基于单片机的GPS定位信息采集系统的开发与应用
单片机在GPS定位系统中的应用研究
单片机在GPS定位系统中的应用研究一、引言GPS（全球定位系统）是一种利用卫星进行地理定位的系统，已经广泛应用于各种领域。
而在GPS定位系统中，单片机作为一个重要的控制核心，发挥着关键作用。
本文将研究单片机在GPS定位系统中的应用，探讨其原理、功能和优势。
二、GPS定位系统的原理GPS定位系统由GPS卫星、地面控制中心、用户终端三部分组成。
GPS卫星通过发射信号并接收回传信号，用户终端利用接收到的信号进行定位计算，地面控制中心负责GPS卫星的管理和维护。
在这个过程中，单片机扮演着数据处理和控制的角色。
三、单片机在GPS定位系统中的功能1. 数据解析和处理：单片机能够接收和解析GPS卫星发射的信号，提取出所需的定位数据。
通过算法计算、数据处理和校准，单片机能够准确地计算出终端的地理位置。
2. 位置跟踪和导航：单片机可以实时地跟踪用户终端的位置，并提供导航功能。
通过不断更新位置信息，单片机能够预测用户目的地并提供路线规划。
3. 数据存储和传输：单片机能够将定位数据存储在内部存储器或外部存储器中，供后续分析和应用。
同时，单片机还可以通过无线通信方式将位置数据传输给其他设备或系统。
四、单片机在GPS定位系统中的优势1. 节省成本：相比于传统的定位系统，单片机具有体积小、功耗低、成本较低等优势。
这使得单片机在大规模应用时可以降低系统开发和维护的成本。
2. 灵活性和可定制性：单片机具有灵活的编程性质，能够根据实际需求进行定制开发。
单片机还可以与其他外部器件或传感器进行兼容，进一步提升GPS定位系统的功能和性能。
3. 实时性和稳定性：由于单片机的高性能和强大的数据处理能力，GPS定位系统能够实时地获取位置信息并准确计算。
单片机的稳定性也保证了系统长时间运行的可靠性。
五、实际应用案例1. 车辆定位和追踪：利用单片机和GPS模块，可以实现对车辆的定位和追踪。
这对于物流行业、公共安全、车辆租赁等领域具有重要意义。
2. 无人机导航：单片机和GPS模块的组合可以实现对无人机的导航和航迹规划。
(完整版)基于单片机的简单GPS定位信息显示系统设计毕业论文
毕业论文基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计声明本人所呈交的基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：日期：摘要GPS（Global Positioning System）全球定位系统是当今信息时代发展中的重要组成部分。
由于其良好的性能，精度高，适用范围广等特点，被广泛应用于陆地，海洋，航空航天等领域。
本文提出了一种微控制器作为核心控制设备，由GPS接收模块、实时显示模块等功能电路构成的GPS 实时显示系统。
文章从硬件设计和软件设计两个方面，阐述了MCS-51系列单片机如何与GPS接收模块实现串行通信，结果显示GPS定位信息，并利用Proteus仿真软件，对其性能进行了仿真测试。
该设计电路简单，成本低，性能好，具有一定的实用价值。
【关键词】：GPS；单片机；串行通信；实时显示模块ABSTRACTGPS ( Global Positioning System ) global positioning system in today's information age is the important part in the development of. Because of its good performance, high precision, wide application characteristics, are widely used in terrestrial, marine, aviation, aerospace field. This paper describes the design of a single chip microcomputer as the core control device, received by GPS module, display module and other functional circuit consisting of GPS real-time display system. This paper from the hardware design and the software design two aspects, elaborated the MCS-51 Series MCU and GPS receiving module to realize serial communication, theresults showed that GPS positioning information, and the use of Proteus simulation software. The performance of the simulation test. The design has the advantages of simple circuit, low cost, good performance, has a certain practical value.【KEY WORD】: GPS； microcontroller；Serial communication；The real-time display module目录一概述......................................................................................................................................（一）系统设计背景及意义 ............................................................................................（二）系统设计主要内容 ................................................................................................二 GPS定位信息显示系统方案设计 ......................................................................................（一）GPS全球定位系统简介........................................................................................（二）GPS信号接收方案的解决....................................................................................（三）GPS接收模块简介................................................................................................（四）总体方案的设计 ....................................................................................................三硬件电路设计......................................................................................................................（一）硬件总体结构框图 ................................................................................................（二）单片机性能概述 ....................................................................................................（三）SiRF Star II GPS信号接收模块 .......................................................................（四）实时显示模块概述 (1)（五）电路原理图 (1)四软件设计 (1)（一）软件设计思路 (1)（二）程序流程图 (1)（三）模块软件设计 (1)五软件调试与仿真测试 (1)（一）软件调试 (1)（二）仿真测试过程 (1)六总结 (1)致谢 (1)参考文献 (1)附录一电路原理图 (1)附录二仿真电路原理图 (1)附录三源程序 (1)一概述（一）系统设计背景及意义GPS是英文Global Positioning System全球定位系统的简称，它提供实时全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集，应急通信和一些其他用途。
基于单片机的GPS定位系统设计文献综述
基于单片机的GPS定位系统设计文献综述GPS定位系统是一种利用全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）来确定地理位置的技术。
在现代社会，GPS定位系统在各个领域中广泛应用，包括交通、军事、航空航天、物流等。
基于单片机的GPS定位系统是其中的一种应用方式，通过使用单片机作为主控芯片，实现对GPS模块的控制和数据处理，可以实现车辆、人员等的实时定位和追踪。
本文将对基于单片机的GPS定位系统进行综述，包括定位原理、系统组成、关键技术以及应用场景等方面的内容。
1. 定位原理GPS定位系统是基于卫星信号的定位技术，通过接收来自卫星的定位信息，利用三角测量等方法计算出自身的地理位置。
GPS系统由24颗卫星组成，其中至少有4颗卫星同时可见时，就能够确定一个点的位置。
基于单片机的GPS定位系统通过接收和解析卫星发射的导航信号，计算出自身的经纬度信息，从而实现定位功能。
2. 系统组成基于单片机的GPS定位系统主要由三个部分组成：GPS模块、单片机和显示模块。
2.1 GPS模块：GPS模块是实现定位功能的关键部件，它接收卫星发射的导航信号，并将信号转换为数字信号供单片机使用。
GPS模块通常包括天线、接收机和定位引擎等部分。
2.2 单片机：单片机是系统的核心处理器，负责接收和处理GPS模块传递过来的定位数据，并进行进一步的计算和控制。
单片机通常采用较为低功耗的微控制器，具有较好的计算和控制能力。
2.3 显示模块：显示模块将通过单片机处理的定位数据展示给用户，可以采用LCD液晶显示屏、LED数码管等形式，以直观的方式展示地理位置信息。
3. 关键技术基于单片机的GPS定位系统设计中，涉及到以下几个关键技术：3.1 GPS信号接收与解析：GPS信号由卫星发射，经过天线接收后需要进行解析。
这个过程包括信号放大、频率合成、数字信号处理等环节，需要设计合适的电路和算法来实现。
3.2 数据处理与计算：单片机接收到GPS模块传来的经纬度等数据后，需要进行进一步的计算和处理。
毕业设计 开题报告 基于单片机的GPS 全球定位系统
二、主要内容、方案
内容
GPS星座
GPS信号接收
地面监控部分
如图.全球定位系统的组成
基于单片机的GPS全球定位系统的终端设计
二、主要内容、方案
GPS信号
方案
GPS接 收模块
单片机
液晶显示屏
电源
基于单片机的GPS全球定位系统的终端设计
三、重点难点、预期结果
重点
硬件电路的设计及其连接。 GPS接收信息的处理及其显示 显示程序编写及其的调式。
基于单片机的GPS全球定位系统的终端设计
GPS
基于单片机的GPS全球定位系统的终端设计
1
2
3
4
一1 背 景 、 意 义 、 国 内 外 现 状
二 主 要 内 容 、 方 案
1 三 重 点 、 难 点 、 预 期 结 果
四 进 度 计 划
基于单片机的GPS全球定位系统的终端设计 一、背景、意义及国内外背景
四、进度计划
① 寒假前及寒假,查阅相关GPS，单片机文献加深对题目的 理解 。 ② 1-3周（3周），熟悉毕业设计内容，查资料，做出初步 设计方案，并完成开题报告word、ppt相关材料进行答辩 ③4-10周（6周），购买单片机,GPS相关模块，及其液晶显 示屏等材料，并熟悉其性能，进行GPS接收代码与显示代码的研 究，并尝试编写程序 。 ④10-17周（7周），进行程序整体编写与调试，进行电路 的设计并制板并做出实物；完成论文撰写。 ⑤18周 （1周）， 整理毕业设计，查缺补漏，准备答辩
难点
GPS接收数据的处理 显示程序的调式
基于单片机的GPS全球定位系统的终端设计
三、重点难点、预期结果
预 期 结 果
★西安工业大学（未央）图书馆 预期定 位信息结果显示：
基于单片机的GPS定位信息显示系统设计
六.系统调试与实验结果
硬件调试： 检查所设计的硬件电路板所有的器件和引脚是否 正确。 将仿真插头插入单片机插座进行调试，检查各接 口是否满足设计的要求。 将写入程序的单片机插入硬件电路单片机管座， 查看液晶显示器1602显示结果是否符合设计要求 。 将程序代码经过Keil软件仿真生成的（.hex）文 件，用编程器将生成的文件导入单片机 STC89C52中。
三.GPS定位信息显示系统方案设计 GPS全球定位系统简介 GPS信号接收方案选择 GPS接收模块的研究
总体方案的设计
GPS全球定位系统简介
全球定位系统由三部分组成： 1. 地面控制部分，由主控站(负责管理、协调整
个地面控制系统的工作)、地面天线(在主控站的
控制下，向卫星注入寻电文)、监测站(数据自动 收集中心)和通讯辅助系统(数据传输)组成。 2. 空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨 道平面上。 3. 用户装置部分，主要由GPS接收机和卫星天 线组成。系统的结构框图如下图所示：
四、注意事项 1.本 GPS 模块在使用时正面需要面向天空，才能 保证信号的良好，如果是反面面向天空，也会有 信号只是信号要比正面的时候差一些。 2.模块在冷启动后接上有些客户机时，由于客户机 程序不同的原因，显示不出卫星状态，此现象是 正常，这时需再稍等片刻待 GPS 定位成功即可
1602液晶显示模块
硬件电路简介
STC89C52简介： STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8 位单片机 ，采用40引脚双列直插封装方式。引脚图如下图 所示。
引脚说明： 主电源引脚（2根）： VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源； GND(Pin20)：接地线。 外接晶振引脚（2根）： XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端； XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。 控制引脚（4根）： RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周 期的高电平将使单片机复位； ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号； PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号；
基于单片机的GPS定位信息显示系统设计
由三大部分构成的GPS卫星全球定位系统
GPS信号接收方案选择
方案一：选择GPS接收芯片然后再根据芯片设计标准， 设计外围电路和安装天线等，选择这个方案的优点是可以 掌握到GPS接收部分的电路设计技术，但是这个方案实 现的难度较大，其次由于GPS接收芯片一般都是厂商直 接供货，单独采购价格会很高。
，采用40引脚双列直插封装方式。引脚图如下图 所示。
引脚说明： 主电源引脚（2根）： VCC(Pin40)：电源输入，接＋5V电源； GND(Pin20)：接地线。 外接晶振引脚（2根）： XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端； XTAL2(Pin18)：片内振荡电路的输出端。 控制引脚（4根）： RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周
期的高电平将使单片机复位； ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号； PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号；
EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平
从外部程序存储器读指令，如果接高电平则从内部程序 存储器读指令。
可编程输入/输出引脚（32根）： STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别为P0、 P1、P2、P3口，每个口有8根引脚，共32根。 P0口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0 ～P0.7； P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0 ～P1.7； P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为 P2.0～P2.7； P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为 P3.0～P3.7
基于单片机的GPS定位信 息显示系统设计
导师：王庆龙
班级：08级自动化（1）班 姓名：王致忠 学号：0805070058
基于单片机的GPS全球卫星定位系统设计
目录第一章GPS简介及基本理论 (2)1.1 GPS的概述 (2)1.2 GPS的组成 (3)1.3 GPS的发展趋势 (3)1.4 Globalsat和HOLUX的EB-3531 (4)1.5 EB-3531的特点 (5)第二章硬件电路设计 (7)2.1 电源转换电路设计 (7)2.2 GPS接收模块与单片机接口电路设计 (9)2.3 单片机控制系统的硬件电路 (9)第三章软件部分设计 (11)3.1 串口通行模块 (11)3.2主程序设计 (13)第四章调试 (15)4.1 硬件调试 (15)4.2 软件调试 (15)第五章总结 (17)致谢 (18)参考文献 (19)第一章 GPS简介及基本理论1.1 GPS的概述GPS是英文Navigation Satellitte Timing and Ranging/Global Positioning System的字头缩写词（NAVSTAR/GPS）的简称。
它的含义是，利用卫星的测时和测距进行导航，以构成全球卫星定位系统。
现在国际上已经公认：将这一全球定位系统简称：GPS。
GPS系统的前身为美军研制的一种“子午仪”导航卫星系统(Transit），1958年研制，64年正式投入使用。
该系统用5到6颗卫星组成的星网工作，每天最多绕过地球13次，并且无法给出高度信息，在定位精度方面也不尽如人意。
然而，子午仪系统使得研发部门对卫星定位取得了初步的经验，并验证了由卫星系统进行定位的可行性，为GPS系统的研制埋下了铺垫。
由于卫星定位显示出在导航方面的巨大优越性及子午仪系统存在对潜艇和舰船导航方面的巨大缺陷。
美国海陆空三军及民用部门都感到迫切需要一种新的卫星导航系统。
为此,美国海军研究实验室(NRL)提出了名为Tinmation的用12到18颗卫星组成10000km高度的全球定位网计划，并于67年、69年和74年各发射了一颗试验卫星，在这些卫星上初步试验了原子钟计时系统，这是GPS系统精确定位的基础。
基于51单片机的GPS定位系统设计
基于51单片机的GPS定位系统设计
GPS定位系统是一种高精度、高可靠性的定位技术，基于51单
片机的GPS定位系统可以用于车辆、船只、无人机等物体的追踪和
导航。
以下是基于51单片机的GPS定位系统设计的步骤：
1. 硬件设计：
GPS模块：选择一款支持串口通信，输出NMEA协议的GPS模块。
51单片机：选择适当的型号，具备较好的计算和通信能力。
显示模块：可以选择LCD显示屏或OLED显示屏来显示当前的定
位信息。
电源模块：GPS模块和51单片机都需要可靠的电源供应，可以
选择锂电池或干电池。
外部存储模块：为了存储历史定位数据，可以选择SD卡存储模块。
2. 软件设计：
a.串口通信程序：通过串口通信程序从GPS模块接收NMEA协议
的数据。
b.解析程序：解析NMEA协议的数据，并提取相关的定位信息
（经度、纬度、速度、时间等）。
c.定位算法：采用常见的定位算法（如卡尔曼滤波、迭代解算等）来计算当前位置。
d.存储程序：将计算出的位置信息存储到SD卡中。
e.显示程序：利用LCD或OLED显示屏显示当前的定位信息。
3. 系统测试
将系统部署到实际场景中进行测试，记录数据并进行分析。
根据测试结果对系统进行改进和优化，以提高其可靠性和精度。
总之，基于51单片机的GPS定位系统设计需要较高的硬件和软件开发能力，需要深入了解GPS原理、51单片机编程以及相关算法的实现方式。
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基于单片机的GPS定位信息采集系统的开发与应用
【摘要】科学技术的进步促使移动技术不断趋于成熟，定位系统的应用开辟了移动信息技术的新市场。
本文阐述了基于单片机GPS定位信息采集系统的应用措施和设计重点环节，探讨了其日后开发与应用方向，为其发展提供了借鉴依据。
【关键词】GPS系统；数据采集；定位；数据处理；单片机
0.引言
GPS系统最早出现于美国，是利用地球24颗发射卫星对信息进行导航、定位处理和授时的方法，能够在控制的过程中向全世界实时的提供连续的、高精度的三维位置、三维速度和三维实时信息。
自导航系统出现以来，其在世界应用迅速增加，成为各个领域深入研究和探讨的重点。
随着GPS技术的迅猛发展和使用的普及，人们在生活和生产中对GPS的要求日益增加，除了在应用过程中要求其具有高准确度的定位性能之外，还要求其朝着小型化、模型化、低耗能、模块和系统操作简单的方面发展，同时更是希望在应用的时候GPS系统信息的提取能够更加的实时和准确，为本行业的发展提供一定的前提基础，同时为其在开发应用中提供前提依据。
1.GPS35接收板工作原理、接口及数据输出
GPS35接收板主要由天线部分、变频器、标频器、频率合成、信号通道、微处理器和存储单元等组成。
在完成初始自检后，自动接收来自天线的GPS射频信号，经下变频、放大、相关、混频与TIL转换等一系列处理过程，完成并行通道对其视界内几何位置最佳的数颗卫星的连续跟踪。
测量出信号从卫星到接受天线的传播时间.解译出GPS卫星所发送的导航电文，进行超大规模运算获得GPS 定位信息，输出定位，导航.定时及其他数据。
GPS系统在系统设计的过程中其硬件主要是有主要控制器、液晶显示器和GPS发射频前端组成。
在工作中GPS信号通过天线接收装置将频信号转化为数字信号，在通过数字信号的串连接口连入单机片，单机片将接收到的数据经过多重系统的处理从液晶显示器中显示出来，这个过程是一个系统化流程，是目前GPS的主要应用方式和系统模式。
GPS35板为并行12通道，提供载波相位输出，在控制和应用的过程中是通过对标准的时钟和频率进行输出控制，使得工作电压和电流的运行都能够及时准确的为目前的工作流程提供相关要求，并且对输出频率进行完善的检查。
传送GPS定位数据及其他原始的卫星信号数据的时候，要对接收到的信号和信息进行实时处理，使得其能够成为目前用户所需要的信号种类和形式之一。
接收RTCM 格式的差分数据，这就为目前的定位导航信息的转变提供了能量要求和依据，为GPSOEM板可直接通过主串口与PC机连接模式和方法提供了方便的转口接头措施。
利用单片机的串行接口接收GPS传送过来的数据.其硬件原理.GPS的接口及单片机串口均采用哪电平传输数据.所以GPS接口引脚4和3可直接与单片机的TXD和RXD引脚相连，无需电平转换。
GPS3板输出信息采用美国制定的NMEA-0183通信标准，目前广泛使用的是2.0版。
常用的NMEA方式消息格式有十几种，每种语句以“$”开头，以结束，间各域为传送数据并以“后两位数字给出校验和，域间以“，”为分隔符。
NMEA输出语句采用ASCII码.内容包括了经
度、纬度、高程定位信息和速度及时问信息.接收机和卫星的状态信息，差分基站信息以及几何误差信息等；输入语句内容包括初始位置、日期、时间的设定和地球参数.差分模式，PPS使能等的设置，不同的用户可根据自己的需要通过初始化选择输出语句从而得到自己关心的信息。
2.采集GPS定位信息的单片机系统设计
2.1硬件设计
整个系统主要由以下几个部分组成：GPS-HVS信号接收8031单片机.键盘电路.数码显示电路.串行通信接口电路系统框。
2.2软件设计
主程序主要由初始化模块.检测电源故障模块.按键处理模块和数据接收处理模块组成。
主程序框图。
由于GPS信号采用无握手、单向、实时方式发送定位信息，为了能做到实时地接收到信息，系统可采用查询法，通过直接读串行口的方法来获得GPS定位信息。
但这种方法的降低了单片机的工作效率。
使系统无法执行其他丁作，如在实际应用中还要读按键.显示等T作。
因此系统采用串行口中断方法实时接收GPS数据。
同时，与上位机通信上传采集到的数据并进行处理.也是通过串13中断实现，为此在中断接收中需判别数据来源。
为确保信息不丢失，又接收正确，我们在外部RAM中开辟了两级缓冲区.第一级缓冲区直接存放中断接收的数据，GGA语句最长为74个字节。
在数据处理模块中对第一缓存数据进行校验，即根据NMEA0183协议把“$”之后到“∥之前的所有字符相异或得到的校验和与接收到的q”后的两位校验和相比较，如果不符则抛弃，正确则导入第二缓存。
然后再对第二缓存区存储的数据进行特征提取.即根据GPGGA语句协议以逗号为分隔符进行特征数据的分离并送人RAM显示缓冲区以显示。
系统巾用8位数码管显示定位状态的优良。
因此选取是否定位和定位可用11星数作为特征数据。
一般当卫星数为3时即可进行定位.系统显示为“1”，否则显示“0”。
但此时一般几何精度因子GDOP值很大。
定位精度低。
要提高精度.必须有足够的冗余观测量，卫星数必须大于4颗。
一般来讲，卫星数越多，GDOP值越小，精度越高。
当显示的卫星数目很多时，按下存储键可以连续地把第二缓存的定位语句存到存储区中，用一位数码管小数点位的明暗闪烁表示正处在存储状态。
当发现定位状态变差时可以通过取消键擦除这条记录。
在目前，GPS系统多数都是直接从卫星接收信号的方式，这种系统由于受到卫星时间差额的限制，需要及时的针对卫星的时间差进行处理，要求在处理之中要能够满足目前使用地的时间要求模式。
同时还要针对经纬度进行处理，这是卫星的位置所造成的影响缺陷，经纬度的处理是目前定位系统中最为关键的环节。
当显示的卫星数目很多时，按下存储键可以连续地把第二缓存的定位语句存到存储区中，用一位数码管小数点位的明暗闪烁表示正处在存储状态。
当发现定位状态变差时可以通过取消键擦除这条记录。
3.结论
本文系统的讨论了单片机中GPS定位信息采集系统的各个环节，并对数据的读取和处理方法进行了严格的分析，针对目前开发和应用的各个环节进行探究，不但成功的体现了GPS定位信息在目前社会发展中的各个应用环节，还为其发展的特点和前景提供了探讨依据。
在复杂的数据信息中提取简单直观的卫星数作为系统定位状态好坏的依据，经实验证明可靠可行，且大大简系统。
[科] 【参考文献】
［１］白雪，徐雷钧，刘国海，黄振跃．基于单片机的GPS定位信息采集系统．微计算机信息，2008-08．
［２］白雪，刘国海，徐雷钧，李康吉．一种GPS接收板及其定位精度分析．计算机测量与控制，2003-12．。