单片机原理下GPS定位系统的设计

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摘要：目前我国的民用定位产品存在许多的弊端，比如准确度不高、不便于携带、性价比不高等，应该从硬件和上位机软件入手，设计和研发出一种以单片机为主要结构的GPS定位系统，该系统主要由接收模块、通信模块、控制模块组成，其中控制模块又可以分为单片机控制模块和上位机控制模块。此类系统设计具有很强的推广和使用价值，可以广泛的应用到民用定位之中。

关键词：单片机 GPS定位系统 卡尔曼滤波器

中图分类号：TP368.12 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）11-0145-01

新世纪信息技术不断发展和进步，GPS系统已经不仅仅被限定在军事领域，而是已经开始拓展到我们生活的许多方面，如消费导航，地图导航等。但是我国的GPS定位系统的精确度还有待考量，需要各方的努力来进行完善和改进。本文将具有成本低、集成度高等特点的C8051F020单片机为切入点，设计出一种具有高精度、高效益的GPS定位系统。

1 系统设计的总体思路

接收模块、通信模块、控制模块是本文所涉及的GPS定位系统的主要组成部分，其中控制模块又可以分为单片机控制模块和上位机控制模块。上位机在其中发挥着重要的作用，相当于司令部，他将命令和制定通过通信模块或USB总线将命令传达到控制模块中的单片机控制模块，无线射频解码后的命令会传达给GPS接收模块，进而实现调用相关设备的功能；GPS接收模块采集相关数据，并对数据进行基础的转码，并同时反馈给单片机的控制模块；控制模块会根据收到的数据进行分析比对，确定需要的GPS定位，并通过数据交流传递渠道将数据运送至上位机，通过上位机中卡尔曼滤波器对数据相应处理并分析其误差。

2 系统的软件设计

2.1 接收电路的设计

接收电路模块主要是进行信号收集，并实现数据的格式转化，将普通的GPS信号转化成系统可识别的$GPGGA格式。为了规避天气和大气环境带来的影响，避免其误差，笔者建议使用瑞士U-BLOX公司的MAX-6Q，其整合能力水平较强，电源管理模式以高灵敏度和高智能化而闻名全球，同时它的体积小、功耗低等特点都可以保证其对于工作的完成质量。接收电路设计主要由电路和单片机。该线路的主要工作原理是用跳线帽将MAX1连接好，此时若MAX2亮则说明整个电路的供电正常，线路正常工作。同时TXD1和RXD1的引脚也会连接到射频模块，这样就可以实现数据的传输和发送，一方面使数据到射频模块，另一方面射频模块也会接收到单片机的程序设定，两者之间可实现互动交流。J4是接收模块的天线部分，源天线是其中最主要的构成部分，可以收到卫星的数据信号。观察整个系统的电路设计，可以通过电感和稳压管的使用来避免外界不确定因素的干扰，保证信号的准确和流畅。

2.2 单片机控制电路

作为整个gps系统设计的核心部分，单片机控制电路主要进行数据的转换和传输工作，并在庞大的数据中筛选出对于系统有帮助的重要信息，如时间、经度、纬度等。UARTO，UART1，P1，P2，P3是单片机电路的主要应用端口，一方面可以接受GPS的信号和数据，另一方面也会对这些数据进行相关的处理和传送。19.2 MHz是单片机的振荡器主频率，数据误差较大可高达7%，进而会影响整个系统工作的错误。单机片系统的外部周边震频是22.1184MHz，这样的设置可以提供定时和时钟功能，大大降低系统工作误差。在稳固系统稳定性工作方面，本系统设计将单片机的许多电源脚和地脚都进行了指定和连接，并通过滤波电容去分散过滤一些波峰，是整个系统可以平稳运行和工作。

2.3 通信模块电路

通信电路在整个GPS系统设计中具有重要的作用，它是接收模块和单片机，以及单片机和上位机之前联系的主要渠道。无线射频电路、RS232电路、PL2303HX电路、以及FT245电路是通信电路的主要组成部分。无线射频电路主要是沟通GPS的接收模块和控制模块，通过调频方式来进行数据的传输，具体可细分为频率控制单元、频率发生器和信号发送单元。控制模块和上位机之间的数据流通主要是依靠RS232电路、PL2303HX电路、和FT245电路。MAX3232是RS232电路所采用的特有接口，而PL2303HX芯片作为单片机的核心部件负责对数据的收集整理，并使用总线和射频等方式将数据传输至计算机为使用者所用。对于FT245电路，则需要将USB协议作为其限定条件，并使用8路I/0口传输到芯片数据的输入端，并通过与单片机联系的通道传输至计算机。

2.4 稳压保障电路

本系统设计开展的前提环境就是应该将电量稳固在3.3V，因此单片机、MAX3232，PL2303HX和FT245等电路都需要1117-3.3 V进行电压稳固和维护，并使系统稳步开展工作。其电路设计如下，VCC是电路的接口部分，提供5V电源供给，而S是整个系统的开关，打开开关后POW的指示灯会点亮，显示系统工作正常。经过整个电路的处理，可实现电压的转变，将端口处的5.5V电压变为系统所需的3.3V。

3 软件系统设计

单片机程序设计和上位机软件设计是GPS软件系统设计的重要组成部分。在整个系统工作之前，可以通过相关选项对工作模式进行选择，以适应相关的环境，并进行针对性管理。首先单片机会发送有关的指令到计算机，并会将有关的数据自动存储在相关位置，需要原始数据和转换数据。此外系统中的尔曼滤波器会将接收到的数据进行分析整合，将相关性较差和不正确的信息进行过滤，这一方式可以大大提高工作的精准度，提供给使用者更可靠地信息。这样的操作模式还有一个好处就是操作步骤简单易懂，设施设备简单，成本低廉，也具有较好的靠操作性。通过专业方法进行数据误差分析和方差误差分析，会将比对和分析结果在计算机和相关设备中进行同步显示，使使用者看见全过程，并针对结果进行修正和处理。

参考文献

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