1、基于 51 单片机的简易 GPS 定位器设计 雷侠 西安思源学院电子信息工程学院 摘 要： 本文针对 GPS 接收、51 单片机应用、定位及液晶显示等模块的设计, 通过软、硬件结合, 实现了实时定位的功能。设计简便, 易于实现, 是 GPS 实时定位与单片机应用相结合的有效实践, 具有十分重要的作用。如付诸现实可通过定位技术的简化有效降低成本以及促进该技术的进一步推广, 还可方便的结合其他模块实现相应的扩展功能。作者简介：雷侠 (1994-) 男, 四川达州人, 本科在读, 研究方向:电子信息工程。中国科技信息杂志微智库成员, 年龄, 23, 性别, 男, 最高学历, , 学科专业方向, 电子
2、信息工程, 微信, z1440669171;Email;, 手机, 18392004257。教育背景 20112014:高中名称四川省渠县中学 20142018:大学名称西安思源学院GPS 起初为军用, 随着其不断发展, 渐渐普及并延伸到各个领域, GPS 操作简单、定位精度高, 在网络高度发展的今天, 其应用更是无处不在。本次设计以STC89C51 单片机为中心, 结合 GPS 接收器和 12864 液晶显示器, 以组成一款实时定位器, 本设计研究 GPS 信号的组成、定位信息提取与处理。本设计通过硬件设计和软件设计相结合, 达到实时显示当前时间、日期以及所在位置的经纬度和海拔高度等信息的要
3、求, 实现简单的定位功能。GPS 全称为全球卫星定位系统, 拥有实时授时、定位、导航以及测速等诸多功能, 该系统由美国主导研发, 历时 24 年, 耗资巨大, 于 1994 年全面建成。GPS定位具有精确度高、实现简单方便、24 小时在线和自动检测等特点。随着科技的不断进步, GPS 定位技术也不断简化并趋于模块化, 以便于添加到各种产品上。今天, GPS 定位早已融入我们的日常生产生活, 给我们带来许多便利的同时也提高了我们的生活质量和工作效率。GPS 定位的工作原理比较容易理解, 信号的接收、解调及相关的解析计算由 GPS接收器完成, 这里不再一一赘述。整个系统包括 3 个部分, 如由 2
4、4 颗卫星组成的空间网络部分、地面控制站和用户的 GPS 接收部分。本次设计围绕接收部分, 即 GPS 接收器先搜索卫星信号, 接收并提取相关导航电文, 再通过单片机处理筛选, 计算出当前位置数据, 最后通过相应格式转换, 将日期、时间、当前位置经纬度以及海拔高度信息输出显示在液晶显示屏上。硬件设计本设计以 STC89C51 单片机作为处理器, 通过它控制 GPS 数据信息的获取和传输, 并对有效数据进行相应处理。GPS 接收设备输出的导航电文数据通过串口方式传入单片机, 单片机则将接收到的数据信息进行筛选、计算和格式转换等处理, 最后通过 12864 液晶显示器显示出来, 其结构如图 1 所
5、示。软件设计通过软件设计实现对接收到的有效信号进行提取、判断和计算等处理, 通过设计程序, 在程序中判断从 GPS 模块返回的数据, 从而过滤出我们所需的信息并转换成相应格式输出。也可通过向 GPS 模块发送特定字符串指令以获取所需要的数据, 但此方法相对而言较复杂, 所以本设计选择前者。软件流程如图 2 所示。系统的软件工作情况如下:STC89C51 单片机上电初始化, 并接收 GPS 接收器传来的数据;判断数据是否有效, 有则继续提取“$GPRMC”语句, 否则返回等待;查看数据接收模块是否完成, 若完成则执行筛选和格式转换处理;图 1 硬件结构框图 下载原图图 2 软件流程图 下载原图对
6、 12864 进行清屏, 将最终数据送至液晶显示器并显示定位信息。软件系统主要完成系统的初始化、数据的提取与计算处理以及人机的交流, 其中包括单片机工作模式设置, 如串口通信及中断, 12864 液晶显示器的开机画面等。在程序运行过程中, 单片机可选择性地响应键盘输入, 所以不再说明。人机交流模块则是完成单片机与液晶显示器之间数据的双向传输。在数据解析提取时需要用到 NMEA-0183 协议, NMEA 是 GPS 专用的一套通讯协议, 该协议由美国国家海洋电子协会制定。GPS 接收器根据该协议的标准规范对接收到的信息进行解析。NMEA-0183 协议定义的语句颇多, 如$GPGGA、$GPG
7、SA、$GPGSV、$GPRMC、$GPVTG、$GPGLL 等, 此处我们用到的为$GPRMC 语句。$GPRMC 语句的格式如下:$GPRMC, , , , , , , , , , , , *hh根据本设计需要, 因此只提取其中的日期、时间、经纬度、海拔高度信息。结束语通过检测, 本设计能够获得实时的 GPS 定位数据, 并在 12864 液晶显示器上清晰的显示出当前日期、时间、经度、纬度、海拔高度的数据信息, 设计简单, 实现方便, 在此基础上结合 GSM 模块等, 还可实现远程定位等功能。建议观点1.电子信息工程作为一类崭新学科领域, 在整个社会发展中是一个独立的社会产业, 但同时又对
8、其他产业的生产活动有着深刻的影响, 更是给人们的生活带来翻天覆地的改变, 不难看出, 电子信息工程渐渐发展成为较多行业快速发展以及全面创新的根本动力。在我国, 对电子信息工程的应用需要逐步扩充。2.纵观我国当前电子信息工程以及相关技术的发展建设进程, 虽应用实践范畴日益广泛, 然真正成熟掌控与应用的核心技术仍较为欠缺, 较多先进技术仍依赖国外成果, 没有契合我国国情特色, 体现本土化应用优势, 为此, 要想真正实现持续全面的发展, 我们任重道远。3.电子信息工程依靠计算机等一些现代化的技术手段, 对电子信息进行控制和处理, 因此, 信息公开、全面共享, 并创建智能化、现代性、数字化工作体系平台, 扩充信息化投入建设等措施显得尤为重要。此外, 人才的培养、政府扶持、自我创新以及改善信息网络工程设备陈旧的状况等也应加大力度。
