畢業(yè)設(shè)計(jì)--gps+gsm遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題目：GPS+GSM遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系 別： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)：

2、 </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2014年05月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p&g

3、t;　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： GPS＋GSM遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　2.題目背景和意義：GPS系統(tǒng)是目前應(yīng)用最廣泛的一種基于衛(wèi)星的無(wú)源定位系統(tǒng)。它可以提供陸?？帐褂谜呔_、持續(xù)、全天候、全球性航行、位置、和時(shí)間的信息，廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海導(dǎo)航/制導(dǎo)以及地面交通等場(chǎng)合。本課題主要是在深入學(xué)習(xí)GPS系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，利用GR-85集成模塊，通過單

4、片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)航數(shù)據(jù)的處理和顯示，來(lái)達(dá)到高精度定位的目的。 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：（1）查閱GPS技術(shù)的相關(guān)文檔，熟悉GPS技術(shù)的應(yīng)用；（2）學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)原理，軟硬件接口，閱讀相關(guān)英文資料，提高自己的閱讀能力；（3）通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試等具體工作，

5、熟悉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，提高自己綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立解決問題的能力。主要技術(shù)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與GPS模塊之間得數(shù)據(jù)通訊，并用液晶顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)，達(dá)到高精度定位的目的。 </p><p>　　4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）：1～2周：針對(duì)原理及應(yīng)用范圍、主要技術(shù)難點(diǎn)等查閱資料，熟悉課題總體方案；3～6周：確定系統(tǒng)功能，熟悉GPS模塊軟硬件

6、接口以及數(shù)據(jù)包格式以及編譯環(huán)境；7～14周：畫出電氣原理圖和印制版圖，完成硬件電路設(shè)計(jì)；15～18周：整理資料、撰寫論文，準(zhǔn)備答辯。 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書1.5萬(wàn)字以上 </p

7、><p>　?、?實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 90天 </p><p>　　② 圖紙（幅面和張數(shù)）*： A4*2 </p><p&

8、gt;　?、?其他要求： 完成與課題相關(guān)的英文文獻(xiàn)及翻譯 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　學(xué)生簽名：

9、 年 月 日</p><p>　　系主任審批： 年 月 日</p><p>　　說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。</p><p>　　2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。</p><p>　　3 字體：五號(hào)，宋體。</p><p>　

10、　GPS＋GSM遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)）定位系統(tǒng)是一個(gè)利用天空24顆衛(wèi)星星座和地面監(jiān)控站的全世界范圍內(nèi)無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)，是一種基于衛(wèi)星的無(wú)源定位系統(tǒng)。它可以提供陸?？帐褂谜呔_，持續(xù)，全天候，全球性導(dǎo)航，位置和時(shí)間的信息，廣泛應(yīng)用于

11、航空，航天，航海導(dǎo)航以及地面交通等場(chǎng)合。在GPS系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的定位基礎(chǔ)上配合GSM（Global System for Mobile Communications，全球通）的短信息功能，對(duì)定位數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度，時(shí)間等數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙向傳送，導(dǎo)航和定位對(duì)許多部門來(lái)說(shuō)非常重要，所以已成為當(dāng)前重要的研究課題。</p><p>　　本課題在研究GPS系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以W77E58單片機(jī)，GPS接收模塊GR85、G

12、SM短信收發(fā)模塊TC35為核心的小型定位系統(tǒng)，包括單片機(jī)的控制及其外圍電路、GPS接收電路、GSM電路、液晶顯示電路和電源電路的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)表明，該電路性能良好，能夠完成對(duì)定位數(shù)據(jù)的處理和顯示，從而達(dá)到高精度定位的目的。</p><p>　　關(guān)鍵詞：GPS；定位；短消息；單片機(jī)控制</p><p>　　GPS+GSM Hardware Design of Remote Location Mo

13、nitoring</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The Global Positioning System GPS is a worldwide radio-navigation system formed from a constellation of 24 satellites and their ground stat

14、ion.GPS system is currently the mot used one based on the satellite passive location system.It can provides land users accurate,continuous, all-weather,global navigation,position,and the time of the information,are widel

15、y used in aviation,spaceflight,maritime navigation and ground transport and so on.In the GPS system moving target for locating,and on the bas</p><p>　　This topic is in further study is based on the principle

16、 of GPS system, design a kind of to W77E58,GPS receiving module GR-85 and text message transceiver module TC35 as the core of the small positioning system, through the microcontroller programming realize to the navigatio

17、n data processing and display, and at the same time by text message module will locate information sent out,to achieve the purpose of real-time,high precision positioning.</p><p>　　Key Words: GPS;Positioning

18、;Short message;Single-chip microcomputer control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2課題

19、的背景及意義1</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4研究?jī)?nèi)容與論文結(jié)構(gòu)安排4</p><p>　　1.4.1研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　1.4.2論文結(jié)構(gòu)

20、安排4</p><p>　　2 GPS原理5</p><p>　　2.1GPS定義5</p><p>　　2.2GPS簡(jiǎn)介5</p><p>　　2.2.1GPS發(fā)展歷程5</p><p>　　2.2.2GPS系統(tǒng)構(gòu)成7</p><p>　　2.2.3GPS 定位原理9</

21、p><p>　　3 硬件設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.1控制器選型13</p><p>　　3.3單片機(jī)接口及外圍電路16</p><p>　　3.3.1晶振電路16</p&

22、gt;<p>　　3.3.2復(fù)位電路17</p><p>　　3.3.3看門狗電路17</p><p>　　3.4GPS模塊設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5GSM模塊設(shè)計(jì)19</p><p>　　3.6電源模塊設(shè)計(jì)21</p><p>　　3.7顯示模塊設(shè)計(jì)23</p>&l

23、t;p><b>　　3.8小結(jié)24</b></p><p>　　4 PCB設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1布線的基本原則25</p><p>　　4.2PCB步驟26</p><p>　　4.3注意事項(xiàng)27</p><p><b>　　5 結(jié)論28</b&

24、gt;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)29</b></p><p><b>　　致 謝30</b></p><p>　　附錄 原理圖..........................................................................................

25、33</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　遠(yuǎn)程定位監(jiān)控系統(tǒng)，即全球定位系統(tǒng)，[1]這是一個(gè)由覆蓋全球的24顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和時(shí)間，以便實(shí)

26、現(xiàn)導(dǎo)航，定位及授時(shí)等功能?？梢杂脕?lái)引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人，安全準(zhǔn)確的沿著選定的路線，準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。</p><p>　　1.2課題的背景及意義</p><p>　　利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS。GPS是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，

27、20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。主要目的是為陸?？杖箢I(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。五十年代后期，美國(guó)開始研制衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，經(jīng)過三十多年的努力，耗資300多億美元，終于建成了本世紀(jì)航天史上最成功、最有意義的工程之一是全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)G

28、PS（Global Positioning System），成為繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃之后第三項(xiàng)龐大工程，GPS能連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度地為用戶提供三維位置、三維速度和時(shí)間信息，并能覆蓋全球和全天候工作。GPS最初主要用于軍事和涉及國(guó)家重要利益的民用領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)艦船的導(dǎo)航、部隊(duì)調(diào)動(dòng)、軍事目標(biāo)定位、武器的精確制導(dǎo)等，2000年將GP</p><p>　　1.3國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p

29、>　　1.3.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　2003年05月25日零時(shí)34分，“長(zhǎng)征三號(hào)甲”運(yùn)載火箭在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心成功將第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星送上太空。火箭升空20分鐘后，西安衛(wèi)星測(cè)控中心傳來(lái)信息，星箭分離，衛(wèi)星準(zhǔn)確進(jìn)入預(yù)定軌道。此次“北斗一號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射成功，標(biāo)志我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)建成。我國(guó)獨(dú)立自主的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，此次發(fā)射的是第三顆“北斗一號(hào)”導(dǎo)航定位衛(wèi)星。前兩顆分別于2000

30、年10月31日和12月21日發(fā)射升空。這兩顆衛(wèi)星運(yùn)行至今，導(dǎo)航定位系統(tǒng)工作穩(wěn)定，狀態(tài)良好，取得了顯著效益。這次發(fā)射的“北斗一號(hào)”是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的備份星。它與前兩顆“北斗一號(hào)”工作星組成了中國(guó)完整的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，確保全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息。它標(biāo)志著中國(guó)已建立了完善的第一代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。對(duì)中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展將發(fā)揮重要作用。衛(wèi)星導(dǎo)航定位是指利用衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)提供位置、速度及時(shí)間等信息來(lái)完成對(duì)各種目標(biāo)的定位

31、、導(dǎo)航、監(jiān)測(cè)和管理。據(jù)專家介紹，利用若干顆導(dǎo)航定位衛(wèi)星組成衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，綜合了傳統(tǒng)天文導(dǎo)航定位和地面無(wú)線電導(dǎo)航定位的優(yōu)點(diǎn)，相當(dāng)于一個(gè)設(shè)置在太空的無(wú)線電導(dǎo)航臺(tái)。它可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，為用戶確定其所</p><p>　　1.3.2國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　國(guó)際上，日本、歐洲和美國(guó)占據(jù)GPS的主流市場(chǎng)，日本作為汽車導(dǎo)航產(chǎn)品方面的前輩，首先提出了這樣一個(gè)概念，歷經(jīng)數(shù)年的潛心研究，在產(chǎn)

32、品技術(shù)上處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位。截止目前，世界上有超過上百家公司正在研制各式各樣的技術(shù)，其中車輛應(yīng)用所占的比重最大。主要應(yīng)用領(lǐng)域有民用領(lǐng)域；在定位導(dǎo)航方面，GPS的使用對(duì)象主要是汽車、船舶和飛機(jī)等運(yùn)動(dòng)物體。例如船舶遠(yuǎn)洋導(dǎo)航和進(jìn)港引水，飛機(jī)航路引導(dǎo)和進(jìn)場(chǎng)降落，汽車自主導(dǎo)航定位，地面車輛跟蹤和城市智能交通管理等。此外，對(duì)于警察、消防及醫(yī)療等部門的緊急救援、追蹤目標(biāo)和個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)的導(dǎo)引等，GPS都具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。在日常生活中，GPS還可用

33、于人身受到攻擊危險(xiǎn)時(shí)的報(bào)警，特殊病人、少年兒童的監(jiān)護(hù)與救助，生活中遇到各種困難時(shí)的求助等。使用時(shí)只需按動(dòng)帶有移動(dòng)位置服務(wù)的GPS手機(jī)按鈕，警務(wù)監(jiān)控中心和急救中心在幾秒鐘內(nèi)便可獲知報(bào)警人的位置并提供及時(shí)的救助。[2]目前國(guó)際上具有代表性的GPS公司，主推測(cè)量?jī)x器的有天寶公司、徠卡公司、諾華達(dá)公司和佳瓦特公司等，主推導(dǎo)航設(shè)備和GPS OEM板的有高明公司、麥哲倫公司、摩托羅拉公司、洛克韋爾公司和瑟孚科技公司等。還有軍事領(lǐng)域；在軍事領(lǐng)域<

34、;/p><p>　　1.4研究?jī)?nèi)容與論文結(jié)構(gòu)安排</p><p><b>　　1.4.1研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　a. 查閱GPS技術(shù)的相關(guān)文檔，熟悉GPS技術(shù)的應(yīng)用；</p><p>　　b. 學(xué)習(xí)和掌握單片機(jī)原理，軟硬件接口，閱讀相關(guān)英文資料，提高自己的閱讀能力；</p><p>　　

35、c. 通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，調(diào)試等具體工作，熟悉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，提高自己綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立解決問題的能力。</p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與GPS模塊之間得數(shù)據(jù)通訊，并用液晶顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)，達(dá)到高精度定位的目的。</p><p>　　1.4.2論文結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　第一章：主要是論文的緒論，包括研究背景及意義和國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀；</p&g

36、t;<p>　　第二章：主要是以GPS原理為中心的內(nèi)容，包括定義和組成系統(tǒng)；</p><p>　　第三章：圍繞硬件設(shè)計(jì)，分類介紹每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)；</p><p>　　第四章：PCB板的設(shè)計(jì)為主，結(jié)合軟件處理數(shù)字電路與模擬電路的結(jié)合；</p><p><b>　　第五章：結(jié)論。</b></p><p><

37、;b>　　2 GPS原理</b></p><p><b>　　2.1GPS定義</b></p><p>　　利用GPS定位衛(wèi)星，在全球范圍內(nèi)實(shí)時(shí)進(jìn)行定位、導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS。</p><p><b>　　2.2GPS簡(jiǎn)介</b></p><p>　　GP

38、S是英文Global Positioning System（全球定位系統(tǒng)）的簡(jiǎn)稱。GPS起始于1958年美國(guó)軍方的一個(gè)項(xiàng)目，1964年投入使用。20世紀(jì)70年代，美國(guó)陸?？杖娐?lián)合研制了新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。主要目的是為陸海空三大領(lǐng)域提供實(shí)時(shí)、全天候和全球性的導(dǎo)航服務(wù)，[3]并用于情報(bào)收集、核爆監(jiān)測(cè)和應(yīng)急通訊等一些軍事目的，經(jīng)過20余年的研究實(shí)驗(yàn)，耗資300億美元，到1994年，全球覆蓋率高達(dá)98%的24顆GPS衛(wèi)星星座己布設(shè)完成。

39、在機(jī)械領(lǐng)域GPS則有另外一種含義：產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范（Geometrical Product Specifications）簡(jiǎn)稱GPS，另外一種解釋為G/s（GB per s）GPS可以提供車輛定位、防盜、反劫、行駛路線監(jiān)控及呼叫指揮等功能。要實(shí)現(xiàn)以上所有功能必須具備GPS終端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控平臺(tái)三個(gè)要素。</p><p>　　2.2.1GPS發(fā)展歷程</p><p>　　GPS的前身是美國(guó)

40、軍方研制的一種子午儀衛(wèi)星定位系統(tǒng)（Transit），1958年研制，1964年正式投入使用。該系統(tǒng)用5到6顆衛(wèi)星組成的星網(wǎng)工作，每天最多繞過地球13次，并且無(wú)法給出高度信息，在定位精度方面也不盡如人意。然而，子午儀系統(tǒng)使得研發(fā)部門對(duì)衛(wèi)星定位取得了初步的經(jīng)驗(yàn)，并驗(yàn)證了由衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行定位的可行性，為GPS的研制埋下了鋪墊。由于衛(wèi)星定位顯示出在導(dǎo)航方面的巨大優(yōu)越性及子午儀系統(tǒng)存在對(duì)潛艇和艦船導(dǎo)航方面的巨大缺陷。美國(guó)海陸空三軍及民用部門都感到迫

41、切需要一種新的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。[4]為此，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）提出了名為Tinmation的用12到18顆衛(wèi)星組成10000km高度的全球定位網(wǎng)計(jì)劃，并于67年、69年和74年各發(fā)射了一顆試驗(yàn)衛(wèi)星，在這些衛(wèi)星上初步試驗(yàn)了原子鐘計(jì)時(shí)系統(tǒng)，這是GPS精確定位的基礎(chǔ)。而美國(guó)空軍則提出了621-B的以每星群4到5顆衛(wèi)星組成3至4個(gè)星群的計(jì)劃，這些衛(wèi)星中除1顆采用同步軌道外其余的都使用周期為24h的傾斜軌道，該計(jì)劃以偽隨機(jī)碼（PRN）為基礎(chǔ)

42、傳播衛(wèi)星測(cè)距信號(hào)，其強(qiáng)大的功能，當(dāng)信號(hào)密度低于環(huán)境噪聲的1%時(shí)也能將其檢測(cè)出來(lái)。偽隨機(jī)碼的成功運(yùn)用是G</p><p>　　得成功的一個(gè)重要基礎(chǔ)。海軍的計(jì)劃主要用于為艦船提供低動(dòng)態(tài)的2維定位，空軍的計(jì)劃能供提供高動(dòng)態(tài)服務(wù)，然而系統(tǒng)過于復(fù)雜。由于同時(shí)研制兩個(gè)系統(tǒng)會(huì)造成巨大的費(fèi)用而且這里兩個(gè)計(jì)劃都是為了提供全球定位而設(shè)計(jì)的，所以1973年美國(guó)國(guó)防部將2者合二為一，并由國(guó)防部牽頭的衛(wèi)星導(dǎo)航定位聯(lián)合計(jì)劃局（JPO）領(lǐng)導(dǎo)，

43、還將辦事機(jī)構(gòu)設(shè)立在洛杉磯的空軍航天處。該機(jī)構(gòu)成員眾多，包括美國(guó)陸軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、交通部、國(guó)防制圖局、北約和澳大利亞的代表。最初的GPS計(jì)劃在美國(guó)聯(lián)合計(jì)劃局的領(lǐng)導(dǎo)下誕生了，該方案將24顆衛(wèi)星放置在互成120度的三個(gè)軌道上。每個(gè)軌道上有8顆衛(wèi)星，地球上任何一點(diǎn)均能觀測(cè)到6至9顆衛(wèi)星。這樣，粗碼精度可達(dá)100m，精碼精度為10m。由于預(yù)算壓縮，GPS計(jì)劃不得不減少衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量，改為將18顆衛(wèi)星分布在互成60度的6個(gè)軌道上，然而這一方案使

44、得衛(wèi)星可靠性得不到保障。1988年又進(jìn)行了最后一次修改：21顆工作星和3顆備用星工作在互成60度的6條軌道上。這也是GPS衛(wèi)星所使用的工作方式。GPS系統(tǒng)是以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，向全球各地全天候地提供三維位置、三維速度等信息的一種無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。它由三部</p><p>　　在大地測(cè)量方面，利用GPS技術(shù)開展國(guó)際聯(lián)測(cè)，建立全球性大地控制網(wǎng)，提供高精度的地心坐標(biāo)，測(cè)定和精華大地水準(zhǔn)面。組織各部門（10

45、多個(gè)單位，30多臺(tái)GPS雙頻接收機(jī)）參加革命1992年全國(guó)GPS定位大會(huì)戰(zhàn)。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，GPS網(wǎng)點(diǎn)地心坐標(biāo)精度優(yōu)于0.2M，點(diǎn)間位置精度優(yōu)于10-8。在我國(guó)建成了平均邊長(zhǎng)約定100KM的GPSA級(jí)網(wǎng)，提供了亞米級(jí)精度地心坐標(biāo)基準(zhǔn)。此后，在A級(jí)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，我國(guó)又布設(shè)了邊長(zhǎng)為此30—100KM的B級(jí)網(wǎng)，全國(guó)約法三章2500個(gè)點(diǎn)。A、B級(jí)GPS網(wǎng)點(diǎn)都聯(lián)廁了幾何水準(zhǔn)。這樣，就為我國(guó)各部門的測(cè)繪工作，建立各級(jí)測(cè)量控制網(wǎng)，提供了高精度的平面和高程

46、三維基準(zhǔn)。我國(guó)已完成西沙、南沙群島各島嶼與大陸的GPS聯(lián)測(cè)，使海島與全國(guó)大地網(wǎng)聯(lián)成一整體。</p><p>　　在工程測(cè)量方面，[4]應(yīng)用GPS靜態(tài)相對(duì)定位技術(shù)，布設(shè)精密工程控制網(wǎng)，用于城市和礦區(qū)油田地面沉降監(jiān)測(cè)、大壩變形監(jiān)測(cè)、高層建筑變形監(jiān)測(cè)、隧道貫通測(cè)量等精密工程。加密測(cè)圖控制點(diǎn)，應(yīng)用GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位技術(shù)（簡(jiǎn)稱RTK）測(cè)繪各種比例尺地形圖和用于施工放樣。</p><p>　　在航空攝

47、影測(cè)量方面，[5]我國(guó)測(cè)繪工作者也應(yīng)用GPS技術(shù)進(jìn)行航測(cè)外業(yè)控制測(cè)量、航攝飛行導(dǎo)航、機(jī)載GPS航測(cè)等航測(cè)成圖的各個(gè)階段。</p><p>　　在地球動(dòng)力學(xué)方面，[6]GPS技術(shù)用于全球板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和區(qū)域板塊運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)。我國(guó)已開始用兵GPS技術(shù)監(jiān)測(cè)南極洲板塊運(yùn)動(dòng)、青藏高原地殼運(yùn)動(dòng)、四川鮮水河地殼斷裂運(yùn)動(dòng)，建立了中國(guó)地殼形變觀測(cè)網(wǎng)、三峽庫(kù)區(qū)形變觀測(cè)網(wǎng)、首都圈GPS形變監(jiān)測(cè)網(wǎng)等。GPS技術(shù)已經(jīng)用于海洋測(cè)量、水下地形測(cè)繪。

48、我國(guó)的《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范》已于己于人1992年10月1日起實(shí)施。此外，在軍事部門、交通部門、郵電部門、地礦、煤礦、石油、建筑以及農(nóng)業(yè)、氣象、土地管理、金融、公安等部門和行業(yè)，在航空航天、測(cè)時(shí)授時(shí)、物理探礦、姿態(tài)測(cè)定等領(lǐng)域，也都開展了GPS技術(shù)的研究和應(yīng)用。</p><p>　　2.2.2GPS系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　GPS衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控部分和GPS接收設(shè)備三者共同組

49、成了GPS系統(tǒng)，如下圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 GPS系統(tǒng)組成</p><p><b>　　a. 空間星座部分</b></p><p>　　全球定位系統(tǒng)的空間星座包含3顆備用衛(wèi)星在內(nèi)一共24顆衛(wèi)星。這24顆衛(wèi)星均勻的分布在平均高度約為20200千米的6個(gè)軌道平面上，運(yùn)行一周的時(shí)間大約為11時(shí)58分。所有衛(wèi)星運(yùn)行的每個(gè)軌道都近似

50、于圓形最大偏心率約為0.01，并且在每個(gè)軌道平面上，都分布著相互間隔為900的顆衛(wèi)星，它們的運(yùn)行周期為12小時(shí)。地球上相同地點(diǎn)的GPS接收機(jī)上空每天呈現(xiàn)出相同的衛(wèi)星分布圖形，不同的是在時(shí)間上大概提前4分鐘。所以，地球上的各點(diǎn)在條件允許的情況下最少能接收到4顆衛(wèi)星的信號(hào)，最多時(shí)能接收到11顆衛(wèi)星的信號(hào)，能夠滿足定位導(dǎo)航的需要。如下圖2.2衛(wèi)星星座圖所示。</p><p>　　圖2.2 GPS衛(wèi)星星座</p&g

51、t;<p><b>　　b. 地面監(jiān)控部分</b></p><p>　　全球定位系統(tǒng)的地面監(jiān)控部分由一個(gè)主控站、三個(gè)信息注入站和五個(gè)監(jiān)測(cè)跟蹤站所組成，主控站又被叫做聯(lián)合空間執(zhí)行中心（CSOC）它的作用是采集各個(gè)監(jiān)測(cè)站測(cè)得的數(shù)據(jù)，并制成導(dǎo)航電文，傳送給注入站，時(shí)間基準(zhǔn)。生偏離時(shí)，除此之外，主控站還能控制和管理每個(gè)監(jiān)測(cè)站和注入站的工作，并能給定當(dāng)衛(wèi)星發(fā)可以進(jìn)行調(diào)整，保證整個(gè)系統(tǒng)可以

52、正常工作。注入站的工作職責(zé)就是把編制好的導(dǎo)航電文注入到各顆衛(wèi)星的存儲(chǔ)空間里，提高衛(wèi)星的廣播信號(hào)精度。每個(gè)監(jiān)測(cè)站上都裝有雙頻GPS接收機(jī)和高精度艷鐘，可以實(shí)時(shí)地對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，并隨時(shí)將采集到的信息傳送給主控站。其地理位置如下圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)</p><p><b>　　c. 地面接收設(shè)備</b></p>

53、<p>　　用戶要想進(jìn)行定位導(dǎo)航離不開上面所介紹的GPS衛(wèi)星星座和地面監(jiān)控這兩部分，但是沒有接收機(jī)也不能實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航。GPS接收機(jī)的選型由于需求和環(huán)</p><p>　　境的不同而有各式各樣的型號(hào)，但一般的GPS接收機(jī)都包括天線、信號(hào)處理單元、顯示裝置、記錄裝置和電源等幾部分，如下圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 GPS接收機(jī)基本結(jié)構(gòu)</p><p

54、>　　2.2.3GPS定位原理</p><p>　　GPS定位原理主要利用空間衛(wèi)星分布以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)間距離交會(huì)出地面點(diǎn)的具體位置。[7]假設(shè)衛(wèi)星位置我們己經(jīng)知道，我們又能通過特殊的測(cè)量方法準(zhǔn)確地知道觀測(cè)點(diǎn)A和衛(wèi)星的間距，那么我們由此就可以準(zhǔn)確地推斷出A點(diǎn)一定位于以此衛(wèi)星為中心、以測(cè)得距離為半徑的圓球上。同理如果我們同時(shí)還能知道點(diǎn)A與其他任意兩顆衛(wèi)星的距離，那么觀測(cè)點(diǎn)A的位置一定處于三圓球的交點(diǎn)上。但是由于

55、GPS衛(wèi)星都分布在20200千米以外，而且定位需要同時(shí)測(cè)定三個(gè)距離，為了實(shí)現(xiàn)同步必須要有相同的基準(zhǔn)時(shí)間，按照解析幾何的方式解釋，要實(shí)現(xiàn)GPS的定位需要一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)與實(shí)現(xiàn)同步四個(gè)未知量，所以至少需要測(cè)定4顆衛(wèi)星的距離才能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確定位。如下圖2.5所示。</p><p>　　圖2.5 接收機(jī)位置坐標(biāo)解算</p><p>　　GPS系統(tǒng)的基本原理是測(cè)量出已知位置的衛(wèi)星到用戶接收機(jī)之間的距離

56、，然后綜合多顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可知道接收機(jī)的具體位置。要達(dá)到這一目的，衛(wèi)星的位置可以根據(jù)星載時(shí)鐘所記錄的時(shí)間在衛(wèi)星星歷中查出。[8]而用戶到衛(wèi)星的距離則通過記錄衛(wèi)星信號(hào)傳播到用戶所經(jīng)歷的時(shí)間，再將其乘以光速得到（由于大氣層電離層的干擾，這一距離并不是用戶與衛(wèi)星之間的真實(shí)距離，而是偽距（PR）：當(dāng)GPS衛(wèi)星正常工作時(shí)，會(huì)不斷地用1和0二進(jìn)制碼元組成的偽隨機(jī)碼（簡(jiǎn)稱偽碼）發(fā)射導(dǎo)航電文。GPS系統(tǒng)使用的偽碼一共有兩種，分別是民用的C/A碼和軍用的

57、PY碼。C/A碼頻率1.023MHz，重復(fù)周期一毫秒，碼間距1微秒，相當(dāng)于300m；P碼頻率10.23MHz，重復(fù)周期266.4天，碼間距0.1微秒，相當(dāng)于30m。而Y碼是在P碼的基礎(chǔ)上形成的，保密性能更佳。導(dǎo)航電文包括衛(wèi)星星歷、工作狀況、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延修正、大氣折射修正等信息。它是從衛(wèi)星信號(hào)中解調(diào)制出來(lái)，以50b/s調(diào)制在載頻上發(fā)射的。導(dǎo)航電文每個(gè)主幀中包含5個(gè)子幀每幀長(zhǎng)6s。前三幀各10個(gè)字碼；每三十秒重復(fù)一次，每小時(shí)更新一次

58、。后兩幀共15000b。導(dǎo)航電文中的內(nèi)容主要有遙測(cè)碼、轉(zhuǎn)</p><p>　　GPS接收機(jī)可接收到可用于授時(shí)的準(zhǔn)確至納秒級(jí)的時(shí)間信息；用于預(yù)報(bào)未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)衛(wèi)星所處概略位置的預(yù)報(bào)星歷；用于計(jì)算定位時(shí)所需衛(wèi)星坐標(biāo)的廣播星歷，精度為幾米至幾十米（各個(gè)衛(wèi)星不同，隨時(shí)變化）；以及GPS系統(tǒng)信息，如衛(wèi)星狀況等。</p><p>　　GPS接收機(jī)對(duì)碼的量測(cè)就可得到衛(wèi)星到接收機(jī)的距離，[10]由于含有接收

59、機(jī)衛(wèi)星鐘的誤差及大氣傳播誤差，故稱為偽距。對(duì)0A碼測(cè)得的偽距稱為UA碼偽距，精度約為20米左右，對(duì)P碼測(cè)得的偽距稱為P碼偽距，精度約為2米左右。</p><p>　　GPS接收機(jī)對(duì)收到的衛(wèi)星信號(hào)，進(jìn)行解碼或采用其它技術(shù)，[11]將調(diào)制在載波上的信息去掉后，就可以恢復(fù)載波。嚴(yán)格而言，載波相位應(yīng)被稱為載波拍頻相位，它是收到的受多普勒頻移影響的衛(wèi)星信號(hào)載波相位與接收機(jī)本機(jī)振蕩產(chǎn)生信號(hào)相位之差。一般在接收機(jī)鐘確定的歷元時(shí)

60、刻量測(cè)，保持對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的跟蹤，就可記錄下相位的變化值，但開始觀測(cè)時(shí)的接收機(jī)和衛(wèi)星振蕩器的相位初值是不知道的，起始?xì)v元的相位整數(shù)也是不知道的，即整周模糊度，只能在數(shù)據(jù)處理中作為參數(shù)解算。相位觀測(cè)值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相對(duì)定位、并有一段連續(xù)觀測(cè)值時(shí)才能使用相位觀測(cè)值，而要達(dá)到優(yōu)于米級(jí)的定位精度也只能采用相位觀測(cè)值。</p><p>　　按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對(duì)定位（差分定

61、位）。單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺(tái)接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測(cè)量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。相對(duì)定位（差分定位）是根據(jù)兩臺(tái)以上接收機(jī)的觀測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定觀測(cè)點(diǎn)之間的相對(duì)位置的方法[12]，它既可采用偽距觀測(cè)量也可采用相位觀測(cè)量，大地測(cè)量或工程測(cè)量均應(yīng)采用相位觀測(cè)值進(jìn)行相對(duì)定位。</p><p>　　在GPS觀測(cè)量中包含了衛(wèi)星和接收機(jī)的鐘差、大氣傳播延遲、多路徑效應(yīng)等誤差，在定位計(jì)算時(shí)還要受到衛(wèi)

62、星廣播星歷誤差的影響，在進(jìn)行相對(duì)定位時(shí)大部分公共誤差被抵消或削弱，因此定位精度將大大提高，雙頻接收機(jī)可以根據(jù)兩個(gè)頻率的觀測(cè)量抵消大氣中電離層誤差的主要部分，在精度要求高，接收機(jī)間距離較遠(yuǎn)時(shí)（大氣有明顯差別），應(yīng)選用雙頻接收機(jī)。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　我

63、們的設(shè)計(jì)思想就是結(jié)合模塊本身特性，采用相應(yīng)的高性能單片機(jī)作為控制器，通過編程，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和顯示，以達(dá)到高精度定位的目的。最終確定的硬件系統(tǒng)主要由電源模塊、單片機(jī)控制模塊、GSM短信發(fā)送模塊、GPS接收模塊，液晶顯示模塊及外圍電路組成。系統(tǒng)總框圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　系統(tǒng)采用GR-85 GPS模塊用于接收GPS衛(wèi)星的信號(hào)，[13]從

64、而計(jì)算出經(jīng)緯度、海拔高度、日期、航向等定位信息。</p><p>　　GPS模塊由變頻器、信號(hào)通道、微處理器儲(chǔ)單元和接收天線組成。[14]GSM短信收發(fā)模塊采用西門子TC35模塊可以方便地利用GSM網(wǎng)進(jìn)行通信。</p><p>　　GSM模塊與單片機(jī)之間采用標(biāo)準(zhǔn)的串行口進(jìn)行通信，通信的最高波特率可達(dá)115.2 kbit/s。單片機(jī)控制模塊采用W77E58單片機(jī)接收從GPS模塊通過串口發(fā)送過

65、來(lái)的導(dǎo)航定位信息，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理而提取出所需的經(jīng)緯度等信息，[15]然后將這些有用信息按一定協(xié)議組裝成數(shù)據(jù)包傳遞給GSM發(fā)送模塊。</p><p>　　液晶顯示模塊采用LCD1602模塊用于顯示接收到的數(shù)據(jù)信息等。</p><p>　　電源模塊為整個(gè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。</p><p>　　3.2單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　

66、3.2.1控制器選型</p><p>　　在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)控制模塊是系統(tǒng)的核心，[16]因此，一個(gè)性能好的單片機(jī)會(huì)提高系統(tǒng)的工作性能。在考慮我們的需求后選擇臺(tái)灣華邦電子股份有限</p><p>　　公司生產(chǎn)的W77E58單片機(jī)，[17]它有2個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行通道，使得我們不需要拓展串口，有足夠的內(nèi)存，而且片內(nèi)還有可編程看門狗定時(shí)器，這些都是恰恰符合我們的要求。W77E58與標(biāo)準(zhǔn)805

67、1相兼容的全新核心的微處理器。由于去掉了多余的存儲(chǔ)器周期和運(yùn)算周期，它在相同周期里執(zhí)行8051的指令比最初的8051快得多。典型的指令周期W77E58比8051快1.5到3倍。[18]電源消耗也做了改進(jìn)采用靜態(tài)COMS設(shè)計(jì)。可以工作于較低的時(shí)鐘頻率下。32K的EEPROM程序段和1K的外部SRAM可以省去外部的擴(kuò)展存儲(chǔ)器，[19]并可以為我們保留更多的引腳，如下圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 W77

68、E58硬件管腳圖</p><p>　　a. 主要特性如下：指令與MCS-51兼容；32KB可編程FLASH EPROM；全靜態(tài)工作：0HZ-40HZ；與標(biāo)準(zhǔn)80C52管腳兼容；256字節(jié)片內(nèi)暫存RAM；4個(gè)8位IO口；3個(gè)16位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器；12個(gè)中斷源，2級(jí)中斷能力；2個(gè)增強(qiáng)型全雙工串行通道；可編程看門狗定時(shí)器；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。</p><p><b>　　b. 管腳功

69、能</b></p><p><b>　　VDD：供電電壓。</b></p><p><b>　　VSS：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口[20]，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為

70、數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口[21]，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。&

71、lt;/p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)

72、，[22]P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。[23]P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，[24]并用作輸入。作為輸入。由于外部下拉為低電平，[25]P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。</p><p>　　管腳

73、 備選功能</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口1）</p><p>　　P3.1 TXD（串行輸出口1）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（

74、定時(shí)/計(jì)數(shù)器0，外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1，外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)</p><p>　　P3.7 / RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　P1.0 T2(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2外部輸入）</p>&

75、lt;p>　　P1.1 T2EX(定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的量裝載/捕獲控制)</p><p>　　P1.2 RXD1（串行輸入口2）</p><p>　　P1.3 TXD1(串行輸出口2)</p><p>　　P1.4 INT2 (外部中斷2)</p><p>　　P1.5 /INT3（外部中斷

76、3）</p><p>　　P1.6 INT4（外部中斷4）</p><p>　　P1.7 /INT5（外部中斷5）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。[26]當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期高電平。</p><p>

77、;　　ALE：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)脈沖。[27]</p><p>　　/PSEN：程序存儲(chǔ)使能。在執(zhí)行取指令和MOVC的操作時(shí)，此管腳允許外部ROM數(shù)據(jù)出

78、現(xiàn)在P0口的地址/數(shù)據(jù)總線上。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。[28]注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：[29]反向振蕩放大器的輸

79、入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。</p><p>　　3.3單片機(jī)接口及外圍電路</p><p>　　單片機(jī)接口及外圍電路如下圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 單片機(jī)接口及外圍電路</p><p><b>　　3.3.1晶振電路</b>

80、;</p><p>　　晶振是石英振蕩器的簡(jiǎn)稱，英文名為Crystal，它是時(shí)鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準(zhǔn)頻率，它就像個(gè)標(biāo)尺，工作頻率不穩(wěn)定會(huì)造成相關(guān)設(shè)備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。晶振還有個(gè)作用是在電路產(chǎn)生震蕩電流，發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率穩(wěn)定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來(lái)產(chǎn)生基準(zhǔn)頻率的。通過基準(zhǔn)頻率來(lái)控制電路中的頻

81、率的準(zhǔn)確性。如下圖3.4晶振電路。</p><p><b>　　圖3.4 晶振電路</b></p><p><b>　　3.3.2復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位的主要作用是把特殊功能寄存器的數(shù)據(jù)刷新為默認(rèn)數(shù)據(jù)，單片機(jī)在運(yùn)算過程中由于干擾等外界原因造成寄存器中數(shù)據(jù)混亂不能使其正常繼續(xù)執(zhí)行程序以致死機(jī)或產(chǎn)生的結(jié)果不

82、正確時(shí)均需要復(fù)位，以使程序重新開始運(yùn)行。</p><p>　　當(dāng)按下通電瞬間，穩(wěn)壓電源給電容充電，此時(shí)，在電容和電阻之間將有一個(gè)高電平使單片機(jī)復(fù)位，隨著電容充電結(jié)束，將使電容與電阻之間將呈現(xiàn)低電平，這時(shí)，單片機(jī)復(fù)位結(jié)束，電路如圖3.5所示。</p><p><b>　　圖3.5 復(fù)位電路</b></p><p>　　3.3.3看門狗電路<

83、/p><p>　　由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，</p><p>　　會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，[30]俗稱“看門狗”（watchdog）如下圖3.6所示。</p>

84、<p>　　圖3.6 看門狗電路</p><p>　　3.4GPS模塊設(shè)計(jì) </p><p>　　GPS接收模塊一般由RF射頻前端模塊，信號(hào)處理模塊和應(yīng)用處理模塊這三部分組成，GPS天線會(huì)首先接收GPS衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理單元，再由RF射頻前端將射頻信號(hào)轉(zhuǎn)為中低頻數(shù)字信號(hào)傳送到GPS基帶模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的應(yīng)用處理。常見的GPS接收模塊有GPS 9540、GR-85等。GR-

85、85是一種性價(jià)比高的模塊，價(jià)格便宜，性能可靠，已經(jīng)廣泛用于時(shí)鐘同步、測(cè)速、定位等領(lǐng)域。GPS模塊提供串行通訊接口，串行通訊參數(shù)為：波特率＝4800。數(shù)據(jù)格式＝1位啟動(dòng)+8位數(shù)據(jù)+停止位。如下表3.1所示。</p><p>　　表3.1為GR-85的引腳</p><p>　　GPS接收機(jī)以NMEA-0183標(biāo)準(zhǔn)格式輸出GPS定位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)終端設(shè)備需要實(shí)時(shí)從GPS輸出的NMEA-0183數(shù)據(jù)流

86、中得到位置信息，時(shí)間信息。GPS接收機(jī)提供了多種語(yǔ)句格式，有GPGGA，GPGSV，GPGSA，GPRMC，GPZDA和GPGLL等。本系統(tǒng)將采用GPRMC格式的數(shù)據(jù)。以下圖3.7為GPS和單片機(jī)之間的接口電路。GPS模塊通過引腳分別與單片機(jī)的RXB，RXD0，TXD0相連，相當(dāng)于分別接至單片機(jī)中斷1，串行輸入口0，串行輸出口0。GPS接口如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 GPS接口電路</p

87、><p>　　3.5GSM模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　TC35是一款雙頻900/1800MHZ高度集成的GSM模塊。TC35有著西門子一貫的優(yōu)秀品質(zhì)，它易于集成，使用它我們可以在較短的時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的成本開發(fā)出新穎的產(chǎn)品。在遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)線公話以及無(wú)線POS終端等領(lǐng)域我們都能看到TC35無(wú)線模塊在發(fā)揮作用，使用它是我們產(chǎn)品質(zhì)量和性能的保證。在可以遇見的將來(lái)，我們將會(huì)花費(fèi)較少的成本就能享受到GP

88、RS技術(shù)帶給我們的方便。TC35模塊性能指標(biāo)及其特性說(shuō)明如下：</p><p>　　a. 工作在EGSM900和GSM1800雙頻段。</p><p>　　b. 電源范圍為直流3.3～4.8V。</p><p>　　c. SIM卡連接方式：外接。</p><p>　　d. 工作電流損耗：</p><p>　　通話模式：

89、300mA（典型性）；</p><p>　　空閑模式：3.5mA（最大值）；</p><p>　　省電模式：100uA（最大值）。</p><p>　　e. 短信息：MT，MO，CB和PDU模式。</p><p>　　f. 外形尺寸：54.5乘36乘6.7mm。</p><p>　　g. 音頻接口：模擬信號(hào)。</

90、p><p>　　TC35是西門子公司推出的新一代無(wú)線通信GSM模塊。主要有GSM基帶處理器，[31]GSM射頻模塊，供電模塊，閃存，ZIF連接器，無(wú)線接口六部分組成。TC35可以理想的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)，語(yǔ)音傳輸，短消息服務(wù)和傳真。本系統(tǒng)只需要短信息收發(fā)功能。因此只使用TC35的數(shù)據(jù)輸入，輸出接口。TC35是作為數(shù)據(jù)通訊設(shè)備來(lái)連接的。而不是像一般的調(diào)制解調(diào)器作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備進(jìn)行連接。圖3.8為GSM模塊及外圍電路。

91、</p><p>　　圖3.8 GSM模塊及外圍電路 </p><p>　　如圖3.8所示，TC35的RXD1對(duì)應(yīng)單片機(jī)的RXD1，TC35的TXD1對(duì)應(yīng)單片機(jī)的TXD1。系統(tǒng)加電后，為使TC35進(jìn)人工作狀態(tài)。必須給IGT加一延時(shí)大于100ms的低電平信號(hào)，且該信號(hào)下降沿時(shí)間小于1ms。啟動(dòng)后IGT應(yīng)

92、保持高電平（3.3V）。驅(qū)動(dòng)IGT時(shí)TC35的供電電壓不能低于3.3V，否則TC35不能被激活。TC35的數(shù)據(jù)輸入/輸出接口實(shí)際上是一個(gè)串行異步收發(fā)器，符合ITU—RS232接口標(biāo)準(zhǔn)。它有固定的參數(shù)：8位數(shù)據(jù)位和l位停止位，無(wú)校驗(yàn)位，波特率為300b/s~115kb/s可選。ZIF連接器給SIM卡接口提供6針，其中所添加的CCIN引腳用來(lái)檢測(cè)SIM卡支架中是否插有SIM卡。當(dāng)插入SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進(jìn)入正常工作狀態(tài)。連接

93、器的SYNC腳控制燈的狀態(tài)，以此判斷TC35的工作狀態(tài)。</p><p><b>　　3.6電源模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　LM7805為3端正穩(wěn)壓電路，TO-220封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過流，過熱和過敏保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá)1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。它由橋式整流電路D1～D4，濾

94、波電容C8、C10，防止自激電容C9、C11和一只固定式三端穩(wěn)壓器（7805）極為簡(jiǎn)捷方便地搭成的。如圖3.9所示電路為輸出電壓+5V，+3.3V的穩(wěn)壓電源。</p><p>　　圖3.9 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　220V交流式電通過電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過橋式整流電路D1～D4和濾波電容C8的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分

95、穩(wěn)定的直流電壓（該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化）。此直流電壓經(jīng)過LM7805的穩(wěn)壓和C10的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。而在用電阻進(jìn)行分壓后得到3.3V穩(wěn)定電壓，可用于對(duì)TC35模塊進(jìn)行供電。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)

96、用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。</p><p>　　三端穩(wěn)壓器的主要特性如下：</p><p>　　a. 輸出電流可達(dá)1A；</p><p>　　b. 輸出電壓+5V；</p><p>　　c. 內(nèi)部有過熱保護(hù)；</p><p>　　d. 內(nèi)部有短路限流電路；</p><p>　　e. 輸

97、出晶體管安全范圍補(bǔ)償；</p><p>　　f. 極限參數(shù)（Ta=25℃）。</p><p>　　VI——輸入電壓（VO=5~18V) 35V；</p><p>　　RθJC——熱阻（結(jié)到殼） 5℃/W；</p><p>　　RθJA——熱阻（結(jié)到空氣） 65℃/W；</p><p>

98、;　　TOPR——工作結(jié)溫范圍 0~125℃。</p><p><b>　　3.7顯示模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>　　液晶顯示模塊我們采用工業(yè)字符型LCD1602具有體積小功耗低超薄輕巧等優(yōu)點(diǎn)，在低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，能夠同時(shí)顯示16乘2即32個(gè)字符。1602液晶也叫1602字符型液晶。它是一種專門用來(lái)顯示字母數(shù)字符號(hào)等點(diǎn)陣型液晶

99、模塊，它有若干個(gè)5乘7或5乘11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂荒茱@示圖形。</p><p>　　圖3.10 LCD1602液晶顯示電路</p><p>　　字符型LCD1602與單片機(jī)W77E58的數(shù)據(jù)連線接口電路如圖3.10所示，圖中，單片機(jī)接口P0口直接與液晶模塊的數(shù)據(jù)口相接，W7

100、7E58的P2.7口用于控制RS寄存器選擇，P2.6口用于控制R/W讀寫選擇，P2.5口則用來(lái)控制E使能信號(hào)，這樣的設(shè)計(jì)讓接口連接簡(jiǎn)單化，也便于編程。系統(tǒng)調(diào)試正確后，LCD將直觀顯示出觀測(cè)點(diǎn)所在經(jīng)度，緯度及時(shí)間三種定位信息。</p><p>　　LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：</p><p>　　第1~2腳：VSS為電源地；VDD接5V電源正極；</p><

101、p>　　第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高；</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器；</p><p>　　第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作；</p><p>　　第6腳：E端為使能端；</p><p>

102、　　第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)端；</p><p>　　第15~16腳：空腳或背燈電源，15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。</p><p>　　LCD1602特性如下：</p><p>　　a. +5v電壓，對(duì)比度可調(diào)；</p><p>　　b. 內(nèi)含復(fù)位電路；</p><p>　　c. 提供各種控制命令，如

103、：清屏，字符閃爍，光標(biāo)閃爍，顯示移位等多種功能；</p><p>　　d. 有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM；</p><p>　　e. 內(nèi)建有192個(gè)5乘7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM；</p><p>　　f. 八個(gè)可由用戶自定義的5乘7的字符發(fā)生器CGRAM。</p><p><b>　　3.8小結(jié)</b>&

104、lt;/p><p>　　通過前面的理論分析和系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以得出以下幾個(gè)結(jié)論：</p><p>　　a. 易于擴(kuò)容，而且特別適合于遠(yuǎn)程監(jiān)控；</p><p>　　b. 硬件系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易；</p><p>　　c. 與一般的電臺(tái)通信系統(tǒng)相比，GSM網(wǎng)絡(luò)有分布范圍廣，容量大等無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)；</p><p>　　

105、d. 中心功能強(qiáng)大，便于管理。</p><p><b>　　4 PCB設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1布線的基本原則</p><p>　　在PCB設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟，可以說(shuō)前面的準(zhǔn)備工作都是為它而做的，在整個(gè)PCB中，以布線的設(shè)計(jì)過程限定最高，技巧最細(xì)、工作量最大。PCB 板的設(shè)計(jì)過程是一個(gè)復(fù)雜而又簡(jiǎn)單的過程，要想很

106、好地掌握它，需廣大電子工程設(shè)計(jì)人員自已去體會(huì)，才能得到其中的真諦。PCB布線需注意以下幾點(diǎn)基本原則：</p><p>　　a. 要合理的確定PCB板的層數(shù)。從設(shè)計(jì)角度講，采用多層板進(jìn)行布線，在PCB的尺寸上可以做的更小，同時(shí)可以給高速信號(hào)很好的參考平面，就近接地，減小回路，降低寄生電感，縮短信號(hào)的傳輸長(zhǎng)度，這樣可以有效的保證信號(hào)完整性及降低干擾，確保高速電路的可靠工作；但是從生產(chǎn)成本的角度來(lái)講，盡管多層板有諸多好

107、處，也不能一味的加多層數(shù)，因?yàn)閷訑?shù)越多，生產(chǎn)工藝要求就越高，必然增加了產(chǎn)品的成本，給產(chǎn)品的批量帶來(lái)不便，所以在確定PCB板層數(shù)時(shí)要綜合考慮，尋找最佳平衡點(diǎn)。</p><p>　　b. 布線要遵循盡量短，少?gòu)澱?，少過孔，重要信號(hào)參考完整地或電源平面的原則。在避免不了要彎折的線，要45°或圓弧走線，杜絕直角走線，因?yàn)橹苯亲呔€會(huì)增大高速信號(hào)對(duì)外輻射和相互的輻射耦合；過多的過孔，會(huì)增大信號(hào)的分布電容，必然降低高

108、速信號(hào)的傳輸速度影響系統(tǒng)的性能。</p><p>　　c. 刪掉懸空的走線或鋪銅產(chǎn)生的孤島，因?yàn)檫@些會(huì)產(chǎn)生像天線一樣的效果，給電路帶來(lái)沒必要的干擾，影響整個(gè)系統(tǒng)。</p><p>　　d. 盡量減小平行走線的距離。對(duì)于同層走線的平行分布，會(huì)增加信號(hào)間的相互干擾，在避免不了長(zhǎng)距離的平行走線，那么就盡量拉大線間距，同時(shí)最后可以讓信號(hào)有一個(gè)地的參考平面，這樣可以減小耦合；對(duì)于不同層的相鄰的兩個(gè)層

109、面布線，要遵循的是相互垂直的布線方式。</p><p>　　e. 對(duì)于一些高敏感的信號(hào)和電路單元，容易對(duì)外輻射同時(shí)也容易被輻射，比如VGA的R、G、B信號(hào)，CPU的數(shù)據(jù)線，時(shí)鐘等，可以采用包地的處理方式，起到比較好的屏蔽作用。</p><p>　　f. 對(duì)于接電源和地的元件腳及去耦電容，走線都要盡量的短，粗，就近接地和電源，過孔盡量大些，這樣才能很好的起到濾波的作用。</p>