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)主要對(duì)基于STC89C52單片機(jī)的北斗定位接收機(jī)的軟硬件系統(tǒng)展開(kāi)了研究。首先,研究了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀、原理和特點(diǎn)；其次,選用和芯星通的UM220-ⅢN芯片為北斗模塊的核心芯片；然后,研究了接收機(jī)芯片的工作原理和特征,確定了北斗導(dǎo)航接收機(jī)的硬件和軟件整體方案；最后,在此方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟硬件的調(diào)試。本次設(shè)計(jì)的接收機(jī)首先通過(guò)北斗模塊接收定位信息,然后發(fā)送給單片機(jī)進(jìn)行信息處理,最終在顯示模塊顯示且在語(yǔ)音模塊播報(bào)。本設(shè)計(jì)所做的北斗導(dǎo)航接收機(jī)實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)定位?？梢杂肔CD12864顯示經(jīng)緯度、速度、時(shí)間、日期,并且用YS-M3語(yǔ)音播報(bào)模塊播放經(jīng)緯度。關(guān)鍵詞衛(wèi)星定位系統(tǒng)；北斗；STC89C52；UM220-ⅢN芯片TheResearchofBeidouPositioningSystemAbstractTheglobalsatellitenavigationsystemhasbecomeoneoftheimportantinformationindustry.Moreandmorecountriespayattentiontoitshugepotentialvalue.Ithasbecomethetooltomeasureanation'scomprehensivestrength,andafocusofresearch.Inthisdesign,thehardwareandsoftwaresystemoftheBeidoupositioningreceiverbasedonSTC89C52singlechipmicrocomputerisstudied.Firstly,thepaperstudiesthedevelopment,principleandcharacteristicoftheBeidounavigationsystem;secondly,choosetheHeXinXingTongUM220-IIINchipasthecorechipofBeidoumodule;then,studytheworkingprincipleandcharacteristicsofthereceiverchip,determinetheBeidounavigationreceiverhardwareandsoftwareoftheoverallprogram;finally,onthebasisofthisschemewerethedebuggingofthehardwareandsoftware.ThedesignofthereceiverfirstthroughtheBeidoumoduletoreceivepositioninginformation,andthensenttothemicrocontrollerforinformationprocessing,andfinallyinthedisplaymoduledisplayandbroadcastinthevoicemodule.ThisdesignfortheBeidounavigationreceiverhasrealizedtheaccuratepositioning.ItcanbeusedLCD12864displaylatitudeandlongitude,speed,time,date,andwithYS-M3speechmoduleplaythelatitudeandlongitude.KeywordsSatellitepositioningsystem;Beidou;STC89C52;UM220-ⅢNchip目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1課題研究背景及意義11.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀21.3本課題主要研究?jī)?nèi)容3第2章北斗定位系統(tǒng)42.1北斗定位系統(tǒng)概述4北斗定位系統(tǒng)組成4北斗定位系統(tǒng)的定位原理42.2UM220-ⅢN模塊52.2.1UM220-ⅢN芯片介紹52.2.2UM220-ⅢN引腳功能描述62.2.3UM220-ⅢN輸出語(yǔ)句格式72.3本章小結(jié)8第3章總體方案設(shè)計(jì)93.1單片機(jī)最小系統(tǒng)93.2北斗定位模塊電路103.3液晶顯示單元電路123.4語(yǔ)音模塊電路13語(yǔ)音模塊工作原理13語(yǔ)音模塊工作模式133.5本章小結(jié)14第4章定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)154.1開(kāi)發(fā)環(huán)境及軟件方案設(shè)計(jì)154.1.1μVision415軟件設(shè)計(jì)流程154.2定位信息接收與處理15數(shù)據(jù)接收15數(shù)據(jù)處理164.3模塊軟件設(shè)計(jì)18語(yǔ)音播報(bào)模塊18液晶顯示模塊19中斷函數(shù)214.4本章小結(jié)21第5章系統(tǒng)調(diào)試與分析225.1系統(tǒng)調(diào)試22北斗模塊調(diào)試22軟件調(diào)試245.2結(jié)果分析245.3本章小結(jié)26結(jié)論27致謝28參考文獻(xiàn)29附錄A31附錄B33附錄C34緒論課題研究背景及意義全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)〔GlobalNavigationSateliteSystem,GNSS是一種為人們提供全球、全時(shí)段高精度定位導(dǎo)航信息的衛(wèi)星系統(tǒng)。作為一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施,GNSS標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力,是保障國(guó)家安全、提高人民幸福指數(shù)的重要設(shè)施。眾所周知,20世紀(jì)70年代以來(lái)。以美國(guó)和蘇聯(lián)為首的各國(guó)認(rèn)識(shí)到太空資源的重要性,相繼啟動(dòng)各自的衛(wèi)星導(dǎo)航計(jì)劃。為緊隨經(jīng)濟(jì)和科技迅速發(fā)展的步伐,我國(guó)于1980年開(kāi)始創(chuàng)立一個(gè)獨(dú)立的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。20XX,隨著將第三顆北斗衛(wèi)星順利送入太空,我國(guó)組建了完整的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng),可以確保全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航通信信息。標(biāo)志著繼美國(guó)和前蘇聯(lián)后,我國(guó)成為世界上第三個(gè)建立了完善衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的國(guó)家。改變了我國(guó)長(zhǎng)期缺少高精度、實(shí)時(shí)定位的局面,填補(bǔ)了我國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的領(lǐng)域空白[1]。國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀目前,世界上已建成的全球衛(wèi)星導(dǎo)航體系有美國(guó)的"全球定位系統(tǒng)"〔GPS和俄羅斯的"格洛納斯"〔GLONASS系統(tǒng)。而歐洲也正在抓緊建設(shè)"伽利略"〔Galileo系統(tǒng)[2]。1995年4月27日,美國(guó)成功實(shí)現(xiàn)了GPS系統(tǒng)的完全組網(wǎng)運(yùn)行。在空間部分,GPS的星座由24顆衛(wèi)星組成,這24顆衛(wèi)星等距地分布在6個(gè)近圓軌道上,每個(gè)軌道上有4顆衛(wèi)星。接收部分由1個(gè)主控站和5個(gè)監(jiān)控站組成。用戶在同一時(shí)刻精準(zhǔn)計(jì)算4顆衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間,可得到高精度的三維定位數(shù)據(jù)?，F(xiàn)役的第二代GPS衛(wèi)星增加了星鐘、星間鏈路和自主導(dǎo)航三大功能,大大增強(qiáng)了GPS的導(dǎo)航精度、GPS系統(tǒng)的生存能力。1995年12月,俄羅斯〔前蘇聯(lián)的GLONASS衛(wèi)星定位系統(tǒng)落成。但由于美國(guó)壓制和后期資金緊缺,補(bǔ)網(wǎng)衛(wèi)星沒(méi)有及時(shí)發(fā)射,系統(tǒng)還滿足不了導(dǎo)航和定位的要求。GLONASS系統(tǒng)由24顆衛(wèi)星組成,散布在三個(gè)軌道上。GLONASS系統(tǒng)的民用標(biāo)準(zhǔn)定位精度是50m。伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)〔Galileo是由歐盟牽頭開(kāi)發(fā)的全球衛(wèi)星導(dǎo)航體系。該體系內(nèi)共有30顆衛(wèi)星,包括27顆運(yùn)行星,3顆備用星。20XX8月,隨著第二批的一顆衛(wèi)星成功進(jìn)入預(yù)定軌道,太空中已有6顆正式的伽利略衛(wèi)星,可初步施展地面定位的作用。Galileo系統(tǒng)與GPS系統(tǒng)、GLONASS系統(tǒng)相兼容的全球定位系統(tǒng)。它吸收了GPS的經(jīng)驗(yàn),具有很多優(yōu)點(diǎn)。Galileo系統(tǒng)實(shí)施了三載波模糊度解算技術(shù)〔Three-carrierAmbiguityResolution,TCAR,較好地處理了加密、密鑰和拒用三者的關(guān)系。該系統(tǒng)定位精度10m,定時(shí)精度33ns[3]。當(dāng)今,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在向多系統(tǒng)組合導(dǎo)航和差分導(dǎo)航方向發(fā)展。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)與慣性導(dǎo)航技術(shù)、無(wú)線電導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合,并且即將應(yīng)用數(shù)字化銫鐘技術(shù)。這對(duì)我國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)提出了更嚴(yán)格的要求和更新的挑戰(zhàn)。國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)〔BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS由空間段、地面段和用戶段三部分構(gòu)成。目前為止,中國(guó)已成功發(fā)射22顆北斗導(dǎo)航衛(wèi)星。已成功覆蓋亞太大部分地區(qū),具備區(qū)域無(wú)源導(dǎo)航服務(wù)能力。預(yù)計(jì)2020年前后,北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將形成全球無(wú)源服務(wù)能力。隨著我國(guó)綜合實(shí)力水平的提高,"北斗"產(chǎn)品越來(lái)越多地在工業(yè)制造、軍用領(lǐng)域、生活服務(wù)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。北斗定位系統(tǒng)在陸地上的開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面具有極其重要的地位,體現(xiàn)在諸多方面,如：車(chē)輛行駛狀態(tài)監(jiān)測(cè)和導(dǎo)航；旅游景點(diǎn)導(dǎo)航；應(yīng)急車(chē)輛最快路線引導(dǎo)；大氣物理觀測(cè)；工程建設(shè)的施工測(cè)算；板內(nèi)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和地殼形變測(cè)量；智能火車(chē)網(wǎng)建設(shè)；智能放牧；氣象監(jiān)測(cè)等[4]。北斗定位系統(tǒng)在海洋方面有著同樣重要的作用,例如：提供遠(yuǎn)洋船只的定位；計(jì)算最短航程,提高運(yùn)輸安全和效率；遠(yuǎn)洋船隊(duì)在航行中的實(shí)時(shí)調(diào)度和檢測(cè)；提供兩船之間、船與陸地的短報(bào)文通信；海洋救援的搜救和定點(diǎn)測(cè)量；海底管道鋪設(shè)測(cè)量；水文監(jiān)測(cè)等。20XX11月23日,國(guó)際海事組織海上安全委員會(huì)審議通過(guò)了對(duì)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)認(rèn)可的航行安全通函,這標(biāo)志著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式成為全球無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分,取得面向海事應(yīng)用的國(guó)際合法地位[5]。北斗定位系統(tǒng)在航空方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：民航飛機(jī)的自主導(dǎo)航；飛機(jī)精密著陸；飛機(jī)空中加油等。北斗系統(tǒng)已經(jīng)在我國(guó)許多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。利用這套系統(tǒng),最基本的就是接收北斗系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)并能夠?qū)崟r(shí)輸出顯示。輸出的信息包括定位地點(diǎn)的經(jīng)緯度、天線高程、UTC〔協(xié)調(diào)世界時(shí)時(shí)間、地面速度、日期、時(shí)間、衛(wèi)星個(gè)數(shù)等。由于北斗系統(tǒng)發(fā)展時(shí)間較短,與GPS和GLONASS系統(tǒng)在精度方面有一些差距。但相信北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在未來(lái)會(huì)大放異彩。本課題主要研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)采用STC89C52單片機(jī)為核心,研究北斗衛(wèi)星工作原理,讀取北斗衛(wèi)星導(dǎo)航模塊的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),在LCD12864屏幕上顯示當(dāng)前的經(jīng)緯度、日期、時(shí)間和速度信息,并且使用語(yǔ)音模塊播報(bào)經(jīng)緯度。能夠正確畫(huà)出系統(tǒng)原理圖,并且能夠正確調(diào)試電路,最終完成導(dǎo)航系統(tǒng)的實(shí)物制作,為今后開(kāi)發(fā)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航儀打下基礎(chǔ)。北斗定位系統(tǒng)北斗定位系統(tǒng)概述北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是中國(guó)正在努力實(shí)施的自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)是：建成獨(dú)立自主、開(kāi)放兼容、技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的覆蓋全球的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。促進(jìn)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈形成,具有完善的國(guó)家衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗定位系統(tǒng)組成北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分構(gòu)成。空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地球靜止軌道衛(wèi)星分別位于58.75oE、80oE、110.5oE、140oE和160oE。非靜止軌道衛(wèi)星由3顆傾斜同步軌道衛(wèi)星和27顆中圓軌道衛(wèi)星組成[5]。地面段包括主控站、注入站和監(jiān)控站等若干個(gè)地面站。主控站主要作用是收集每個(gè)監(jiān)測(cè)站的觀測(cè)數(shù)據(jù),分析數(shù)據(jù),生成衛(wèi)星導(dǎo)航電文和差分完好性信息,完成任務(wù)規(guī)劃與調(diào)度,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行與控制等。注入站主要任務(wù)是在主控站的統(tǒng)一調(diào)度下,完成衛(wèi)星導(dǎo)航電文、差分完好性信息注入和有效載荷的控制管理。監(jiān)測(cè)站接收衛(wèi)星信號(hào),發(fā)送給主控站,實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤、監(jiān)測(cè),為衛(wèi)星軌道確定和時(shí)間同步提供觀測(cè)資料。用戶段包含北斗系統(tǒng)用戶終端以及與其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)兼容的終端。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)采用衛(wèi)星無(wú)線電測(cè)定〔RadioDeterminationSatelliteService,RDSS與衛(wèi)星無(wú)線電導(dǎo)航〔RNSS集成體制。既能像GPS一樣,為用戶提供衛(wèi)星無(wú)線電定位服務(wù),又具有位置報(bào)告及短報(bào)文通信功能。北斗定位系統(tǒng)的定位原理目前,國(guó)際上三大定位系統(tǒng)GPS、GLONASS、Galileo和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理都是相同的,均是采用三球交會(huì)的幾何原理來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。用戶接收機(jī)在同一時(shí)刻接收兩顆及以上衛(wèi)星信息,計(jì)算出接收機(jī)至兩顆衛(wèi)星的距離,解算出衛(wèi)星的空間坐標(biāo),再利用距離交會(huì)法解算出用戶接收機(jī)的位置。具體流程如下：1.用戶測(cè)量出接收機(jī)到三顆衛(wèi)星的距離；2.衛(wèi)星的位置精確已知,通過(guò)電文播發(fā)給用戶；3.以衛(wèi)星為球心,距離為半徑畫(huà)球面；4.三個(gè)球面交得兩個(gè)點(diǎn),根據(jù)地理常識(shí)排除一個(gè)不合理點(diǎn)即得用戶位置。如圖2-1所示。圖2-1三球交會(huì)定位原理圖由于第二代北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)已不再要求用戶發(fā)送上行信號(hào),因?yàn)椴辉僖揽恐行恼倦娮痈叱虉D處理或由用戶提供高程信息,而是直接接受衛(wèi)星單方面測(cè)距信息自行定位,所以需要4顆以上的衛(wèi)星測(cè)距才可精確定位。這樣就面臨一個(gè)問(wèn)題,就是需要大量衛(wèi)星實(shí)行全覆蓋,所以我國(guó)的北斗衛(wèi)星目前為止只能進(jìn)行亞太地區(qū)的衛(wèi)星導(dǎo)航通信,還沒(méi)有全球覆蓋[6]。如圖2-2所示。圖2-2北斗定位原理圖UM220-ⅢN模塊UM220-ⅢN芯片介紹如圖2-3為和芯星通針對(duì)車(chē)輛導(dǎo)航、便攜設(shè)備、電信/電力授時(shí)、氣球探空等應(yīng)用生產(chǎn)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)北斗/GPS雙系統(tǒng)模塊。UM220-ⅢN芯片采用的是ARM9內(nèi)核,較高的跟蹤靈敏度,定位精度2.5m,速度精度0.2m/s,授時(shí)精度優(yōu)于20ns。該模塊具有功耗低、體積小、可靠性高等特點(diǎn)。圖2-3UM220-ⅢN模塊外觀相較于單一的GPS模塊,UM220-ⅢN可以隨意切換接受信息模式?？山邮諉我坏腉PS或北斗定位信息,也可同時(shí)接收北斗和GPS雙信號(hào)。這樣大大加強(qiáng)了定位信息的準(zhǔn)確性[7]。UM220-ⅢN引腳功能描述如圖2-4、表2-1為UM220-ⅢN的引腳圖和引腳功能介紹。UM220-ⅢN引腳為兩排對(duì)稱排列共24個(gè)引腳：圖2-4UM220-ⅢN引腳圖表2-1UM220-ⅢN管腳說(shuō)明序號(hào)名稱I/O電平標(biāo)準(zhǔn)描述1nRESETILVTTL外部低電壓重置2AADET_NILVTTL有源天線檢測(cè)1:非有源天線0:有源天線3TIMEPULSEOLVTTL時(shí)間脈沖4EXTINT0ILVTTL外部中斷引腳5GPIO2ILVTTL天線短路檢測(cè)1:天線對(duì)地短路0:天線對(duì)地正常6TXD2OLVTTL串口2發(fā)送數(shù)據(jù)7RXD2ILVTTL串口2接收數(shù)據(jù)8RSV保留管腳,懸空處理9VCC_RF2O3.0V±10%輸出電壓信號(hào)〔不用則懸空10GNDI接地11RF_INIGNSS輸入信號(hào)<BD2B1+GPSL1>12GNDI接地13GNDI接地14SPLSDOOLVTTLSPI數(shù)據(jù)輸出引腳〔不用則懸空15SPLSDIILVTTLSPI數(shù)據(jù)輸入引腳〔不用則懸空16SPLSCKOLVTTLSPI時(shí)鐘引腳〔不用則懸空17SPLCS1OLVTTLSPI芯片選擇1〔不用則懸空18SDA23I/OLVTTLDDC數(shù)據(jù)〔不用則懸空19SCL24I/OLVTTLDDC時(shí)鐘〔不用則懸空20TXD1OLVTTL串口1發(fā)送數(shù)據(jù),固件升級(jí)21RXD1ILVTTL串口1接收數(shù)據(jù),固件升級(jí)22V_BCKPI2.0V～3.6VRTC和SRAM備份電壓23VCC-3.0V±10%供電電源24GND-接地UM220-ⅢN輸出語(yǔ)句格式北斗數(shù)據(jù)遵循NMEA-0183協(xié)議,該數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)國(guó)家海事電子協(xié)會(huì)〔NationalMarineElectronicsAssociation,NMEA于1983年制定的。同一標(biāo)準(zhǔn)形式NMEA-0183輸出使用ASCII碼,其串行通訊的參數(shù)為：波特率4800bps,數(shù)據(jù)位8bit,開(kāi)始位1bit,停止位1bit,無(wú)奇偶校驗(yàn)位。數(shù)據(jù)傳輸以"語(yǔ)句"形式進(jìn)行,每句話都以"$"開(kāi)頭,接著是兩個(gè)字母的"識(shí)別符"和三個(gè)字母的"語(yǔ)句名",最后就是以逗號(hào)分割的數(shù)據(jù)體,最末尾為校驗(yàn)和。在UM220-ⅢN模塊中,"識(shí)別符"有三種。其中,GP為GPS系統(tǒng)單獨(dú)定位；BD為北斗系統(tǒng)單獨(dú)定位；GN為GPS與北斗系統(tǒng)混合定位。NMEA-0183的數(shù)據(jù)信息有十幾種。其中,GGA為輸出GPS定位信息；GLL為輸出大地坐標(biāo)信息；ZDA為輸出UTC時(shí)間信息；GSV為輸出可見(jiàn)的衛(wèi)星信息；GST為輸出定位標(biāo)準(zhǔn)差信息；GSA為輸出衛(wèi)星DOP值信息；ALM為輸出衛(wèi)星星歷信息；RMC為輸出GPS推薦的最短數(shù)據(jù)信息等。鑒于本文配置信息為RMC形式,所以只介紹RMC語(yǔ)句格式。對(duì)于一般的GPS定位應(yīng)用,RMC語(yǔ)句完全可以滿足要求。格式如下[8]。$GNRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>表2-2RMC語(yǔ)句格式說(shuō)明編號(hào)含義取值格式備注<1>定位時(shí)間000000.00～125959.99hhmmss.ssUTC時(shí)間<2>狀態(tài)有效位A/VA：有效V：無(wú)效<3>緯度0000.0000～8959.9999ddmm.mmmmdd：度mm.mmmm：分<4>南北半球N/SN：北緯S南緯<5>經(jīng)度00000.0000～17959.9999dddmm.mmmmddd：度mm.mmmm：分<6>東西半球E/WE：東經(jīng)W：西經(jīng)<7>地面速度000.00～999.99單位：節(jié)<8>速度方向000.00～359.99<9>日期010100～311299日,月,年<10>磁偏角00.00～99.99單位：度<11>磁偏角方向E/W固定為E<12>模式指示及校驗(yàn)和A/NA：?jiǎn)吸c(diǎn)定位N：未定位校驗(yàn)和：本語(yǔ)句從‘$’到‘*’之間所有字符進(jìn)行異或得到的16進(jìn)制數(shù)本章小結(jié)本章主要包括兩部分內(nèi)容。首先,介紹了北斗系統(tǒng)的組成與原理；在充分了解北斗定位原理后,講解了UM220-ⅢN模塊的基本信息。包括UM220-ⅢN模塊的電氣特性和引腳介紹。最后講解了UM220-ⅢN輸出語(yǔ)句格式和各數(shù)據(jù)位的含義?？傮w方案設(shè)計(jì)北斗接受模塊通過(guò)天線接收衛(wèi)星信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)天線視野內(nèi)衛(wèi)星的跟蹤、鎖定和測(cè)量。在獲得衛(wèi)星的位置信息和測(cè)量出衛(wèi)星信號(hào)的傳播時(shí)間后,就可計(jì)算出天線所在位置,即實(shí)現(xiàn)定位。用戶通過(guò)輸入輸出接口,獲取定位信息語(yǔ)句,通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行信息處理。最后通過(guò)顯示屏和語(yǔ)音播報(bào)模塊進(jìn)行人機(jī)交互。本設(shè)計(jì)要求通過(guò)單片機(jī)控制北斗導(dǎo)航器件實(shí)現(xiàn)定位信息顯示和播報(bào)功能。北斗模塊使用的是以和芯星通UM220-ⅢN模塊為核心的BD+GPS接收機(jī)。利用STC89C52單片機(jī)串口接收北斗和GPS混合信號(hào)〔GNRMC。并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)顯示和播報(bào)定位數(shù)據(jù)。顯示屏采用LCD12864,語(yǔ)音播放模塊使用YS-M3模塊。如圖3-1所示為整體方案框圖,通過(guò)天線接收的數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片UM220-ⅢN模塊處理,通過(guò)串口將定位信息傳到單片機(jī),最后通過(guò)單片機(jī)信息處理在LCD12864顯示并在語(yǔ)音模塊播放[9][10]。圖3-1北斗導(dǎo)航硬件設(shè)計(jì)框圖單片機(jī)最小系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中使用的是STC89C52單片機(jī),單片機(jī)具有的特點(diǎn)有穩(wěn)定性好、成本經(jīng)濟(jì)、使用簡(jiǎn)單、可控性好等。單片機(jī)電路加上復(fù)位和晶振兩個(gè)部分就形成了其最小系統(tǒng)。最小系統(tǒng)是構(gòu)成開(kāi)發(fā)板的基本單元。以此為基礎(chǔ),用戶加上北斗模塊、語(yǔ)音播放模塊和顯示模塊。單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3-2所示。其中包含晶振電路和復(fù)位電路。晶振電路采用11.0592MHz的無(wú)源晶振,所以并聯(lián)兩個(gè)30pF電容作為起振電路[11]。圖3-2單片機(jī)最小系統(tǒng)電路北斗定位模塊電路本設(shè)計(jì)選用的是和芯星通公司的UM220-ⅢN雙系統(tǒng)高性能北斗定位模塊。基于該公司的雙系統(tǒng)多頻率高性能SOC芯片,能夠同時(shí)支持BD2B1、GPSL1兩個(gè)頻點(diǎn)。UM220-ⅢN體積小,采用SMT焊盤(pán),適合低成本、低功耗的北斗模塊。UM220-ⅢN通過(guò)UART接口與開(kāi)發(fā)板進(jìn)行通信。本設(shè)計(jì)中使用的北斗開(kāi)發(fā)板為XX艾琳科技生產(chǎn)的北斗開(kāi)發(fā)板。該開(kāi)發(fā)板可將TTL電平通過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換成232電平,與電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。并引出了兩組串口,兩組串口都可以輸出NMEA擴(kuò)展語(yǔ)句,串口1還可對(duì)芯片內(nèi)部升級(jí)[7]。實(shí)物如圖3-3所示。圖3-3北斗開(kāi)發(fā)板實(shí)物圖本北斗衛(wèi)星模塊串口有磁珠和瞬態(tài)抑制二極管〔TransientVoltageSuppressor,TVS,用于對(duì)浪涌的消除,使得模塊更加安全穩(wěn)定。如圖3-4為模塊電源集成電路。模塊電源集成電路由LM317集成穩(wěn)壓器構(gòu)成,可輸出1.2V~37V的電壓,保證1.5A輸出電流。LM317有三個(gè)引腳,分別為調(diào)整端、輸入端和輸出端,調(diào)整端和輸出端電壓恒為1.25V?？赏ㄟ^(guò)設(shè)置為不串聯(lián)電阻分壓作用獲得想要輸出的電壓大小。在電源兩端并聯(lián)多個(gè)0.1μF電容起到濾波作用,減少電源電壓的波動(dòng),保護(hù)電路。圖3-4北斗模塊電源電路如圖3-5為北斗模塊芯片電路。由北斗模塊UM220-ⅢN和其附加電子器件組成。其中北斗模塊外接4組插針,在芯片與電源間串聯(lián)電感的作用是起差模濾波作用,防止電流突變對(duì)芯片造成損壞；并聯(lián)電感的作用是提高芯片運(yùn)行的穩(wěn)定性,防止產(chǎn)生噪聲。發(fā)光二極管為指示燈,每有信號(hào)傳輸一次則閃爍一次。TXD1與單片機(jī)的P3.0〔RXD相連,進(jìn)行串行通信。圖3-5北斗模塊芯片電路如圖3-6為北斗模塊串口電路圖,芯片UM220-ⅢN的串口信息通過(guò)MAX232轉(zhuǎn)化為232電平信號(hào),通過(guò)9針的串口與電腦PC端相連。可以進(jìn)行模塊數(shù)據(jù)定義和系統(tǒng)升級(jí)。圖3-6北斗模塊串口電路北斗模塊關(guān)鍵指標(biāo)如表3-1所示[12~14]。表3-1北斗模塊關(guān)鍵指標(biāo)電源電壓3.3V~5V冷啟動(dòng)時(shí)間32秒熱啟動(dòng)時(shí)間1秒溫啟動(dòng)時(shí)間<1秒接口TTL全雙工接口波特率9600bps工作環(huán)境40℃~85℃液晶顯示單元電路LCD12864可顯示漢字及圖形,內(nèi)置8192個(gè)中文漢字、128個(gè)字符及64×256點(diǎn)陣顯示RAM。如圖3-7和表3-2為管腳說(shuō)明。圖3-7LCD12864LCD液晶顯示器數(shù)據(jù)由單片機(jī)P0口進(jìn)行控制,P2口進(jìn)行指令控制操作。LCD12864主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性如：電源：VDD3.3V~5V〔內(nèi)置升壓電路,無(wú)需負(fù)壓；顯示內(nèi)容：128列×64行；接口：8位并行或串行；多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫(huà)面移動(dòng)、自定義字符、背景光等[15]。表3-2LCD12864管腳說(shuō)明引腳序號(hào)管腳名稱說(shuō)明1GND電源地2VDD電源輸入〔+5V3V0液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)4RS數(shù)據(jù)輸入5R/W讀寫(xiě)選擇〔1讀；0寫(xiě)6E讀寫(xiě)使能7-14DB0-DB7數(shù)據(jù)總線15PSB并/串口選擇〔1并；0串16NC懸空17REST液晶模組復(fù)位18Vout懸空19BLA背光源正端20BLK背光源負(fù)端語(yǔ)音模塊電路語(yǔ)音模塊工作原理YS-M3語(yǔ)音播放模塊主要包括一個(gè)單片機(jī)芯片、一個(gè)MP3硬解碼芯片、TF卡槽以及其他電阻電容組成。語(yǔ)音模塊工作原理：首先將MP3歌曲文本從存儲(chǔ)卡取出并讀取存儲(chǔ)器上的信號(hào),其次,解碼芯片對(duì)信號(hào)處理。然后通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器將解出來(lái)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。最后再把轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)放大,通過(guò)低通濾波器傳輸?shù)蕉鷻C(jī)或音響等播放裝置。因此,語(yǔ)音播放模塊最重要的兩個(gè)芯片就是單片機(jī)芯片和解碼芯片。單片機(jī)芯片運(yùn)行MP3歌曲的整個(gè)控制程序,控制各個(gè)部件的工作：從存儲(chǔ)設(shè)備讀取數(shù)據(jù)送到解碼器解碼；與主機(jī)連接時(shí)完成與主機(jī)的數(shù)據(jù)交換；接受控制按鍵的操作等。由于本模塊采用的是STC15W204S單片機(jī),自帶有D/A轉(zhuǎn)換功能,所以不需要單獨(dú)添加D/A轉(zhuǎn)換芯片。解碼芯片是不可或缺的一個(gè)硬件模塊。它可直接完成各種格式MP3音頻的解碼操作,并輸出數(shù)字音頻信號(hào)。解碼芯片的好壞決定了還原音頻信號(hào)的質(zhì)量[16]。語(yǔ)音模塊工作模式Y(jié)S-M3語(yǔ)音播放模塊由5V直流電源供電,具有9個(gè)觸發(fā)端口,支持兩種播放模式：?jiǎn)捂I觸發(fā)模式和編碼觸發(fā)模式。低電平觸發(fā)。如圖3-8所示。引腳功能如表3-3所示。單鍵觸發(fā)模式：模塊具備9個(gè)直接觸發(fā)端口,即A1-A9。每個(gè)端口對(duì)應(yīng)一首MP3歌曲。當(dāng)給A1-A9某一個(gè)端口低電平時(shí),該模塊就會(huì)播放該端口對(duì)應(yīng)的歌曲。編碼觸發(fā)模式：該模塊應(yīng)用編碼觸發(fā)方式可以播放31首MP3。應(yīng)用該模式時(shí),將A10和GND連接,用A1-A5為編碼端口進(jìn)行編碼。該狀態(tài)可配合單片機(jī)的I/O口來(lái)控制發(fā)聲。在本次設(shè)計(jì)中,采用單片機(jī)的P1口的低5位進(jìn)行歌曲的編碼選擇。圖3-8YS-M3模塊實(shí)物圖表3-3YS-M3引腳功能引腳序號(hào)引腳名稱說(shuō)明1Vcc5V2GND接地3GND接地4-12A1-A9編碼端口13A10與GND相連進(jìn)入編碼模式14CN1播放第二首,播放過(guò)程不可打斷15BY播放時(shí)輸出高電平,不播放這默認(rèn)低電平本章小結(jié)本章主要講述了硬件總體設(shè)計(jì)方案,介紹了單片機(jī)最小系統(tǒng)的組成,并且講述了北斗模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理。簡(jiǎn)述了LCD12864顯示原理和語(yǔ)音模塊工作原理和工作模式。定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)環(huán)境及軟件方案設(shè)計(jì)μVision4μVision集成開(kāi)發(fā)軟件是Keil公司產(chǎn)品,它集編輯、編譯〔或匯編、仿真調(diào)試等功能于一體,具有當(dāng)代典型嵌入式處理器開(kāi)發(fā)的典型界面。本次使用的是μVision4版本。它支持?jǐn)?shù)百種嵌入式處理器〔包括80C51系列、非80C51系列的多種單片機(jī)以及ARM處理器等芯片開(kāi)發(fā)。μVision4開(kāi)發(fā)過(guò)程大概包括：建立工程；配置工程；編寫(xiě)程序；編譯程序；仿真調(diào)試。軟件設(shè)計(jì)流程本設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)分為五大主要模塊：LCD液晶顯示模塊、導(dǎo)航數(shù)據(jù)接收模塊、單片機(jī)中斷初始化、語(yǔ)音播放模塊、時(shí)序模塊。程序流程圖如圖4-1所示。當(dāng)運(yùn)行程序時(shí),首先進(jìn)行LCD顯示屏和中斷初始化,然后顯示屏上顯示"BPS北斗定位"的開(kāi)機(jī)畫(huà)面,接著判斷是否已經(jīng)定位,如果沒(méi)有定位則顯示"Receiving"并循環(huán)判斷；如果已經(jīng)定位則需判斷定位信息是否正確,若不正確則顯示"nodata"；若正確則處理定位信息并存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)區(qū)中,然后在顯示屏上顯示經(jīng)緯度、日期、時(shí)間、速度信息。當(dāng)按下播報(bào)按鈕時(shí),則關(guān)閉中斷,播報(bào)當(dāng)前經(jīng)緯度信息,最后打開(kāi)中斷,循環(huán)運(yùn)行程序。本設(shè)計(jì)接收信號(hào)為GNRMC信號(hào),當(dāng)模塊接收此信號(hào)時(shí),將數(shù)據(jù)接收時(shí)間、接收日期、天線所在位置經(jīng)緯度信息、天線速度信息顯示在LCD液晶顯示屏上。當(dāng)按下播放按鍵時(shí),將播放當(dāng)前經(jīng)緯度位置信息[16][17]。定位信息接收與處理北斗導(dǎo)航模塊數(shù)據(jù)通過(guò)串口中斷傳輸至緩沖區(qū),同時(shí)將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī),單片機(jī)通過(guò)處理串口數(shù)據(jù)獲得經(jīng)緯度等定位信息[18]。數(shù)據(jù)接收北斗模塊啟動(dòng)后開(kāi)始接收導(dǎo)航數(shù)據(jù),接收到的各種信息〔如：經(jīng)緯度、UTC時(shí)間、移動(dòng)速度等數(shù)據(jù)包含在各個(gè)語(yǔ)句〔$GNGGA、$GNRMC等中,接收到的定位信息傳送至單片機(jī)的緩沖區(qū)。在串口助手中,我們可以看到北斗模塊從串口發(fā)給單片機(jī)的導(dǎo)航信息如圖4-2。方便我們根據(jù)各個(gè)語(yǔ)句的特點(diǎn)進(jìn)行處理信息程序的編寫(xiě)。圖4-1程序流程圖數(shù)據(jù)處理本設(shè)計(jì)根據(jù)需要,解析顯示的是$GNRMC這一傳輸語(yǔ)句信息。在第五章北斗模塊調(diào)試中,將介紹如何設(shè)置UM220-ⅢN,使其只輸出$GNRMC語(yǔ)句,這里不多累述。圖4-2接收數(shù)據(jù)根據(jù)圖4-3所示,為串口中斷過(guò)程。在中斷過(guò)程中,首先中斷主程序,進(jìn)入中斷服務(wù)子程序；然后判斷是否為"GNRMC"語(yǔ)句；接著處理數(shù)據(jù),在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中,我們可以根據(jù)","作為分離數(shù)據(jù)標(biāo)志,將相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同數(shù)組中,方便顯示。我們從$GNRMC語(yǔ)句中提取經(jīng)緯度、日期、時(shí)間、速度。最后,跳出中斷程序。圖4-3中斷處理過(guò)過(guò)程在對(duì)時(shí)間進(jìn)行處理時(shí),由于北斗模塊輸出時(shí)間為UTC時(shí)間,與北京時(shí)間相差8小時(shí)。所以在接收時(shí)間后,還要將UTC時(shí)間轉(zhuǎn)換為北京時(shí)間。程序如下：voidtrans_time<void>{ unsignedchartemp,hour_shi,hour_ge;//定義小時(shí),小時(shí)的十位和個(gè)位 temp=<time[0]-'0'>*10+<time[1]-'0'>;//計(jì)算小時(shí) if<temp<=16>//若小時(shí)小于等于16點(diǎn)加8小時(shí) { temp=temp+8; hour_shi=temp/10; hour_ge=temp%10; time[0]=hour_shi+'0'; time[1]=hour_ge+'0'; }else//若小時(shí)大于16點(diǎn),則加8小時(shí)減24小時(shí) { temp=temp+8-24; time[0]='0'; time[1]=temp%10+'0'; }}模塊軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)音播報(bào)模塊YS-M3語(yǔ)音模塊編碼觸發(fā)方式控制時(shí)需要單片機(jī)編碼控制。本設(shè)計(jì)中使用P1口來(lái)控制播放歌曲。將經(jīng)緯度信息拆分開(kāi)分別進(jìn)行播報(bào),歌曲存放在存儲(chǔ)卡內(nèi),將"0~9"、"東經(jīng)"、"北緯"、"年"、"月"、"日"等語(yǔ)音按順序存入內(nèi)存卡如表4-1所示,當(dāng)出現(xiàn)數(shù)字或標(biāo)點(diǎn)時(shí),檢索相應(yīng)音頻文件播報(bào),連續(xù)播報(bào)出來(lái)就成了經(jīng)緯度。當(dāng)按下播報(bào)按鍵時(shí),先關(guān)閉中斷,讀出經(jīng)緯度,后打開(kāi)中斷[19]。流程如圖4-3所示。表4-1音頻存儲(chǔ)表音頻序號(hào)音頻名稱001~0091~90100011東經(jīng)012北緯013度014分015秒016點(diǎn)圖4-3播報(bào)流程圖液晶顯示模塊1.初始化函數(shù)lcd_init<>{ lcd_wcmd<0x30>; //基本指令操作 delay<1>; lcd_wcmd<0x0c>; //關(guān)光標(biāo)整體顯示 delay<1>; lcd_wcmd<0x06>; //光標(biāo)右移,畫(huà)面不動(dòng),AC加1 delay<1>; lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的顯示內(nèi)容 delay<1>;}2.寫(xiě)指令函數(shù)voidlcd_wcmd<unsignedcharcmd>{ while<lcd_bz<>>; rs=0; rw=0; en=0; P0=cmd;//通過(guò)單片機(jī)P0口將指令發(fā)送至LCD顯示屏delay<3>; en=1;delay<3>; en=0; }3.寫(xiě)數(shù)據(jù)函數(shù)voidlcd_wdat<unsignedchardat> { while<lcd_bz<>>; rs=1; rw=0; en=0; P0=dat;//通過(guò)單片機(jī)的P0口將數(shù)據(jù)發(fā)送至LCD顯示屏delay<3>; en=1;delay<3>; en=0; }例如：要顯示"GPS北斗定位",這程序代碼如下所示：unsignedcharcodekaijihuamian[]={"GPS北斗定位"};unsignedchari; lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD顯示內(nèi)容 i=0; lcd_pos<1,1>; //設(shè)置顯示位置 while<kaijihuamian[i]!='\0'>//顯示字符 { lcd_wdat<kaijihuamian[i]>; i++; }中斷函數(shù)當(dāng)UM220-ⅢN模塊發(fā)送數(shù)據(jù)至單片機(jī)時(shí),單片機(jī)要進(jìn)入中斷程序,需要先運(yùn)行打開(kāi)中斷的相關(guān)語(yǔ)句,設(shè)置定時(shí)器方式等參數(shù),即為中斷初始化[20],程序如下：voidinit_all<void>{ SCON=0x50;//REN=1允許串行接受狀態(tài),串口工作模式1 TMOD|=0x20;//定時(shí)器工作方式2 PCON|=0x80; TH1=0xFa;//baud*2波特率9600數(shù)據(jù)位8停止位1校驗(yàn)位無(wú)TL1=0xF3; TR1=1; ES=1;//開(kāi)串口中斷 EA=1;//開(kāi)總中斷 lcd_init<>;}本章小結(jié)本章首先介紹了編程軟件,然后詳細(xì)講述了軟件設(shè)計(jì)整體思路,分別闡述了北斗模塊、顯示模塊、語(yǔ)音模塊和中斷初始化的控制流程,包括程序編寫(xiě)和流程圖講述。系統(tǒng)調(diào)試與分析系統(tǒng)調(diào)試完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、硬件制作和軟件編程后,要使系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)目的正常運(yùn)行,必須進(jìn)行硬件和軟件調(diào)試。北斗模塊調(diào)試在北斗模塊接收板的調(diào)試中,存在的許多問(wèn)題都是軟硬件相結(jié)合的。所以北斗模塊調(diào)試分為脫機(jī)調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試。1.脫機(jī)調(diào)試脫機(jī)調(diào)試任務(wù)是檢查硬件電路板所有器件和引腳。第一步：用數(shù)字萬(wàn)用表進(jìn)行逐一對(duì)點(diǎn)的檢查,檢查導(dǎo)線間是否有短路與開(kāi)路的故障及電阻是否正確。第二步：檢查電源。確定電壓值是否準(zhǔn)確,檢查開(kāi)關(guān)是否正常。第三步：加電后,檢測(cè)芯片與芯片間對(duì)應(yīng)引腳是否導(dǎo)通和截止。2.聯(lián)機(jī)調(diào)試通過(guò)脫機(jī)調(diào)試,我們可以消除一些明顯的硬件問(wèn)題,保障硬件系統(tǒng)的安全性和可靠性。但如果想要改變模塊的內(nèi)部特性,需要進(jìn)行通過(guò)軟件處理的聯(lián)機(jī)調(diào)試。北斗模塊在與單片機(jī)共同工作之前,需要在電腦軟件上進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)的設(shè)置。這個(gè)軟件是和芯星通出產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)測(cè)試軟件UnicoreSoftware。功能強(qiáng)大完善,可以測(cè)試包括GPS、北斗在內(nèi)的多種定位系統(tǒng)模塊的功能,如星數(shù)、接收質(zhì)量及經(jīng)緯度等參數(shù)。測(cè)試北斗模塊的過(guò)程如下：首先,用萬(wàn)用表測(cè)試硬件電路信號(hào)是否流暢。連接天線并將天線置于空曠地帶,切與地面成一定角度。盡量不要有建筑物、樹(shù)蔭等的遮擋。避免有電壓干擾,磁場(chǎng)輻射的地方。使用串口線將北斗模塊與電腦相連,查詢串口號(hào)。給北斗模塊供電。打開(kāi)測(cè)試軟件,設(shè)定串口號(hào)和波特率〔9600bps。注意：北斗模塊電源線不能接反,否則將對(duì)模塊造成永久損壞。當(dāng)北斗模塊正常接收定位信息時(shí),工作指示燈會(huì)不停閃爍。初始時(shí),循環(huán)接收所有五種定位信息語(yǔ)句〔GNGGA、GNGLL、GNGSA、GNGSV、GNRMC。所以可獲得所有衛(wèi)星定位信息。調(diào)試界面如圖5-1。a星座圖b>軌跡圖c>北斗跟蹤狀態(tài)d>GPS跟蹤狀態(tài)圖5-1北斗調(diào)試界面在UnicoreSoftware軟件中,可以調(diào)整北斗模塊接收信息種類(lèi)。如只接收北斗衛(wèi)星信息或GPS信息,也可兩種信息都接收。還可通過(guò)語(yǔ)句配置接收語(yǔ)句類(lèi)型,且可保存,以至于掉電不取消。這樣可以簡(jiǎn)化程序,只接收有效信息。五中語(yǔ)句消息的類(lèi)別和ID如表5-1,配置界面如圖5-2。如果想要將某種語(yǔ)句屏蔽掉則輸入"$CFGMSG,類(lèi)別,ID,0"。如果想要輸出某種語(yǔ)句需要輸入"$CFGMSG,類(lèi)別,ID,1"。表5-1消息類(lèi)別和ID消息名類(lèi)別ID最高輸出頻度GGA005HzGLL015HzGSA025HzGSV035HzRMC045Hz圖5-2信息配置界面該編輯界面中,按鍵分別為：=1\*GB3①冷啟動(dòng)；=2\*GB3②溫啟動(dòng)；=3\*GB3③熱啟動(dòng)；=4\*GB3④北斗；=5\*GB3⑤GPS；=6\*GB3⑥北斗+GPS；=7\*GB3⑦定位芯片信息；=8\*GB3⑧保存。當(dāng)配置完成后需要保存,這樣在掉電重啟后才能保存設(shè)置。軟件調(diào)試軟件調(diào)試的目的旨在利用開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行調(diào)試,糾正程序的問(wèn)題,同時(shí)也可能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。軟件調(diào)試是以模塊進(jìn)行的,首先調(diào)試各子程序否能否具有預(yù)期的作用,最后調(diào)試整個(gè)程序,尤其測(cè)試各個(gè)模塊間能否正確傳遞參數(shù)。1.檢查L(zhǎng)CD12864液晶顯示模塊程序,觀察在液晶屏上是否能夠正確顯示相應(yīng)字符。2.檢查單片機(jī)中斷初始化模塊,利用串口助手進(jìn)行發(fā)送外部中斷,測(cè)試單片機(jī)初始化的參數(shù)設(shè)置是否正確,單片機(jī)能否進(jìn)入中斷程序接收數(shù)據(jù)。3.檢查UM220-ⅢN模塊程序,通過(guò)觀察LCD12864液晶顯示屏觀察UM220-ⅢN接收數(shù)據(jù)是否正確,接收處理定位信息是否準(zhǔn)確。4.檢查語(yǔ)音播放模塊程序,通過(guò)音響播放經(jīng)緯度信息,與LCD12864顯示屏顯示的經(jīng)緯度對(duì)比確定播放是否正確。結(jié)果分析經(jīng)過(guò)硬件和軟件調(diào)試,最后實(shí)現(xiàn)了北斗定位接收機(jī)的功能,包括經(jīng)緯度、日期、時(shí)間和速度的顯示,以及經(jīng)緯度的播報(bào)。如圖5-3為北斗定位導(dǎo)航接收機(jī)。圖5-4為開(kāi)機(jī)畫(huà)面；圖5-5為未接受信號(hào)畫(huà)面；圖5-6為數(shù)據(jù)無(wú)效畫(huà)面；圖5-7為定位畫(huà)面,分別顯示經(jīng)度、緯度、時(shí)間、日期和速度。圖5-3北斗定位接收機(jī)圖5-4開(kāi)機(jī)畫(huà)面圖5-5未接收信號(hào)畫(huà)面圖5-6數(shù)據(jù)無(wú)效畫(huà)面圖5-7定位信息畫(huà)面在試驗(yàn)地點(diǎn)獲得相應(yīng)的經(jīng)緯度,通過(guò)"GoogleEarth"進(jìn)行驗(yàn)證定位的精準(zhǔn)度,實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)為XX理工大學(xué)榮成學(xué)院2號(hào)實(shí)驗(yàn)樓,地圖顯示經(jīng)緯度如圖5-4分別為：東經(jīng)122o30'36.11"；北緯37o10'10.92"。北斗衛(wèi)星接收機(jī)顯示的經(jīng)緯度如圖5-7所示,分別為：東經(jīng)122o30.60'；北緯37o10.17',將其換算為"度、分、秒"格式為：東經(jīng)122o30'36.00"；北緯37o10'10.20",與"GoogleEarth"上給出的經(jīng)緯度差距在1分內(nèi)。由此可見(jiàn),本設(shè)計(jì)方案能夠?qū)崿F(xiàn)較準(zhǔn)確的北斗定位功能。圖5-4GoogleEarth衛(wèi)星電子圖本章小結(jié)本章首先講述了北斗模塊的脫機(jī)調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試,通過(guò)軟件對(duì)北斗模塊進(jìn)行相應(yīng)配置；然后介紹了軟件調(diào)試過(guò)程,完成程序開(kāi)發(fā)；最后,進(jìn)行了設(shè)計(jì)驗(yàn)證。結(jié)論本設(shè)計(jì)在對(duì)北斗衛(wèi)星定位技術(shù)、單片機(jī)控制、語(yǔ)音播報(bào)和顯示模塊進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了北斗定位系統(tǒng)的整體框架。該系統(tǒng)完成了在北斗和GPS模式下的定位,并將定位信息通過(guò)液晶顯示屏顯示出來(lái)且播報(bào)了準(zhǔn)確的經(jīng)緯度信息。本設(shè)計(jì)采用和芯星通公司的UM220-ⅢN北斗模塊為接收板的核心部分,并以STC89C52單片機(jī)為處理核心。本設(shè)計(jì)所完成的主要工作有：1.北斗/GPS接收機(jī)先關(guān)技術(shù)的研究和總結(jié),了解了北斗衛(wèi)星的定位導(dǎo)航的概念和原理,了解了全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和我國(guó)北斗導(dǎo)航說(shuō)面臨的挑戰(zhàn)。2.在經(jīng)過(guò)比較論證后,選擇利用51單片機(jī)為導(dǎo)航接收機(jī)的核心處理芯片。并完成了接收模塊、控制模塊、顯示模塊、播報(bào)模塊的結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收,單片機(jī)與北斗模塊的串行通信以及LCD12864的顯示和語(yǔ)音模塊的播報(bào)。實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航數(shù)據(jù)的接收和定位顯示播報(bào)工作。3.完成了接收機(jī)的程序編譯工作。整個(gè)程序采用層次化和模塊化的設(shè)計(jì)思想,層次分明,易于理解。4.闡述了硬件和軟件調(diào)試過(guò)程,進(jìn)行了實(shí)際比對(duì),與實(shí)際地點(diǎn)基本吻合。達(dá)到了北斗接收機(jī)系統(tǒng)的基本定位功能。全球定位導(dǎo)航系統(tǒng)在未來(lái)必定將會(huì)成為大國(guó)間競(jìng)爭(zhēng)核心,在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)也保衛(wèi)著國(guó)家的安全。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,只實(shí)現(xiàn)了北斗定位系統(tǒng)的核心功能,還有許多延展方向值得我們?nèi)ラ_(kāi)發(fā)和完善,例如加入觸摸屏來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互；加入語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)來(lái)完善接收機(jī)的工作方式等等。致謝我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師侯甲童老師,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在侯甲童老師的悉心指導(dǎo)下圓滿完成,從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題到最后論文的成稿,侯甲童老師都給予了我精心的指導(dǎo)和極大的幫助。老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識(shí)淵博。感謝侯甲童老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間為我們提供良好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,他熱情的科研態(tài)度、敏銳的思維方式以及對(duì)學(xué)生認(rèn)真的態(tài)度成為了我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),并對(duì)我今后的學(xué)習(xí)生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究成果,如果沒(méi)有前人的努力付出,也不會(huì)給我這么多啟發(fā)和幫助,使我這么順利的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝我的母校XX理工大學(xué)榮成學(xué)院,是母校在大學(xué)四年時(shí)間使我成為了合格的大學(xué)畢業(yè)生,感謝母校給了我四年美好的回憶,我會(huì)永遠(yuǎn)記住我的母校。參考文獻(xiàn)李恒年．第三顆北斗導(dǎo)航定位衛(wèi)星發(fā)射升空[J]．中國(guó)空間科學(xué)技術(shù),2003,25〔03：4-5．石衛(wèi)平．國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J]．航天控制,2004,22〔04：28-33．HeinGW．Galileofrequencyandsignaldesign[J]．GPSworld,2003,14〔06：30-37．張輝,焦誠(chéng),白龍．北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．電子技術(shù)與軟件工程,2015,4〔11：35-38．趙慶鎖,王建勇,王京南．頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在全球衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．?dāng)?shù)字通信世界,2014,10〔12：34-39．索明何,饒?jiān)茲?邢海霞．基于單片機(jī)的液晶顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．科技廣場(chǎng),2008,15〔2：22-24．鄒海春,任鵬,張良．基于UM220-ⅢN的軌跡記錄儀設(shè)計(jì)[J]．科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015,4〔21：40-42．錢(qián)德俊,張哲,胡晨．NMEA0183協(xié)議解析[J]．電子器件,2007,30〔02：45-49．李喬．基于ARM的北斗/GPS接收機(jī)的研究[D]．XX：XX理工大學(xué),2014：8-11．張海龍．基于單片機(jī)的GPS定位顯示系統(tǒng)[J]．網(wǎng)絡(luò)與信息,2009,16〔04：47．李全利．單片機(jī)原理及應(yīng)用〔C51編程[M]．北京：高等教育出版社,2012：35-37．YimingQuan,LawrenceLau,GethinW.Roberts．MeasurementSignalQualityAssessmentonAllAvailableandNewSignalsofMulti-GNSS<GPS,GLONASS,Galileo,BDS,andQZSS>withRealData[J]．TheJournalofNavigation,2015,69〔2：313-334．WangXiaomeng,LiuRuihua．ConstellationDesignofTheBeidouSatelliteNavigationSystemandPerformanceSimulation[C]．2012NationalConferenceonInformationTechnologyandComputerScience．LanzhouofGansu,China,2012：231-232．HaoLei,BaowangLian,WeiHe．AnalysisofDOPforBeiDouNavigationSysteminAsia-PacificRegionBasedonSTK[C]．ThefourthChinesesatellitenavigationacademicannualmeeting．WuhanofHubei,China,2013：67-69．吳迅．使用單片機(jī)的簡(jiǎn)易GPS經(jīng)緯度信息顯示系統(tǒng)[J]．電子世界,2009,16〔01：46-48．劉缶．基于Linux的嵌入式音樂(lè)播放器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．XX：電子科技大學(xué),2014：15-30．吳忻．基于GPS定位和電子地圖的最佳路徑搜索[D]．XX：XX電子科技大學(xué),2006：20-30．YuWang,ZhenyaoZheng．TheKeyTechnologyResearchofGPSPositioningSystemBasedonSingleChipMicrocomputer[C]．AdvancedMeasurementandTest．SanyaofHainan,China,2010：49-50．崔亮．我國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)定位技術(shù)研究[J]．國(guó)防交通工程與技術(shù),2006,4〔02：34-36．文遠(yuǎn)保,杜冠．GPS/GPRS車(chē)載監(jiān)控終端的開(kāi)發(fā)[J]．微機(jī)處理,2007,29〔2：29-30．附錄A附錄B#include<REG52.H>#include<stdio.h>#include<intrins.h>sbitaj=P3^2;unsignedcharcodezi[]={0x15,0x1e,0x1d,0x1c,0x1b,0x1a,0x19,0x18,0x17,0x16,0x14,0x13,0x12,0x11,0x10,0x0f,0x0e,0x0d};//音頻unsignedcharflag_data; //數(shù)據(jù)標(biāo)志位unsignedcharflag_rec=0;unsignedcharnum_rec=0;unsignedcharcodekaijihuamian[]={"GPS北斗定位"};unsignedcharcodereceiving[]={"Receiving!"};unsignedcharcodenodata[]={"NoGPSdata!"};unsignedcharcodedanwei[]={"m/s"};//北斗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)組unsignedcharJD[10];//經(jīng)度unsignedcharJD_a; //經(jīng)度方向unsignedcharWD[9]; //緯度unsignedcharWD_a; //緯度方向unsignedchardate[7]; //日期unsignedchartime[7]; //時(shí)間unsignedcharspeed[5];//速度unsignedcharangle[6]; //方位角unsignedcharlock; //定位狀態(tài)//串口中斷需要的變量unsignedcharseg_count; //逗號(hào)計(jì)數(shù)器unsignedcharbyte_count; //位數(shù)計(jì)數(shù)器unsignedcharcmd_number; //命令類(lèi)型unsignedcharmode; //0：結(jié)束模式,1：命令模式,2：數(shù)據(jù)模式unsignedcharbuf_full; //1：整句接收完成,相應(yīng)數(shù)據(jù)有效,0：緩存數(shù)據(jù)無(wú)效unsignedcharcmd[5]; //命令類(lèi)型存儲(chǔ)數(shù)組sbitpsb=P2^3;sbitrs =P2^2; sbitrw=P2^1;sbiten=P2^0;voidmain<void>{ unsignedchari; init_all<>; lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的顯示內(nèi)容 delayms<10>; i=0; lcd_pos<1,1>; //設(shè)置顯示位置 while<kaijihuamian[i]!='\0'> { lcd_wdat<kaijihuamian[i]>; //顯示字符時(shí)間 i++; } delayms<200>; delayms<200>; delayms<200>; delayms<200>; delayms<200>; delayms<200>; delayms<200>; lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的顯示內(nèi)容 while<1> {if<aj==0>{delay<10>;if<aj==0>{EA=0;//關(guān)中斷P1=zi[10];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;for<x=0;x<3;x++>{y=JD[x]-'0';P1=zi[y];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;}P1=zi[12];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;for<x=3;x<8;x++>{y=JD[x];if<y=='.'>{P1=zi[15];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;}else{y=JD[x]-'0';P1=zi[y];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;}}P1=zi[13];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;P1=zi[11];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;for<x=0;x<2;x++>{y=WD[x]-'0';P1=zi[y];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;} P1=zi[12];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;for<x=2;x<7;x++>{y=WD[x];if<y=='.'>{P1=zi[15];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;}else{y=WD[x]-'0';P1=zi[y];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;}}P1=zi[13];delay<100>;P1=0xff;delay<1200>;EA=1;//開(kāi)中斷} } if<flag_rec==1>//gpsdataappear { flag_rec=0;//清數(shù)據(jù)有效標(biāo)志位 trans_time<>;//UTC--BJTIME if<lock==1>//如果已經(jīng)定位 { lcd_pos<0,0>; //設(shè)置顯示位置 while<JD[i]!='\0'> { lcd_wdat<JD[i]>; //顯示字符經(jīng)度 i++; } i=0; lcd_pos<0,4>;//經(jīng)度方位 lcd_wdat<JD_a>; lcd_pos<1,0>; //設(shè)置顯示位置 while<WD[i]!='\0'> { lcd_wdat<WD[i]>;//顯示字符緯度 i++; } i=0; lcd_pos<1,4>;//緯度方位 lcd_wdat<WD_a>; lcd_pos<2,0>; //顯示字符時(shí)間 while<time[i]!='\0'> { lcd_wdat<time[i]>; i++; } i=0 ; //顯示年月日 while<date[i]!='\0'> {lcd_pos<3,2>; for<i=0;i<2;i++> { lcd_wdat<date[i]>; } lcd_pos<3,1>; for<i=2;i<4;i++> { lcd_wdat<date[i]>;} lcd_pos<3,0>; for<i=4;i<6;i++> { lcd_wdat<date[i]>;}}i=0; lcd_pos<3,4>;//顯示速度while<speed[i]!='\0'>{lcd_wdat<speed[i]>;i++;}i=0;lcd_pos<3,6>;//顯示單位while<danwei[i]!='\0'>{lcd_wdat<danwei[i]>;i++;}i=0;}elseif<lock==0> //未定位{ lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的? delayms<10>; i=0; lcd_pos<1,1>; //設(shè)置顯示位置 while<receiving[i]!='\0'>{ lcd_wdat<receiving[i]>; //顯示字符時(shí)間 i++;} delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的顯示內(nèi)容 delayms<10>; } } if<flag_data==0>//如果沒(méi)有數(shù)據(jù) {lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的顯示內(nèi)容 delayms<10>; i=0 ; lcd_pos<1,1>; //設(shè)置顯示位置 while<nodata[i]!='\0'>{ lcd_wdat<nodata[i]>; //顯示字符時(shí)間 i++;} delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; delayms<100>; lcd_wcmd<0x01>; //清除LCD的顯示內(nèi)容 delayms<10>; } }}附錄CMeasurementSignalQualityAssessmentonAllAvailableandNewSignalsofMulti-GNSS<GPS,GLONASS,Galileo,BDS,andQZSS>withRealDataGlobalNavigationSatelliteSystems<GNSS>CarrierPhase<CP>-basedhigh-precisionpositioningtechniqueshavebeenwidelyusedingeodesy,attitudedetermination,engineeringsurveyandagriculturalapplications.WiththemodernisationofGNSS,multi-constellationandmulti-frequencydataprocessingisoneofthefociofcurrentGNSSresearch.TheGNSSdevelopmentauthoritieshavebetterdesignsforthenewsignals,whichareaimedforfastacquisitionforcivilusers,lesssusceptibletointerferenceandmultipath,andhavinglowermeasurementnoise.However,howgoodarethenewsignalsinpractice?Theaimofthispaperistoprovideanearlyassessmentofthenewlyavailablesignalsaswellasassessmentoftheothercurrentlyavailablesignals.Thesignalqualityofthemulti-GNSS<GPS,GLONASS,Galileo,BDSandQZSS>isassessedbylookingattheirzero-baselineDoubleDifference<DD>CPresiduals.Theimpactsofmulti-GNSSmulti-frequencysignalsonsingle-epochpositioningareinvestigatedintermsofaccuracy,precisionandfixedsolutionavailabilitywithknownshortbaselines.KeywordsMulti-GNSS；Newsignals；High-precisionpositioningINTRODUCTION.Currently,theUSGlobalPositioningSystem<GPS>andtheRussianGlobalNavigationSatelliteSystem<GLONASS>aretheonlytwofullyoperationalsatellitepositioningsystemswithglobalcoverage.GPSusesCodeDivisionMultipleAccess<CDMA>techniquestodifferentiatethesatellites.AlltheblocksofGPSsatellites<i.e.,BlocksIIA,IIR,IIR-M,andIIF>transmitatleasttwotypesofrangingcodes:theCoarse/Acquisition<C/A>codesandthePrecise<P>code.TheC/Acodeisopentocivilianusers,andthePcodeisonlyavailabletomilitaryandauthorisedusersthroughencryptionintotheY-code.However,theP<Y>codescanstillbetrackedusingspecialtrackingtechniquessuchascross-correlationorZ-tracking<AshjaeeandLorenz,1992;Seeber,2003.P.240–243>.GLONASSmainlyusesFrequencyDivisionMultipleAccess<FDMA>techniquestodistinguishthesatellites.SimilartoGPS,GLONASSalsohasstandardaccuracysignalsL1OFandL2OFopentothepublicandhighaccuracysignalsL1SFandL2SFreserv