基于GPS-OEM板及AT89S52单片机开发基本GPS接收机.doc

基于GPS-OEM板及AT89S52单片机开发基本GPS接收机摘要:文章利用单片机和GPS-OEM板二次开发设计了一种成本较低、精确度较高经济型GPS定位系统。采用GARMIN公司的GPS25LVS OEM板二次开发、ATMEL公司出品的AT80C51单片机以及MAX232电平转换芯片、键盘、液晶显示器等外围设备设计;应用汇编语言实现了GPS信号的接收、显示以及一些键盘控制操作;加入了手持终端模块,便于操作控制。经实验验证,定位精度符合要求,并且在空旷的地方接收精度较高。 关键词:GPS-OEM板;AT89S52单片机;基本GPS接收机 GPS作为一个测向基准系统,已被广泛用于航天器自主导航、大型工程变形监测等领域,其早期测向产品主要是利用多台GPS接收机组合测量的方法,国内某些科研机构也提出过利用2块独立的GPS-OEM板进行联合测量的方案,但都存在很大的资源浪费,而且针对性不强。而具有性能优良、价格低廉、轻巧灵便、易于开发等优点的小型化双天线GPS原始设备OEM板完全可以解决此类问题,利用OEM板进行二次硬件开发不仅降低了成本,还可以使其功能更具针对性。另外,双天线GPS-OEM板的开发也有利于GPS与RS、GIS的3S集成,对进一步进行测向数学模型的构建也是很有意义的。本文以测向的双天线GPS-OEM板为例,给出了母板的整体设计方案,对各个部分进行了详细的介绍,并对设计产品进行了现场实验。其静态实验结果表明,很好地实现了定位侧向功能。 一、硬件电路设计 (一)系统总体设计 本系统采用GPS25LVS-OEM板(型号为G-501)接收定位信息,并将数据发送给单片机,AT89S52单片机接收、存储数据,并将定位信息通过显示模块显示,应用键盘输入进行初始化配置,同时加入手持终端模块,便于对整个系统的操作和控制。系统框图如图1所示: (二)GPS-OEM板硬件设计与通信协议 本设计采用的是GARMIN公司的GPS25LVS OEM板与ATMEL公司出品的AT89S52单片机。GPS25LVS OEM板作为GPS接收机的主要组成部分接收来自天线单元的信号,通过变频、放大、滤波等一系列处理过程,实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,从而产生计算位置的数据信息(包括:纬度、经度、高度、速度、日期、时间、航向、卫星状况等),并由RS232标准串口输出串行数据。该OEM板为12通道的GPS接收机,可以同时跟踪多达12颗的GPS卫星,能够实现快速定位。GARMIN的OEM板功耗小,数据更新率为每秒一次。 GPS-OEM板的输入输出语句均按串行通信协议。数据结构为8个数据位、一个起始位、一个停止位,无奇偶校验位,输出数据格式初始化为NMEA0183格式。输出波特率为4800波特。用户通过输入语句对GPS-OEM板进行初始化,设置数据格式、通信波特率、要求输出的种类等;输出语句即向用户输出GPS的各种数据信息(见图2)。 (三)单片机 采用MCS-51系列单片机。虽然信号处理和计算的功能相对差些。但其结构简单、体积小、性价比高、可靠性高、功耗小及应用范围广,适合于小型化作业。因此。因此本系统选用了ATMEL公司的AT89C51单片机作为微控制器。 (四)电平转换模块 单片机与GPS-OEM板的联接是通过一个电平转换芯片实现的。由于GPS OEM板的串口电平是符合RS232标准的电平,而单片机串口采用的是TTL电平,因此需要通过电平转换才能够连接。本系统采用MAX232电平转换芯片,可以实现RS232电平与TTL电平的双向转换。该芯片内部有电压倍增电路和转换电路,对外接0.1uF的电容和+5V电源便可工作,使用十分方便。 (五)手持终端模块 手持终端模块主要用于在一定距离内遥控GPS接收模块,便于进行人机交互,更加方便。 (六)显示及键盘模块 采用4×4的薄膜键盘,由单片机的P2口控制,扫描时采用行列式扫描方法。显示部分采用字符型液晶显示模块作为人机交互界面,规格为20×4的显示器,8根数据线和单片机的P3口连接。液晶显示模块是一种将液晶显示器件、连接件、集成电路、PCB线路板、背光源、结构件装配在一起的组件。以上5部分具体电路连接如图3所示。 二、软件设计 本系统主要用于接收GPS定位信号,并应用GPS VIEWERR软件在PC上实时显示其经度、纬度、时间以及连接卫星等相关信息。同时提供键盘中断处理、功能字操作控制与实现等功能。采用的通信协议为美国国家海洋电子协会制定的NMEA-0183协议。NMEA-0183输出数据为ASCII码,语句包括GPGGA、GPGLL、GPGSA、GPRMC等,其内容主要有经度、纬度、高度