全球定位系统（GPS）信息采集与处理

2019-01-05雷洪翔任天童朱文頔吴彦杭

现代工业经济和信息化 2018年16期

雷洪翔，任爽，吕铎，任天童，朱文頔，吴彦杭

（东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江大庆 163318）

引言

GPS技术广泛应用于军事、航空等各个领域，但是要实现各种用途[1-3]，必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素，三者缺一不可，其中GPS终端必须能够接受GPS信号并且能够进行处理并输出。市面上的GPS导航仪功能强大，但是价格也十分昂贵，对于普通用户失去了功能强大的优势。本文设计为满足普通用户使用GPS的切实需要，设计并制作一款GPS全球卫星定位器。

1 STC89C52概述

STC89C52是一种低功耗高性能的微控制器，其采用8052核的ISP在系统可编程芯片，时钟频率最高可达80 MHz，芯片内含4 kB的Flash只读程序存储器，该存储器可反复擦除1 000次左右[4]。该芯片兼容80C52引脚结构与标准MCS-52指令系统，在其内部内集成了ISP Flash存储单元和通用8位中央处理器，通过将其与PC端的目标程序相配合，可将所需的目标代码下载到微控制器中，从而节省购买通用编辑器的成本，也提高了读取速度[5-7]。

2 GPS系统总体结构

2.1 GPS系统硬件部分设计

根据系统设计方案，本文所设计的基于单片机的GPS硬件电路主要由控制芯片（STC89C52单片机）、信号接收部分（GPS接收模块）、显示部分（LCD12864液晶显示模块）和电源电路等四部分构成，结构框图如图1所示。

图1 基于单片机的GPS硬件总体结构框图

本次设计要求通过单片机控制GPS器件实现定位信息显示功能,为满足设计要求选用STC98C52单片机作为处理器，工作过程如下：第一，通过单片机接收GPS接收模块输出的电压信号；第二，通过软件编程的方法筛选出合理的位置数据；第三，通过使用单片机的并行口，将有效数据输出至液晶显示模块。

2.2 GPS系统软件部分设计

考虑软件的模块化具有功能清晰、调试方便和可移植性强等优点[8-9]，本系统在软件设计上采用模块化思想。此外，在考虑到软件的更新及功能的扩展，以及保证软件能够方便地在不同的硬件平台上的移植性等因素，整个方案的软件主要分为三部分：单片机模块、实时显示模块和GPS数据接收模块，软件总体流程如图2所示。

图2 软件总体流程图

图3 STC89C52引脚图

3 系统硬件电路具体设计

3.1 单片机最小系统设计

本系统所采用的STC89C52单片机引脚图如图3所示，其引脚说明如下：

1）主电源引脚（2根）：VCC为电源输入端口；GND为接地端口。

2）控制引脚（2根）：ALE/PROG为控制地址锁存允许信号；PSEN为控制外部存储器读选通信号。

3）外接晶振引脚（2根）：XTAL1为芯片内部振荡电路的输入端口；XTAL2为芯片内部振荡电路的输出端口。

4）可编程输入输出引脚（32根）：MCU有4组8位的可编程输入输出端口，每个端口有8根引脚，共有32个。

3.2 GPS接收模块电路设计

实现GPS数据信息的液晶显示功能的首要条件是实现GPS信号的接收，考虑到目前GPS接收模块的制造技术已经相当成熟，本系统选择成品的GPS接收模块，其具有性能稳定、非常方便的优点，定位成功后可以直接通过接收模块输出GPS相关信息，并且该GPS接收模块在经过商业化大规模生产后，价格已经十分容易接受，也可以使本系统的设计性价比得到一定的提高[10]。

GPS接收模块内部结构如图4所示，其主要由CPU、储存器、并行信号通道和低噪声下变频器等结构组成，通过天线获得卫星信号，再经过频率变换、放大、滤波和混频等相关处理，完成对天线视场中卫星的锁定、跟踪和测量工作[11]，GPS接收模块引脚功能说明如表1所示。