GPS全球定位系統(tǒng)應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、GPS全球定位系統(tǒng)的應(yīng)用摘 要GPS（Global Positioning System，全球定位系統(tǒng)），是一個(gè)全球性、全天候、全天時(shí)、高精度的導(dǎo)航定位和時(shí)間傳遞系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)(ITS)是未來(lái)交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。其中，交通信息采集系統(tǒng)是最為基本、最重要的系統(tǒng)之一。它為交通管理、交通信息公眾發(fā)布等提供了大量的基礎(chǔ)交通信息，是其他交通管理系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。本文以GPS在智能交通系統(tǒng)(ITS)中的典型應(yīng)用為

2、例，介紹了GPS系統(tǒng)的組成、定位原理、定位誤差以及GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特點(diǎn)等，并以臺(tái)灣皇家數(shù)碼出品的GPS 模塊作為地理信息數(shù)據(jù)采集載體，BENQ M22 GPRS模塊作為數(shù)據(jù)發(fā)送載體，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的交通信息資源采集系統(tǒng)與應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠根據(jù)需要在確定的地理位置采集定位信息，如經(jīng)緯度信息，并標(biāo)記此地理位置，當(dāng)再次途徑此地理位置時(shí)，自動(dòng)用語(yǔ)音報(bào)告該地理位置信息，可對(duì)已采集的地理信息進(jìn)行人工編輯，包括刪除某一地理坐標(biāo)，在兩地理坐標(biāo)之間插入一新的地理坐標(biāo)，修改某地理坐標(biāo)的標(biāo)記，通過(guò)GPRS模塊將設(shè)備當(dāng)前所在的地理位置坐標(biāo)以短信的方式發(fā)送到預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)處理中心，以作進(jìn)一步處理。文中對(duì)硬件和軟

3、件的具體實(shí)現(xiàn)給予了深入探討，詳細(xì)分析了GPS輸出數(shù)據(jù)的通信標(biāo)準(zhǔn)及其數(shù)據(jù)幀的接收和參數(shù)提取的方法，最后對(duì)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了處理和分析并給出了系統(tǒng)的總結(jié)與展望。關(guān)鍵詞 GPS；GPRS；信息資源采集THE APPLICATION OF GLOBAL POSITIONING SYSTEMABSTRACTGPS is a global, all-weather, high-precision navigation and positioning and time delivery system. The intellectual traffic system (ITS) is the directio

4、n of the traffic system in the future. It is of advanced information technology, data communications transmission technology, electronic sensor technology, control technology and computer technology etc., which is effectively integrated throughout the whole applications of traffic management systems

5、 on the ground, and set up a widely full use, real-time, accurate and efficient integrated traffic management system. The traffic information collection system is the most basic and important system. It provides a large amount of basic traffic information for traffic management, traffic information

6、masses release etc., and also it is the foundation of the application of other traffic management system. This paper introduces the composition of GPS system, positioning principle, positioning error, GPRS network structure and its business characteristics, etc., and use GPS module which is produced

7、 by Royal Digital Company of Taiwan as geographic information data collection carrier, BenQ M22 GPRS module as a data transmission carrier, working out a simple traffic information resources collection and applications system. According to the demand, the system can collect positioning information i

8、n the specific location, such as longitude and latitude information, and mark the location. When once again come around that location, the system can automatically use voice to report the information of that location. It can manually edit collected geographic information, including deleting a partic

9、ular geographical coordinate, inserting a new geographic coordinates between two exist geographic coordinates, modifying a geographic coordinate marking. The geographical coordinates of the current equipment will be sent to the predetermined data processing center through GPRS module in SMS, so that

10、 it can make further process. This paper discusses the realization of concrete hardware and software in detail, analyzes the communication protocol of GPSs output data particularly, and works out a solution to receive data frame and retrieve navigation information from GPS, at last this paper proces

11、ses the experiment results and gives the conclusion and prospects.KEY WORDS GPS; GPRS; collection of information resources目 錄摘 要IABSTRACTII前 言11 基礎(chǔ)理論21.1全球定位系統(tǒng)GPS21.1.1 GPS發(fā)展概述21.1.2 GPS系統(tǒng)組成21.1.3 GPS衛(wèi)星信號(hào)51.1.4 GPS定位原理51.1.5 GPS定位誤差61.1.6 GPS應(yīng)用前景71.2通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS71.2.1 GPRS發(fā)展概述71.2.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)81.2.4 G

12、PRS業(yè)務(wù)特點(diǎn)82 硬件設(shè)計(jì)92.1 硬件總體框架設(shè)計(jì)92.2嵌入式處理器的選擇92.3 GPS模塊112.4 GPRS模塊122.5 LCD顯示模塊122.5.1 HG圖形點(diǎn)陣液晶模塊介紹122.5.2模塊主要硬件構(gòu)成說(shuō)明122.5.3模塊的外部接口142.6 鍵盤(pán)模塊152.7串口模塊152.8 GPS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)162.9語(yǔ)音模塊173 軟件設(shè)計(jì)203.1 軟件總體框架設(shè)計(jì)203.2.1 GPS數(shù)據(jù)格式(NMEA-0183)223.2.2 GPS數(shù)據(jù)接收與處理233.3 GPRS模塊軟件263.4 LCD顯示模塊273.6 串口通訊模塊293.7 站點(diǎn)管理模塊293.7.1 新增站點(diǎn)293.

13、7.2 刪除站點(diǎn)303.7.3 報(bào)站303.8 語(yǔ)音模塊314 軟硬件調(diào)試與測(cè)試結(jié)果334.1 軟硬件調(diào)試步驟334.2 軟硬件調(diào)試中遇到的問(wèn)題334.3 測(cè)試結(jié)果345 總結(jié)與展望35附錄37致謝39前 言隨著國(guó)內(nèi)交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善，許多城市相繼建立了各種類(lèi)型的交通管理應(yīng)用系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)(ITS)無(wú)疑是未來(lái)交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，它是將先進(jìn)的信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)、電子傳感技術(shù)、控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)等有效地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理系統(tǒng)而建立的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效的綜合交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)7。當(dāng)前ITS的服務(wù)領(lǐng)域有：先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)、先進(jìn)的出行者信息系統(tǒng)

14、、先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)、先進(jìn)的車(chē)輛控制系統(tǒng)、營(yíng)運(yùn)車(chē)輛調(diào)度管理系統(tǒng)等。其中，交通信息采集系統(tǒng)是最為基本、最重要的系統(tǒng)之一。它為交通管理、交通信息公眾發(fā)布等提供了大量的基礎(chǔ)交通信息，是其他交通管理系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)6。我國(guó)目前仍有少數(shù)地區(qū)以人工采集作為交通信息采集的主要手段，交通信息的采集需要投入大量的人力、物力和財(cái)力。同時(shí)，人工采集所得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性往往較差，不能很好地反映道路交通實(shí)時(shí)狀況，基于此數(shù)據(jù)所做的道路交通規(guī)劃、管理方案具有一定的偏差，從而導(dǎo)致交通信息的綜合利用率不高，效能還有待進(jìn)一步挖掘。因此，需要建立一個(gè)快速，高效的交通信息資源采集系統(tǒng)。本文討論了基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的GPS應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)利

15、用GPS設(shè)備進(jìn)行交通地理信息數(shù)據(jù)采集，可存儲(chǔ)主要交通站點(diǎn)的地理位置信息，當(dāng)交通設(shè)備再次行進(jìn)到相應(yīng)站點(diǎn)時(shí)自動(dòng)報(bào)告站點(diǎn)信息，另外還通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)不間斷地將收集到的地理位置信息發(fā)往監(jiān)控中心，監(jiān)控調(diào)度中心可根據(jù)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，或進(jìn)一步處理。1 基礎(chǔ)理論1.1全球定位系統(tǒng)GPS全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）, 簡(jiǎn)稱(chēng)GPS,是隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而建立起來(lái)的新一代精密衛(wèi)星定位系統(tǒng)。1.1.1 GPS發(fā)展概述 1958年12月，美國(guó)海軍和詹斯霍普金斯(Johns Hopkins)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室為了給北極核潛艇提供全球?qū)Ш?，開(kāi)始研制一種衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，稱(chēng)之為美國(guó)

16、海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)NNSS(navy navigation satellite system)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星軌道通過(guò)地極，因此被稱(chēng)為“子午(transit)衛(wèi)星系統(tǒng)”。1959年9月美國(guó)發(fā)射了第一顆試驗(yàn)性衛(wèi)星，經(jīng)過(guò)幾年試驗(yàn)，1964年該系統(tǒng)建成并投入使用。1967年美國(guó)政府宣布該系統(tǒng)解密并提供民用。雖然子午衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)航定位技術(shù)的發(fā)展具有劃時(shí)代的意義，但由于該系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)目較少(6顆工作衛(wèi)星)，運(yùn)行高度較低(平均約1000km)，從地面站觀測(cè)到衛(wèi)星的時(shí)間間隔也較長(zhǎng)(平均約15小時(shí))，因而不能進(jìn)行三維連續(xù)導(dǎo)航。加上獲得一次導(dǎo)航解所需的時(shí)間較長(zhǎng)，所以難以充分滿(mǎn)足軍事導(dǎo)航的需求。從大地

17、測(cè)量學(xué)來(lái)看，由于它的定位速度慢(測(cè)站平均觀測(cè)12天)，精度較低(單點(diǎn)定位精度35m，相對(duì)定位精度約為1m)，因此，該系統(tǒng)在大地測(cè)量學(xué)和地球動(dòng)力學(xué)研究方面受到了極大的限制。為了滿(mǎn)足軍事及民用部門(mén)對(duì)連續(xù)實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航的需求，1973年美國(guó)國(guó)防部開(kāi)始研究建立新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，即為目前的“授時(shí)與測(cè)距導(dǎo)航系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)”(navigation system timing and ranging / global positioning system NAVSTAR/GPS)，通常稱(chēng)之為全球定位系統(tǒng)(GPS)。從該系統(tǒng)研制開(kāi)始，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成。GPS實(shí)施計(jì)劃共分三個(gè)階

18、段：第一階段為方案論證和初步設(shè)計(jì)階段。從1973年到1979年，共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)，從硬件和軟件上進(jìn)行試驗(yàn)。第二階段為全面研制和試驗(yàn)階段。從1979年到1984年，又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。第三階段為實(shí)用組網(wǎng)階段。1989年2月4日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993年底實(shí)用的GPS網(wǎng)，即（21+3）GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星。1.1.2 GPS系統(tǒng)組成GPS系統(tǒng)主要由三大部分組成，即空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶(hù)設(shè)備部分所組成(圖1-1

19、)： 圖1-1 GPS系統(tǒng)的組成一、空間星座部分全球定位系統(tǒng)的空間衛(wèi)星星座見(jiàn)圖1-2，由24（3顆備用衛(wèi)星）顆衛(wèi)星組成。衛(wèi)星分布在6個(gè)軌道面內(nèi)，每個(gè)軌道上分布有4顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道面相對(duì)地球赤道面的傾角為55，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60。在相鄰軌道上，衛(wèi)星的升交距相差30。軌道平均高度約為20200km，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分。因此，在同一觀測(cè)站上，每天出現(xiàn)的衛(wèi)星分布圖形相同，只是每天提前4分鐘。每顆衛(wèi)星每天約有5個(gè)小時(shí)在地平線(xiàn)以上，同時(shí)位于地平線(xiàn)以上的衛(wèi)星數(shù)目，隨時(shí)間和地點(diǎn)而異，最少為4顆，最多可達(dá)11顆。GPS衛(wèi)星空間星座的分布保障了在地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻至少有4顆衛(wèi)星被同時(shí)觀

20、測(cè)，加上衛(wèi)星信號(hào)的傳播和接收不受天氣的影響，因此，GPS是一種全球性、全天候的連續(xù)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。圖1-2 全球定位系統(tǒng)的空間衛(wèi)星星座二、地面監(jiān)控部分GPS的地面監(jiān)控部分，目前由分布在全球的5個(gè)地面站組成，其中包括衛(wèi)星監(jiān)測(cè)站、主控站和信息注入站。1監(jiān)測(cè)站現(xiàn)有5個(gè)地面站均具有監(jiān)測(cè)站的功能。監(jiān)測(cè)站是在主控站直接控制下的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集中心。站內(nèi)設(shè)有雙頻GPS接收機(jī)、高精度原子鐘、計(jì)算機(jī)各一臺(tái)和若干環(huán)境數(shù)據(jù)傳感器。接收機(jī)對(duì)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)以采集數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)衛(wèi)星的工作狀況。原子鐘提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，而環(huán)境傳感器收集有關(guān)當(dāng)?shù)氐臍庀髷?shù)據(jù)。所有觀測(cè)資料由計(jì)算機(jī)進(jìn)行初步處理并儲(chǔ)存和傳送到主控站用以確定衛(wèi)星的軌道。2主

21、控站主控站一個(gè)，設(shè)在美國(guó)本土科羅拉多斯平士(Colorado Springs)的聯(lián)合空間執(zhí)行中心CSOC。主控站除了協(xié)調(diào)和管理地面監(jiān)控系統(tǒng)工作外，其主要任務(wù)是：(1)根據(jù)本站和其他監(jiān)測(cè)站的所有觀測(cè)資料，推算編制各衛(wèi)星的星歷、衛(wèi)星鐘差和大氣層的修正參數(shù)等，并把這些數(shù)據(jù)傳送到注入站；(2)提供全球定位系統(tǒng)的時(shí)間基準(zhǔn)。各測(cè)站和GPS衛(wèi)星的原子鐘，均應(yīng)與主控站的原子鐘同步，或測(cè)出其間的鐘差，井把這些鐘差信息編入導(dǎo)航電文，送到注入站；(3)調(diào)整偏離軌道的衛(wèi)星，使之沿預(yù)定的軌道運(yùn)行；(4)啟用備用衛(wèi)星，以代替失效的工作衛(wèi)星。3注入站注入站現(xiàn)有三個(gè)，分別設(shè)在印度洋的迭哥加西亞(Diego Carcia)、南

22、大西洋的阿松森島(Ascencion)和南太平洋的卡瓦加蘭(Kwajalein)。注入站的主要設(shè)備包括一臺(tái)直徑為36m的天線(xiàn)，一臺(tái)C波段發(fā)射機(jī)和一臺(tái)計(jì)算機(jī)。其主要任務(wù)是在主控站的控制下將主控站推算和編制的衛(wèi)星星歷、鐘差、導(dǎo)航電文和其他控制指令等，注入到相應(yīng)衛(wèi)星的存儲(chǔ)系統(tǒng)，并檢測(cè)注入星系的正確性。整個(gè)GPS的地面監(jiān)控部分，除主控站外均無(wú)人值守。各站間用現(xiàn)代化的通訊網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，在原子鐘和計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)和精確控制下，各項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了高度的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化。三、用戶(hù)設(shè)備部分GPS的空間部分和地面監(jiān)控部分，是用戶(hù)應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行定位的基礎(chǔ)。根據(jù)GPs用戶(hù)的不同要求，所需的接收設(shè)備各異。隨著GPS定位技術(shù)的迅速

23、發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)大，許多國(guó)家都在積極研制、開(kāi)發(fā)適用于不同要求的GPS接收機(jī)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件。 用戶(hù)設(shè)備主要由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件，以及微處理機(jī)及其終端設(shè)備組成。而GPS接收機(jī)的硬件，一般包括主機(jī)、天線(xiàn)和電源，主要功能是接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，以獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量，并經(jīng)簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)處理而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航和定位；GPS軟件部分是指各種后處理軟件包，其主要作用是對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精加工，以便獲得精密定位結(jié)果。根據(jù)GPS用戶(hù)不同的要求，GPS接收機(jī)也有許多不同的類(lèi)型，一般可分為導(dǎo)航型、測(cè)量型和授時(shí)型。1.1.3 GPS衛(wèi)星信號(hào)GPS衛(wèi)星發(fā)射的導(dǎo)航電文是一組不歸零制二進(jìn)制編碼脈沖

24、D(t)(稱(chēng)為基帶信號(hào))。其帶寬為F =50Hz，傳遞速率50bit/s。為了有效地將該低碼率的導(dǎo)航電文發(fā)送給用戶(hù)，采用偽碼擴(kuò)頻技術(shù)將基帶信號(hào)的頻帶從50Hz擴(kuò)展到10.23MHz。這些導(dǎo)航電文是通過(guò)兩個(gè)載波頻率f1=1575.42MHz (L1載波),f2=1227.6MHz (L2載波)向地面發(fā)射。所以GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)就是將導(dǎo)航電文D(t)經(jīng)過(guò)二級(jí)調(diào)制后的信號(hào)。第一級(jí)是將D(t)碼調(diào)制C/A碼和P碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)D(t)的偽隨機(jī)碼擴(kuò)頻。第二級(jí)是將它們的組合碼分別調(diào)制在上述兩個(gè)載波頻率上。在載波L2上只調(diào)制了一種偽碼(P碼)，而在載波L1上調(diào)制了兩種碼(P碼和C/A碼)，并且是采用正交調(diào)制方式

25、調(diào)制的。1.1.4 GPS定位原理GPS定位的基本原理是根據(jù)高速運(yùn)動(dòng)的衛(wèi)星瞬間位置作為已知的起算數(shù)據(jù)，采用空間距離后方交會(huì)的方法，確定待測(cè)點(diǎn)的位置5。如圖1-3所示，假設(shè)t時(shí)刻在地面待測(cè)點(diǎn)上安置GPS接收機(jī)，可以測(cè)定GPS信號(hào)到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間t，再加上接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星星歷等其它數(shù)據(jù)可以確定以下四個(gè)方程式：圖1-3 GPS定位原理示意圖上述四個(gè)方程式中待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)x、 y、 z 和Vt0為未知參數(shù)，其中di=cti (i=1、2、3、4)。di(i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4到接收機(jī)之間的距離。ti(i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的信號(hào)到

26、達(dá)接收機(jī)所經(jīng)歷的時(shí)間。c為GPS信號(hào)的傳播速度（即光速）。四個(gè)方程式中各個(gè)參數(shù)意義如下：x、y、z 為待測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)的空間直角坐標(biāo)。xi 、yi 、zi (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4在t時(shí)刻的空間直角坐標(biāo)，可由衛(wèi)星導(dǎo)航電文求得。Vti (i=1、2、3、4) 分別為衛(wèi)星1、衛(wèi)星2、衛(wèi)星3、衛(wèi)星4的衛(wèi)星鐘的鐘差，由衛(wèi)星星歷提供。Vt0為接收機(jī)的鐘差。由以上四個(gè)方程即可解算出待測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)x、y、z 和接收機(jī)的鐘差Vt0 。1.1.5 GPS定位誤差在利用GPS進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)受到各種各樣因素的影響。影響GPS定位精度的因素可分為以下四大類(lèi)：（1）與GPS衛(wèi)星有關(guān)的因素SA

27、政策：美國(guó)政府從其國(guó)家利益出發(fā)，通過(guò)降低廣播星歷精度、在GPS基準(zhǔn)信號(hào)中加入高頻抖動(dòng)等方法，人為降低普通用戶(hù)利用GPS進(jìn)行導(dǎo)航定位時(shí)的精度。衛(wèi)星星歷誤差：在進(jìn)行GPS定位時(shí)，計(jì)算在某時(shí)刻GPS衛(wèi)星位置所需的衛(wèi)星軌道參數(shù)是通過(guò)各種類(lèi)型的星歷提供的，但不論采用哪種類(lèi)型的星歷，所計(jì)算出的衛(wèi)星位置都會(huì)與其真實(shí)位置有所差異，這就是所謂的星歷誤差。衛(wèi)星鐘差：衛(wèi)星鐘差是GPS衛(wèi)星上所安裝的原子鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間之間的誤差。衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線(xiàn)相位中心偏差 ：衛(wèi)星信號(hào)發(fā)射天線(xiàn)相位中心偏差是GPS衛(wèi)星上信號(hào)發(fā)射天線(xiàn)的標(biāo)稱(chēng)相位中心與其真實(shí)相位中心之間的差異。（2）與傳播途徑有關(guān)的因素電離層延遲：由于地球周?chē)?/p>

28、電離層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱(chēng)為電離層延遲。電磁波所受電離層折射的影響與電磁波的頻率以及電磁波傳播途徑上電子總含量有關(guān)。對(duì)流層延遲：由于地球周?chē)膶?duì)流層對(duì)電磁波的折射效應(yīng)，使得GPS信號(hào)的傳播速度發(fā)生變化，這種變化稱(chēng)為對(duì)流層延遲。電磁波所受對(duì)流層折射的影響與電磁波傳播途徑上的溫度、濕度和氣壓有關(guān)。多路徑效應(yīng)：由于接收機(jī)周?chē)h(huán)境的影響，使得接收機(jī)所接收到的衛(wèi)星信號(hào)中還包含有各種反射和折射信號(hào)的影響，這就是所謂的多路徑效應(yīng)。（3）與接收機(jī)有關(guān)的因素 接收機(jī)鐘差 ：接收機(jī)鐘差是GPS接收機(jī)所使用的鐘的鐘面時(shí)與GPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)之間的差異。接收機(jī)天線(xiàn)相位中心偏差 ：接

29、收機(jī)天線(xiàn)相位中心偏差是GPS接收機(jī)天線(xiàn)的標(biāo)稱(chēng)相位中心與其真實(shí)的相位中心之間的差異。接收機(jī)軟件和硬件造成的誤差:在進(jìn)行GPS定位時(shí)，定位結(jié)果還會(huì)受到諸如處理與控制軟件和硬件等的影響。（4）其它 GPS控制部分人為或計(jì)算機(jī)造成的影響:由于GPS控制部分的問(wèn)題或用戶(hù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)引入的誤差等。數(shù)據(jù)處理軟件的影響：數(shù)據(jù)處理軟件的算法不完善對(duì)定位結(jié)果的影響。1.1.6 GPS應(yīng)用前景過(guò)去,GPS的應(yīng)用大都集中在軍事領(lǐng)域，隨著時(shí)代發(fā)展，GPS現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪?，如衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、陸地交通運(yùn)輸調(diào)度、監(jiān)控與導(dǎo)航，以及具有GPS定位功能個(gè)人手機(jī)等。如今，GPS的應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下幾部分：資源調(diào)查、土

30、地探測(cè)、調(diào)度與監(jiān)控、導(dǎo)航與定位，其中,普遍看好汽車(chē)導(dǎo)航定位系統(tǒng)及個(gè)人手機(jī)定位系統(tǒng)市場(chǎng)。1.2通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRSGPRS( General Packet Radio Service)即通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)，它是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的分組交換系統(tǒng)，與因特網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)相連，向移動(dòng)客戶(hù)提供豐富的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。1.2.1 GPRS發(fā)展概述通常將移動(dòng)通信分為三代。第一代是模擬的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，第二代是數(shù)字通信包括GSM、CDMA等，第三代是分組型的移動(dòng)業(yè)務(wù)，稱(chēng)為3G。GPRS是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱(chēng)為2.5G，目前通過(guò)升級(jí)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。可以稱(chēng)之為2. 5G，因?yàn)樗且粋€(gè)混合體，采用TD

31、MA方式傳輸語(yǔ)音，采用分組的方式傳輸數(shù)據(jù)。1.2.2 GPRS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)GPRS網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)中引入三種新的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)以及分組控制單元(PCU )，使得用戶(hù)能夠在端到端分組方式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在使用中，控制器或電腦通過(guò)串行或無(wú)線(xiàn)方式連接到GPRS蜂窩電話(huà)上，GPRS蜂窩電話(huà)與GSM基站通信，但與電路交換式數(shù)據(jù)呼叫不同，GPRS分組是從基站發(fā)送GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)(SGSN)，而不是通過(guò)移動(dòng)交換中心(MSC)連接到語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)上。SGSN與GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)(GGSN)進(jìn)行通信，GGSN對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，再發(fā)送到

32、目的網(wǎng)絡(luò)，如因特網(wǎng)。來(lái)自因特網(wǎng)標(biāo)識(shí)有移動(dòng)地址的IP包，由GGSN接收，再轉(zhuǎn)發(fā)到SGSN，繼而傳送到移動(dòng)臺(tái)上。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。圖1-4 GPRS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖SGSN是GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，它與MSC處于網(wǎng)絡(luò)體系的同一層。SGSN 通過(guò)幀中繼與BTS相連，是GSM 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與移動(dòng)臺(tái)之間的接口。SGSN的主要作用是記錄移動(dòng)臺(tái)的當(dāng)前位置信息，并且在移動(dòng)臺(tái)和GGSN之間完成移動(dòng)分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。GGSN通過(guò)基于IP協(xié)議的GPRS骨干網(wǎng)連接到SGSN，是連接GSM。網(wǎng)絡(luò)和外部分組交換網(wǎng)(如因特網(wǎng)和局域網(wǎng))的網(wǎng)關(guān)，GGSN可以把GSM 網(wǎng)中的GPRS分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而把這些分組數(shù)

33、據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的TCP/IP網(wǎng)絡(luò);PCU負(fù)責(zé)管理分組分段和規(guī)劃、無(wú)線(xiàn)信道、傳輸錯(cuò)誤檢測(cè)和自動(dòng)重發(fā)、信道編碼方案、質(zhì)量控制、功率控制等。1.2.4 GPRS業(yè)務(wù)特點(diǎn)GPRS網(wǎng)為移動(dòng)數(shù)據(jù)用戶(hù)主要提供突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能快速建立連接，無(wú)建鏈時(shí)延。GPRS特別適用于頻繁傳送小數(shù)據(jù)量的應(yīng)用和非頻繁傳送大量數(shù)據(jù)。GPRS能提供的PTP（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）和PTM（點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)）數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，還能支持補(bǔ)充業(yè)務(wù)和短消息業(yè)務(wù)。2 硬件設(shè)計(jì)2.1 硬件總體框架設(shè)計(jì)硬件總體設(shè)計(jì)框架如圖2-1所示，主要由以下模塊組成：（1）嵌入式處理器模塊，（2）GPS模塊，（3）GPRS模塊，（4）LCD顯示模塊。圖2-1硬件總體設(shè)計(jì)示意圖GPS模

34、塊和GPRS模塊均采用串行方式與處理器連接，但大多數(shù)處理器只提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的串行I/O接口，因此，在系統(tǒng)中設(shè)置了一個(gè)串口切換電路。當(dāng)進(jìn)行地理信息采集時(shí)，處理器與GPS模塊連接，GPRS模塊處于閑置狀態(tài)；當(dāng)需要將收集到的地理信息發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心時(shí)，處理器與GPRS模塊連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，而GPS模塊處于閑置狀態(tài)。此外，系統(tǒng)還為這些模塊設(shè)計(jì)了電源管理模塊，以根據(jù)不同模塊或者芯片的需要，提供相匹配的電源輸入。2.2嵌入式處理器的選擇嵌入式處理器是嵌入式硬件系統(tǒng)中最核心，最關(guān)鍵的部分，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的要求、體積、成本等因素選擇合適的處理器。89C51系列單片機(jī)由先進(jìn)CMOS工藝制造并帶有非易失性Fla

35、sh 程序存儲(chǔ)器全部支持12 時(shí)鐘和6 時(shí)鐘操作。P89C51X2 和P89C52X2/54X2/58X2分別包含128字節(jié)和256字節(jié)RAM、32條I/O 口線(xiàn)、3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6輸入4優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1個(gè)串行I/O口（可用于多機(jī)通信、I/O 擴(kuò)展或全雙工UART）以及片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計(jì)，可提供很寬的操作頻率范圍（頻率可降至0）?？蓪?shí)現(xiàn)兩個(gè)由軟件選擇的節(jié)電模式-空閑模式和掉電模式?？臻e模式凍結(jié)CPU， 但RAM、定時(shí)器、串口和中斷系統(tǒng)仍然工作。掉電模式保存RAM的內(nèi)容，但是凍結(jié)振蕩器，導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作由于設(shè)計(jì)是靜態(tài)的，時(shí)鐘可停止而不會(huì)

36、丟失用戶(hù)數(shù)據(jù)。運(yùn)行可從時(shí)鐘停止處恢復(fù)。89C51主要性能如下：89C51 核心處理單元4k 字節(jié)FLASH（89C51X2）8k 字節(jié)FLASH（89C52X2）16k 字節(jié)FLASH（89C54X2）32k 字節(jié)FLASH（89C58X2）128 字節(jié)RAM （89C51X2）256 字節(jié)RAM （89C52X2/54X2/58X2）布爾處理器全靜態(tài)操作12 時(shí)鐘操作，可選6 個(gè)時(shí)鐘（通過(guò)軟件或并行編程器）存儲(chǔ)器尋址范圍64K 字節(jié)ROM 和64K 字節(jié)RAM電源控制模式時(shí)鐘可停止和恢復(fù)空閑模式掉電模式兩個(gè)工作頻率范圍6 時(shí)鐘模式時(shí)為0 到20MHz12 時(shí)鐘模式時(shí)為0 到33MHzLQFP

37、, PLCC 或DIP 封裝擴(kuò)展溫度范圍雙數(shù)據(jù)指針3 個(gè)加密位4 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)6 個(gè)中斷源4 個(gè)8 位I/O 口全雙工增強(qiáng)型UART幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)自動(dòng)地址識(shí)別3 個(gè)16 位定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，T1（標(biāo)準(zhǔn)80C51）和增加的T2（捕獲和比較）可編程時(shí)鐘輸出異步端口復(fù)位低EMI (禁止ALE 以及6 時(shí)鐘模式)掉電模式可通過(guò)外部中斷喚醒圖2-2 89C51的結(jié)構(gòu)2.3 GPS模塊選用的是由臺(tái)灣皇家數(shù)碼出品的GPS 模塊，通訊方式是RS232（9600Bps），具有并行12通道，可同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星，定位精度高，體積小，功耗低，它還可以將衛(wèi)星軌道參數(shù)、上次定位位置、時(shí)間及日期等數(shù)據(jù)保存在靜態(tài)存儲(chǔ)器中，

38、以下是它的一些參數(shù)4：L1(1575.42MHz)接收頻率；工作溫度：-30 C to +80 C；輸出資料格式：NMEA0183 V3.0；啟動(dòng)時(shí)間(TTFF)：熱啟動(dòng)：8 秒；溫啟動(dòng)：35 秒；冷啟動(dòng)：55 秒；定位準(zhǔn)確度：Standard Dev.: 3 米(大約)；Maximum Dev.:10 米(最多)；跟蹤敏感性: -153dBm；導(dǎo)航敏感性: -147.5dBm；捕獲敏感性: -136dBm；工作電壓： +3.3 +5V；功耗：跟蹤模式52mA；更新接收：每秒鐘 (1pps)；外形體積尺寸：17.6519.152.5mm。2.4 GPRS模塊選用的是BENQ M22 GPRS模

39、塊，M22 內(nèi)置了嵌入式TCP/IP，可以支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的透明和非透明傳輸,用于實(shí)時(shí)性要求較高，數(shù)據(jù)量相對(duì)較大，傳輸速度相對(duì)較快的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域。它的通訊數(shù)據(jù)接口為UART，電平為T(mén)TL/CMOS 電平，波特率為標(biāo)稱(chēng)的300bps 的自適應(yīng)波特率，只要是這個(gè)區(qū)間的標(biāo)稱(chēng)波特率， 模塊自動(dòng)識(shí)別，無(wú)須用戶(hù)去干預(yù)，可以接成全串口或者半串口通訊。所謂的全串口，是指DB9 的九條線(xiàn)都需要接上，所謂的半串口則只接RXD，TXD和GND 就可以進(jìn)行通訊，非常方便。2.5 LCD顯示模塊2.5.1 HG圖形點(diǎn)陣液晶模塊介紹HG是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器/列驅(qū)動(dòng)器及格12864全點(diǎn)陣液晶顯示器組成。可

40、完成圖形顯示，也可以顯示84個(gè)(1616點(diǎn)陣)漢字。主要技術(shù)參數(shù)和性能：1) 電源：VDD：+3V；模塊內(nèi)自帶負(fù)壓，用于LCD的驅(qū)動(dòng)電壓；2) 顯示內(nèi)容:128(列)64(行)點(diǎn)；3) 全屏幕點(diǎn)陣；4) 七種指令；5) 與CPU接口采用8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)并行輸入輸出和8條控制線(xiàn)；6) 占空比1/64；7) 工作溫度：-10+60，存儲(chǔ)溫度：-20+70。2.5.2模塊主要硬件構(gòu)成說(shuō)明模塊硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2-3所示。圖2-3 結(jié)構(gòu)框圖IC3為行驅(qū)動(dòng)器。IC1，IC2為列驅(qū)動(dòng)器。IC1，IC2，IC3含有以下主要功能器件。了解如下器件有利于對(duì)LCD模塊之編程。1.指令寄存器(IR)IR是用于寄存指令碼，

41、與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)D/I=0時(shí)，在E信號(hào)下降沿的作用下，指令碼寫(xiě)入IR。2.數(shù)據(jù)寄存器(DR)DR是用于寄存數(shù)據(jù)的，與指令寄存器寄存指令相對(duì)應(yīng)。當(dāng)D/I=1時(shí)，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入DR，或在E信號(hào)高電平作用下由DR讀到DB7DB0數(shù)據(jù)總線(xiàn)。DR和DDRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動(dòng)執(zhí)行的。3.忙標(biāo)志(BF)BF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。BF=1表示模塊在內(nèi)部操作，此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用 STATUS READ指令，可以將BF讀到DB7總線(xiàn)，從檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。4.顯示控制觸發(fā)器(DFF)此觸發(fā)器是用于模塊屏幕

42、顯示開(kāi)和關(guān)的控制。DFF=1為開(kāi)顯示(DISPLAY OFF), DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示(DISPLAY OFF)。 DDF的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號(hào)控制的。5. XY地址計(jì)數(shù)器XY地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)9位計(jì)數(shù)器。高3位是X地址計(jì)數(shù)器，低6位為Y地址計(jì)數(shù)器，XY地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是作為DDRAM的地址指針，X地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的頁(yè)指針，Y地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的Y地址指針。X地址計(jì)數(shù)器是沒(méi)有記數(shù)功能的，只能用指令設(shè)置。Y地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫(xiě)入后，Y地址自動(dòng)加1, Y地址指針從0到63。6.顯示數(shù)據(jù)RAM(DDRAM)DDR

43、AM是存儲(chǔ)圖形顯示數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示非選擇。DDRAM與地址和顯示位置的關(guān)系見(jiàn)DDRAM地址表。7. Z地址計(jì)數(shù)器Z地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)6位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成，此地址計(jì)數(shù)器自動(dòng)加1,指向下一行掃描數(shù)據(jù)，RST復(fù)位后Z地址計(jì)數(shù)器為O。Z地址計(jì)數(shù)器可以用指令DISPLAY START LINE預(yù)置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的數(shù)據(jù)從哪一行開(kāi)始顯示在屏幕的第一行。此模塊的DDRAM共64行，屏幕可以循環(huán)滾動(dòng)顯示64行。2.5.3模塊的外部接口外部接口管腳功能表如表2-1所示，LCD電路原理圖如圖2-

44、4。表2-1 LCD管腳功能表管腳號(hào) 管腳名稱(chēng)LEVER管腳功能描述1 VSS0電源地2VDD5.0V電源電壓3 V05.0V -13V液晶顯示器驅(qū)動(dòng)電壓4D/IH/LD/I= H 表示DB7DB0 為顯示數(shù)據(jù)D/I= L表示DB7DB0 為顯示指令數(shù)據(jù)5R/WH/LR/W= H E= H 數(shù)據(jù)被讀到DB7DB0R/W= L E= H L 數(shù)據(jù)被寫(xiě)到IR 或DR 6EH/LR/W= L E 信號(hào)下降沿鎖存DB7DB0R/W= H E= H DDRAM 數(shù)據(jù)讀到DB7DB0 7DB0H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)8DB1H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)9DB2H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)10DB3H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)11DB4H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)12DB5H/L數(shù)

45、據(jù)線(xiàn)13DB6H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)14DB7 H/L數(shù)據(jù)線(xiàn)15CS1H/LH:選擇芯片(右半屏)信號(hào)16CS2 H/LH:選擇芯片(左半屏)信號(hào)17RETH/L復(fù)位信號(hào),低電平復(fù)位18VEE-10VLCD 驅(qū)動(dòng)負(fù)電壓19ELAC背光板電源20ELAC背光板電源圖2-4 LCD顯示模塊電路圖2.6 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì)3個(gè)按鍵，直接采用I/O口控制，采用軟件去抖動(dòng)消除抖動(dòng)的影響，如圖2-5所示。圖2-5 按鍵電路圖2.7串口模塊89C51輸出的是TTL電平，而RS-232C采用的是負(fù)邏輯，即邏輯“0”：+5V+15V;邏輯“1”：-5V-15V，若直接與TTL電平相連，將會(huì)燒壞TTL電路。為了匹配89C51的T

46、TL電平和GPS模塊與GPRS模塊的RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，采用MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，如圖2-6所示。圖2-6 串口電路圖2.8 GPS數(shù)據(jù)存儲(chǔ)利用串行EEPROM（24C02）存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)。AT24C02有地址線(xiàn)A0A2，串行數(shù)據(jù)引腳SDA，串行時(shí)鐘輸入引腳SCL，寫(xiě)保護(hù)引腳WP等引腳，它采用IIC總線(xiàn)讀寫(xiě)。其引腳較少，對(duì)組成的應(yīng)用系統(tǒng)可以減少布線(xiàn)，提高可靠性。如圖2-7、2-8。 各引腳的功能和意義如下： VCC引腳，電源+5V。 GND引腳，地線(xiàn)。 SCL引腳，串行時(shí)鐘輸入端。在時(shí)鐘的正跳沿即上升沿時(shí)把資料寫(xiě)入EEPROM；在時(shí)鐘的負(fù)跳沿即下降沿時(shí)把資料從EEPROM中讀出來(lái)。

47、圖2-7 24c02管腳圖 SDA引腳，串行數(shù)據(jù)I/O端，用于輸入和輸出串行數(shù)據(jù)。這個(gè)引腳是漏極開(kāi)路的埠，故可以組成“線(xiàn)或”結(jié)構(gòu)。 A0,A1,A2引腳，是芯片地址引腳。在型號(hào)不同時(shí)意義有些不同，但都要接固定電平。 WP引腳，寫(xiě)保護(hù)端。這個(gè)端提供了硬件數(shù)據(jù)保護(hù)。當(dāng)把WP接地時(shí)，允許芯片執(zhí)行一般讀寫(xiě)操作；當(dāng)把WP接VCC時(shí)，則對(duì)芯片實(shí)施寫(xiě)保護(hù)。圖2-8 24c02電路圖2.9語(yǔ)音模塊 采用ISD4002芯片，ISD系列芯片采用直接模擬存儲(chǔ)專(zhuān)利技術(shù)，把語(yǔ)音信號(hào)以原始的模擬形式直接存儲(chǔ)在片內(nèi)EEPROM存儲(chǔ)器中，無(wú)需進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和壓縮處理等，從而減少了失真、大大提高了錄放音質(zhì)量，并具有抗斷電、音質(zhì)

48、好、使用方便、可反復(fù)錄放、無(wú)需專(zhuān)用的語(yǔ)音開(kāi)發(fā)工具、能隨意列改內(nèi)容和耗電省等優(yōu)點(diǎn)，很適合于現(xiàn)場(chǎng)錄放音系統(tǒng)。ISD系列芯片采用SPI ( Serial Peripheral Interface)串行外設(shè)接口或MSI(Microwire serial Interface)微傳輸線(xiàn)串行接口， 實(shí)現(xiàn)了主機(jī)對(duì)語(yǔ)音片靈活的尋址和控制。如圖2-9，為ISD4002芯片引腳圖。圖2-9 ISD4002管腳圖采用功放集成電路LM386對(duì)ISD4002-輸出的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行放大。LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。但在1腳和8腳之間增加

49、一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。LM386電路特性：u 靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電。 u 工作電壓范圍寬，4-12V or 5-18V。 u 外圍元件少。 u 電壓增益可調(diào)，20-200。 u 低失真度.圖2-10 LM386管腳圖 利用單片機(jī)AT89C51做為主控單元，用單片機(jī)的3個(gè)I/O口分別控制ISD4002的)SS器件選擇輸人 (低電平有效);MOSI:串行數(shù)據(jù)輸人端(SCLK時(shí)鐘上升沿觸發(fā)):SCLK串行時(shí)鐘

50、輸端。另外單片機(jī)上設(shè)置三個(gè)按鍵，結(jié)合系統(tǒng)需要可以作為錄音，刪除錄音，放音功能控制。由于整個(gè)系統(tǒng)使用的是+5V電源供電，而ISD4002的正常工作電壓為+3V，單獨(dú)給它配置一個(gè)+3V電壓十分不便，而且現(xiàn)在的電子產(chǎn)品講究的都是單電源供電。通過(guò)ISD4002的芯片數(shù)據(jù)手冊(cè)發(fā)現(xiàn)它的工作電流十分微小，功耗很低。于是，采用一個(gè)綠色的LED發(fā)光二極管（工作時(shí)壓降約2V）進(jìn)行降壓，得到+3V電壓，為ISD4002提供工作電壓（工作狀態(tài)下實(shí)際測(cè)試為2.9V）。語(yǔ)音輸入部分電路：主要以三極管9013和駐極體傳聲器為核心，用PNP三極管構(gòu)成集電極放大電路。接到ANAIN+端，錄音的音質(zhì)最佳。語(yǔ)音輸出部分電路：輸出端

51、選用音頻功率放大器LM386構(gòu)成，增益設(shè)置為200，通過(guò)調(diào)節(jié)3號(hào)引腳處的電位器可以調(diào)節(jié)音量大小。（揚(yáng)聲器采用0.5W/8歐姆）最大輸出功率約300 m W左右( 電源電壓為+5V時(shí)) 。由于ISD4003系列器件的直接揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)功率為12.5mW，其輸出信號(hào)經(jīng)電阻衰減后再加到LM386的輸人端，否則電壓擺動(dòng)會(huì)導(dǎo)致LM386失真。語(yǔ)音模塊電路圖如下：圖2-11 語(yǔ)音模塊電路圖3 軟件設(shè)計(jì)3.1 軟件總體框架設(shè)計(jì)軟件模塊主要由GPS模塊，GPRS模塊，LCD顯示模塊，鍵盤(pán)模塊，串口通訊模塊，語(yǔ)音模塊等組成，如圖3-1所示。軟件模塊主要流程，如圖3-2所示。圖3-1 系統(tǒng)層次方塊圖3.2 GPS模塊

52、軟件該模塊主要負(fù)責(zé)接收GPS發(fā)送過(guò)來(lái)的導(dǎo)航定位信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行提取和解析，保存在全局變量GPS_DATA中，以供其他模塊使用。其GPS_DATA的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義如下：typedefstructTime_TYPETime;/世界時(shí)間Latitude_TYPELatitude;/緯度Longtitude_TYPELongtitude;/經(jīng)度uint16Altitude;/120 to 12.0 meter/海拔高度uint8HDOP;/18 to 1.8/水平精度系數(shù)uint8VDOP;/18 to 1.8/垂直精度系數(shù)uint8StlUsed;/衛(wèi)星個(gè)數(shù)Stl_TYPESatelliteMA

53、XSATELLITE;/衛(wèi)星狀態(tài)；uint16Speed;/速度18 to 1.8 Km/hruint8 Status;/高4 位表示數(shù)據(jù)是否有效, 低4位表示所測(cè)量的GPS_DATA_TYPE;/是3 維或2 維數(shù)據(jù)Time：用于保存時(shí)間，它的定義也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體Time_TYPE。Latitude：用于保存緯度，它的定義也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體Latitude_TYPE。Longtitude：用于保存經(jīng)度，它的定義也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體Longtitude_TYPE。Altitude：用于保存海拔高度，它是一個(gè)16 位整型，有符號(hào)，其單位是0.1米。HDOP：是水平精度系數(shù)。VDOP：是垂直精度系數(shù)。StlU

54、sed：是衛(wèi)星個(gè)數(shù)Satellite：是衛(wèi)星狀態(tài)，共保存12 個(gè)衛(wèi)星的狀態(tài)，它的定義也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體Stl _TYPE。Speed：用于保存當(dāng)前的移動(dòng)速度，單位是0.1Km/hrStatus：是GPS 所獲取的信息的當(dāng)前狀態(tài)，高4 位表示數(shù)據(jù)是否有效，0 為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，其它值為正確，低4 位表示所測(cè)量的是3 維或2 維數(shù)據(jù)（海拔高度無(wú)效）。3 為3 維，2 為2維。Time_TYPE 是用來(lái)保存時(shí)間的，包括年月日。typedef structuint8 Day;uint8 Mon;uint8 Year;uint8 Hour;uint8 Min;uint8 Sec;uint16 ms;uint8 Flag; /A 正確; V 錯(cuò)誤Time_TYPE;Time_TYPE結(jié)構(gòu)里除了Flag，所有數(shù)據(jù)都是以10 進(jìn)制表示，所有的時(shí)間值都是以世界時(shí)的形式保存，在加上8 個(gè)