基于GPS定位信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)-畢業(yè)設(shè)計

1、上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 本科畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ）題 目： 基于GPS定位信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 學(xué) 號： 20134XXXXXXX 姓 名： XXXX 班 級： XXXXX 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué)部（院）： 工學(xué)部 入學(xué)時間： XXXX 級 指導(dǎo)教師： XXXX 日 期： 2017年 X月X日1上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的工作及取得的成果。除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外，本論文不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名：日期：i

2、iII上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） ABSTRACT 基于GPS定位信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘要隨著無線導(dǎo)航定位技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機通信技術(shù)、自動化和人工智能系統(tǒng)的飛速發(fā)展，使得GPS在很多領(lǐng)域都因其獨特的優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用，如廣泛應(yīng)用在土建測量、車輛查詢與監(jiān)控、工程測量、航空攝影測量、地殼運動監(jiān)測、個人旅游及野外探險、緊急救助、飛機、輪船、車輛的導(dǎo)航與定位等各個領(lǐng)域，定位服務(wù)市場得到空前發(fā)展，目前市場上也存在一些定位系統(tǒng)繞開了無GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)信號的問題，使用藍(lán)牙、射頻識別、ZigBee、WIFI等技術(shù)，這些技術(shù)雖然可以提供較高精度的定位，但其不足之處在于只能應(yīng)用在特定的設(shè)備上和特定

3、的環(huán)境中，不僅安裝復(fù)雜、費用高，而且應(yīng)用范圍狹隘。如何擴大定位系統(tǒng)服務(wù)的應(yīng)用范圍，降低定位系統(tǒng)的部署成本，提高設(shè)備的利用率，使得定位系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)事件的救援能力得以增強，在現(xiàn)實中具有非常重要的意義。 本設(shè)計是基于嵌入式系統(tǒng)和GPS模塊等部件設(shè)計的一款定位信息系統(tǒng)，將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和處理并將接收到的定位信息顯示在液晶顯示屏上，通過WIFI實現(xiàn)對定位信息數(shù)據(jù)的傳輸，其中WIFI選用ESP8266芯片，在硬件設(shè)計中，起通信橋梁的作用，通過HTML實現(xiàn)web網(wǎng)頁在PC機端的定位信息的管理。關(guān)鍵詞：GPS；定位服務(wù)；液晶顯示；WIFI；ESP8266 Design and Implementatio

4、n of Location Information System Based on GPSABSTRACTWith the rapid development of wireless positioning technology, wireless network, computer, automation and intelligent system makes the GPS in many fields because of its unique advantages and is used in various fields widely, such as land and engin

5、eering surveying, photogrammetry, crustal movement monitoring, engineering deformation monitoring, and personal rescue, and vehicles, aircraft, ship navigation and so on. Positioning market has been an fast development. There are some positioning systems without the satellite positioning system sign

6、al which use Bluetooth, frequency identification, ZigBee, WIFI and other technologies. Not only can these technologies provide high precision positioning but its shortcomings used in specific equipment and specific environment. Whats more, complicated installation, high cost, and narrow range make i

7、ts applications are limited. What is important to enlarge the application industry and the scope of the location service, to reduce the deployment cost, improve the utilization ratio of the equipment and enhance the ability of emergency, How to expand the scope of application of posit

8、ioning system services, reduce the deployment cost of positioning system, improve the utilization of equipment, making the positioning system responded to emergencies can be enhanced, which has a very important significance in reality.The design is based on embedded systems and GPS modules and other

9、 components designed a positioning system, The received data is read and processed and the received positioning information is displayed on the liquid crystal display screen, and the transmission of the positioning information data is realized by the WIFI which selects the ESP8266 chip, and design t

10、he hardware, WIFI plays a role in bridge through the web page manage the computer information.Key words: GPS; Location service; LCD; WIFI; ESP8266上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄目錄1 緒論11.1本課題設(shè)計的背景11.2 本課題的研究目的與意義11.3本課題的設(shè)計內(nèi)容22系統(tǒng)定位方案的總體設(shè)計32.1 定位信息系統(tǒng)的簡介32.2定位信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計32.3 定位信息系統(tǒng)的功能42.4 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境的選擇53系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計63.1

11、系統(tǒng)硬件整體設(shè)計63.2主控制模塊63.2.1微處理器63.2.2 液晶顯示屏73.2.3 電源83.3 ESP8266芯片93.4 GPS模塊93.5 串口電路114系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)134.1軟件的整體設(shè)計流程134.3串口通信程序設(shè)計154.3 GPS數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計164.4 WIFI數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計184.4.1 WIFI的串口 AT指令184.4.2 WIFI的熱點設(shè)計194.5 Web服務(wù)網(wǎng)頁的設(shè)計與實現(xiàn)205系統(tǒng)功能測試225.1系統(tǒng)硬件測試225.1.1 GPS模塊的測試225.1.2 WIFI模塊的測試255.2系統(tǒng)軟件測試255.3系統(tǒng)最終實現(xiàn)的功能255.4 實驗結(jié)果

12、及分析266 結(jié)束語296.1小結(jié)296.2展望29參考文獻(xiàn)32附錄33上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1緒論1 緒論1.1本課題設(shè)計的背景GPS定位技術(shù)是目前正在快速發(fā)展中的最具有開創(chuàng)意義的高新技術(shù)之一，與此同時數(shù)據(jù)處理技術(shù)也在一直不斷更新的狀態(tài)之中，各系列、型號的GPS接收機生產(chǎn)廠商研制的處理軟件各自具有各自不同的特色。由于GPS具有全球性、全天候性的導(dǎo)航定位、定時、測速等功能優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域內(nèi)。在發(fā)達(dá)國家，GPS技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于交通運輸和建設(shè)工程及航空航天等諸多工程領(lǐng)域之中。中國作為最大的發(fā)展中國家，非常注重對衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的研發(fā)，不僅引進(jìn)了國外最先進(jìn)的GPS定位技術(shù)

13、，并且成功創(chuàng)建了自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，我國的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)也迎來了自己的春天。衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)以及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對我國經(jīng)濟增長與社會進(jìn)步具有深遠(yuǎn)的意義。目前，GPS技術(shù)在我國道路橋梁鐵道工程、土地建設(shè)和交通管理中的應(yīng)用雖然已經(jīng)取得了突出成就，但是仍處于初級階段，有許多深層次的方案有待開發(fā)研究，相信伴隨著我國經(jīng)濟的騰飛以及對GPS技術(shù)探討的進(jìn)一步深入，GPS定位技術(shù)與電子map、無線電通信網(wǎng)絡(luò)及計算機網(wǎng)絡(luò)管理信息系統(tǒng)間的相輔相成，可以實現(xiàn)資產(chǎn)追蹤和定位信息管理等諸多功能。GPS作為一個經(jīng)典的定位手段將在各行業(yè)發(fā)揮著更為重要的作用。1.2 本課題的研究目的與意義隨著信息化、數(shù)字化及物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展

14、，定位服務(wù)市場也得到了空前的發(fā)展。目前我國市場上使用的定位系統(tǒng)主要有全球定位技術(shù)（GPS）和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BDS），由于現(xiàn)階段我國的BDS尚且沒有完全建立健全，BDS的覆蓋范圍、定位精度、用戶容量及生存能力等暫且不及GPS定位系統(tǒng)，加上GPS不僅具有全球性、實時性、全天候、連續(xù)、高精度的三維導(dǎo)航、定位、定時等功能特點優(yōu)勢，而且還具有良好的抗干擾性、保密性、高效率和低成本等優(yōu)點，引起了社會各個行業(yè)的普遍關(guān)注，GPS技術(shù)已經(jīng)滲透到我國國民經(jīng)濟建設(shè)和社會生活活動的各個方面，并且發(fā)揮著越來越為重要的作用。此次研究課題是應(yīng)用GPS技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)設(shè)計一款定位信息系統(tǒng)，通過LCD及P

15、C機實現(xiàn)對定位系統(tǒng)的信息管理，成為未來優(yōu)化定位信息系統(tǒng)的關(guān)鍵，為定位服務(wù)市場帶來諸多的便利。1.3本課題的設(shè)計內(nèi)容本課題的思想是基于STM32單片機和GPS模塊基礎(chǔ)實現(xiàn)兩者之間通訊的設(shè)計，WIFI在系統(tǒng)中起通信的橋梁作用，GPS模塊通過接收衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號實現(xiàn)對定位信息的獲取，接著GPS模塊對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的讀取和處理，隨后將獲取的數(shù)據(jù)傳送到LCD上。與此同時，通過WIFI網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與PC機之間的通訊，使用HTML對web網(wǎng)頁進(jìn)行設(shè)計，進(jìn)而將獲得的GPS數(shù)據(jù)傳至web網(wǎng)頁。40上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2系統(tǒng)定位方案的總體設(shè)計 2系統(tǒng)定位方案的總體設(shè)計對于定位系統(tǒng)而言，設(shè)計

16、的關(guān)鍵是GPS模塊的定位數(shù)據(jù)的采集與實時傳輸以及在LCD上的動態(tài)顯示。因此研究定位技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)以及WIFI技術(shù)在整個定位信息系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。2.1 定位信息系統(tǒng)的簡介定位系統(tǒng)采用了目前最前端的無線導(dǎo)航定位系統(tǒng)，采用了以24顆衛(wèi)星為基礎(chǔ)的衛(wèi)星系統(tǒng)，其中工作衛(wèi)星和備用衛(wèi)星的數(shù)目分別是21顆和3顆以保證地面控制終端能夠在任意時刻、任意地點都能夠同時觀測到4顆同步衛(wèi)星的運作情況，進(jìn)而確保衛(wèi)星可以采集到該觀測點的定位信息，從而實現(xiàn)同步衛(wèi)星導(dǎo)航、衛(wèi)星定位和衛(wèi)星授時等功能；系統(tǒng)的導(dǎo)航定位可以不僅可以實現(xiàn)對飛機、船舶、車輛、導(dǎo)彈以及個人路線進(jìn)行追蹤而且還可以用來引導(dǎo)其準(zhǔn)確而安全地沿著預(yù)先設(shè)定的

17、路線到達(dá)目的地，目前我國市場上除了美國的GPS技術(shù)外，還有我國自主的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)還沒有完全建立，所以市場上廣泛應(yīng)用的依然是GPS技術(shù)。2.2定位信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計定位信息系統(tǒng)由空間系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)和GPS接收機部分構(gòu)成。也就是在距離地面2萬公里、傾斜角為55度的地球的軌道上分布有一個由24顆衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中每條軌道上各自分布4顆同步衛(wèi)星，衛(wèi)星沿固定速度運作，繞地球運行一周正好用時12小時，使得地面控制系統(tǒng)在地球上任意一點都能夠同時接收到7到9顆衛(wèi)星的發(fā)射的定位信號。另外地面上有1個主控站和5個監(jiān)控站，其中主控站地面控制系統(tǒng)的核心，GPS接收機每6分鐘對每顆可

18、見衛(wèi)星進(jìn)行一次觀測，同時采集數(shù)據(jù)信息并將采集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站，同時主控站還負(fù)責(zé)收集各監(jiān)控站的發(fā)射的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)接收的數(shù)據(jù)計算出每顆衛(wèi)星在任意時刻的精確位置，并通過3個注入站將精確的定位數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)的處理后發(fā)送給同步衛(wèi)星，接著衛(wèi)星再將這些數(shù)據(jù)通過無線電波向地面發(fā)射至用戶接收端設(shè)備，從而實現(xiàn)用戶對定位信息的獲??；監(jiān)控站負(fù)責(zé)對同步衛(wèi)星的監(jiān)視與控制并且對每顆衛(wèi)星提供實時觀測和向主控站提供精確的觀測數(shù)據(jù)。定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。 另外，定位系統(tǒng)的各部分功能分布及通信情況如圖2-2所示。圖 2-1 GPS組成圖 2-2 GPS三大部分2.3 定位信息系統(tǒng)的功能定位裝置通過GPS模塊實

19、現(xiàn)對定位信息的獲取，其中WIFI模塊主要負(fù)責(zé)信息的傳輸，然后通過綜合分析判斷出其位置信息及檢驗定位信息的準(zhǔn)確性。GPS衛(wèi)星主要負(fù)責(zé)接收并存儲由地面注入站發(fā)來的導(dǎo)航信息，接收并執(zhí)行地面監(jiān)控站通過注入站發(fā)來的控制指令信號，使用L波段中波長為19cm和24cm波段的兩個無線電載波向用戶發(fā)送定位數(shù)據(jù)，通過原子鐘提供精密的時間標(biāo)準(zhǔn)并且進(jìn)行部分必要的數(shù)據(jù)的處理，在地面監(jiān)控站指令的控制下，通過推進(jìn)器調(diào)整衛(wèi)星的運行狀態(tài)以達(dá)到啟用備用衛(wèi)星的目的。2.4 系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境的選擇軟件開發(fā)平臺選擇Keil Software公司出品的keil5軟件開發(fā)系統(tǒng)，地理信息系統(tǒng)選用由萬維網(wǎng)推出的超級文本標(biāo)記語言HTML。Kei

20、l5提供了包含有C編譯器、庫管理系統(tǒng)以及功能強大的仿真調(diào)試器等，具有強大的測試與開發(fā)編寫功能，通過集成開發(fā)環(huán)境將相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)方案整合在一起。Keil 5生成的目標(biāo)代碼及匯編代碼的效率高而緊湊，因此更方便開發(fā)者使用，在大型軟件開發(fā)時具有獨特的優(yōu)勢。為了對定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理，采用超級文本標(biāo)記語言（HTML） 來建立自己的 Web 網(wǎng)頁站點，HTML 運行在瀏覽器上，由瀏覽器來解析，HTML文檔制作不僅相對簡易，而且功能也很強大，支持不同類型數(shù)據(jù)格式的文件的嵌入與提取，它在結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性等方面上都具有明顯的優(yōu)勢。使用HTML創(chuàng)建文本與圖片相結(jié)合的復(fù)雜web頁面，這些頁面可以被網(wǎng)上任

21、何人瀏覽查閱，無論操作者使用的是什么類型的電腦或瀏覽器。另外HTML還定義了許多種類數(shù)據(jù)類型內(nèi)容的元素，例如腳本與樣式表的數(shù)據(jù)以及其它類型的屬性值，包括ID、名稱、數(shù)字、長度單位、語言、媒體描述符、顏色、字符編碼、日期和時間等，所有這些對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型都屬于專業(yè)的字符數(shù)據(jù)，具有獨特的含義。開發(fā)環(huán)境界面如圖23所示。圖2-3 Keil uVision5開發(fā)環(huán)境界面上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計軟件主要包括定位信息系統(tǒng)的各個硬件模塊的應(yīng)用與介紹，具體介紹了硬件之間的信息傳輸情況及設(shè)計思路。3.1系統(tǒng)硬件整體設(shè)計定位裝置的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖

22、 3-1 所示。定位終端主要有3部分組成，分別為GPS模塊、STM32單片機、PC機。通過對這三部分的設(shè)計連接，定位終端將實現(xiàn)對GPS定位數(shù)據(jù)的接收與分類處理，并實現(xiàn)對接收信息的分析與定向發(fā)送等功能。在本系統(tǒng)中，STM32單片機主要控制GPS模塊，系統(tǒng)的硬件框圖如圖3-1所示。外部控制衛(wèi)星信號PC機STM32單片機GPS模塊電源系統(tǒng)圖 3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2主控制模塊主控制模塊是整個定位操作系統(tǒng)的核心，對各相關(guān)模塊進(jìn)行初始化、控制和管理。首先對各模塊進(jìn)行初始化操作。3.2.1微處理器STM32F103單片機是一款32位的微處理器，由意法半導(dǎo)體（ST）公司于2007年6月正式推出，它的內(nèi)核是

23、目前最新一代嵌入式Cortex-M3處理器(ARM處理器), STM32為實現(xiàn)MCU的需求不僅提供了低成本的服務(wù)平臺、縮減了處理器的管腳數(shù)目、降低了整個系統(tǒng)的功耗，同時還提供了突出的計算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)以及提升額外的代碼效率，在8與16位系統(tǒng)的存儲空間上使ARM的核心性能得以提高。STM32單片機的工作頻率為72MHz，它的內(nèi)部不僅置有高速存儲器(高達(dá)128K字節(jié)的閃存和20K字節(jié)的靜態(tài)隨機存取存儲器)而且還配有豐富的I/O端口與聯(lián)接到兩條外圍總線的外部設(shè)備，另外STM32F103系列型號的器件都含有兩個12位的ADC、三個通用16位定時器和一個PWM定時器，此外還包含有標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通

24、信接口。由于STM32F103單片機擁有內(nèi)置的ARM核心，因此它與所有的ARM工具與軟件都具有兼容性，能很好的融合在一起，STM32單片機的微處理器對應(yīng)的原理圖如圖3-2所示。圖 3-2 STM32微處理器原理圖3.2.2 液晶顯示屏液晶顯示器(LCD)由在兩片平行的玻璃與玻璃間的放置液態(tài)晶體組成，它本身不會發(fā)光，兩片玻璃間分布著許多垂直與水平的細(xì)小的電線，通電后桿狀水晶分子的將隨著通電電流的變化而改變方向，方向改變后將光線折射出來在LCD上產(chǎn)生預(yù)先設(shè)定的畫面。液晶顯示器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)主要有驅(qū)動板、電源板、背光板、液晶屏構(gòu)成，其中驅(qū)動板主要用來接收和處理從外部發(fā)送進(jìn)來的模擬或數(shù)字信號，并通過屏

25、線發(fā)出的數(shù)據(jù)信號來控制LCD的工作情況；電源板的作用是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娪脕碇С忠壕э@示器的運作；背光板主要用于將主板或電源板輸出的直流低電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橐壕了韪邏航涣麟姡瑫r點亮LCD的背光燈，形成所謂的電源與背光合二為一的顯示面板；液晶屏是液晶顯示器的核心部件，由液晶板與驅(qū)動電路構(gòu)成，其中液晶屏是液晶顯示器內(nèi)部最為關(guān)鍵的部件，因其功耗低、體積小、承載信息量大等特點，因而被廣泛用于信息輸出、電視機，筆記本電腦，數(shù)碼相機、廣告宣傳等各行各業(yè)中，其中液晶顯示器的性能和價格對其應(yīng)用的范圍具有決定性的作用，另外由于STM32單片機在LCD的顯示面板中相應(yīng)地自帶含有驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路，STM32 單片

26、機通過運行驅(qū)動芯片來控制液晶屏。本定位系統(tǒng)的選用的是3.2寸的液晶顯示屏(尺寸大小為240*320)，液晶顯示屏的原理圖如圖3-3所示，其中ILI9341 芯片是液晶顯示屏的控制中心，由于LCD的顯示裝置本身是不發(fā)光的，所有需要借助背光源才能達(dá)到LCD能夠顯示的目的，其中采用LED 控制器來控制液晶顯示屏的 LED 背光源。圖 3-3 LCD液晶屏3.2.3 電源STM32單片機的電源電路由電容濾波、三端電壓、電容濾波組成，其中的電容作用都是一樣濾除電路中滋生的鋸齒波，不同電容的電容值所通過的頻率不一樣，所以電路中使用了不同電容值的電容從而使得所有的鋸齒波轉(zhuǎn)為平滑的脈動波。供電電路如圖3-4所

27、示。圖 3-4供電電路3.3 ESP8266芯片ESP8266是一個完整且自成體系的WIFI網(wǎng)絡(luò)解決方案體系，與單片機的串口引腳配置連接成功后可以直接進(jìn)行通訊，能夠獨立地運行，搭載軟件應(yīng)用，負(fù)責(zé)從無線網(wǎng)上接入WIFI適配器所承擔(dān)的任務(wù)，或通過別的處理器卸載所有WIFI網(wǎng)絡(luò)的功能，ESP8266作為搭建應(yīng)用時設(shè)備中唯一的處理器，能夠直接從外接閃存中獨立啟動，內(nèi)置的高速緩沖存儲器有利于提高系統(tǒng)性能并降低內(nèi)存的需求。另外ESP826擁有的強大的片上處理及存儲能力，從而使得芯片能夠通過GPIO口集成傳感器和其他相關(guān)聯(lián)的器件，實現(xiàn)WIFI技術(shù)在開發(fā)中最小地占用定位系統(tǒng)資源的目的。ESP8266是由天線、

28、開關(guān)、電源管理轉(zhuǎn)換器三大部分構(gòu)成的，所需外部電路極其少，整個解決方案在設(shè)計中所占PCB空間降到最低，基本模組電路如圖3-5所示。圖3-5 ESP8266模組電路圖3.4 GPS模塊NEO-6M GPS模塊是高性能、低功耗 GPS 定位模塊，該模塊提供經(jīng)緯度坐標(biāo)信息的獲取及更新服務(wù)等功能。GPS模塊可以通過串口向STM32單片機系統(tǒng)傳送GPS接收機接收的定位數(shù)據(jù)。此外GPS模塊操作簡單，工作性能穩(wěn)定、器件接口布局設(shè)計精美,GPS模塊的原理圖如圖3-6所示，其資源模塊描述見表3-1。圖3-6 GPS模塊原理圖表 3-1 GPS模塊資源描述表編號名稱說明1NEO-6M模塊NEO-6M 模塊是GPS定

29、位模塊的控制核心，具有快速搜索衛(wèi)星的能力，定位精度相對高，適用于高性能、低功耗的衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)。22EEPROM芯片GPS模塊使用的是AT24C32型號的 EEPROM芯片，用來記錄 GPS模塊的相關(guān)參數(shù)，每次重啟EEPROM 芯片后，GPS模塊組會從中重新加載配置信息。33XH414法拉電容XH414法拉電容與鋰電池類似，在主電源掉電時能夠為 GPS模塊的 RTC部分供電，目的是為了系統(tǒng)重啟時能夠快速搜索到信號，其供電時長達(dá)可達(dá)1小時。44有源天線IPX接口有源天線的IPX 接口可用來擴展有源天線，使用有源天線可把接收器引到室外，以提高信號的接收能力。55時間脈沖指示燈GPS模塊通電后時間脈沖

30、指示燈一直亮著，當(dāng)GPS模塊接收到數(shù)據(jù)以后，指示燈會以1Hz的默認(rèn)頻率不斷地閃爍著。66陶瓷天線使用源陶瓷天線時只有一個陶瓷片接收衛(wèi)星信號，由于模塊內(nèi)部自帶低噪聲放大器，所以不需要外部連接有源天線，也可達(dá)到良好的信號接收效果。73.4.2 NMEA-0183協(xié)議數(shù)據(jù)格式NMEA0183協(xié)議是NMEA（美國國家海洋電子協(xié)會）為海用電子設(shè)備而制定的標(biāo)準(zhǔn)格式，NMEA0183協(xié)議在過去海用電子設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)格式0180和0182的基礎(chǔ)上完善了GPS接收機輸出的內(nèi)容。目前已經(jīng)形成了GPS 導(dǎo)航設(shè)備統(tǒng)一的 RTCM 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，此外還擴展了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的版本，目前除了極少數(shù)早期的GPS接收機外，幾乎市場上所有

31、的GPS接收機都采用了NMEA-0183協(xié)議數(shù)據(jù)格式。為了在不同的GPS導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的RTCM標(biāo)準(zhǔn)，GPS接收機的通用化與互換性的提高使得NMEA-0183協(xié)議數(shù)據(jù)格式得到更為廣泛的應(yīng)用。NMEA-0183擁有多種不同的格式，格式輸出的語句選用的是獨立相關(guān)的ASC字符碼，它包含了經(jīng)緯度、速度、日期、時間、航向、以及衛(wèi)星個數(shù)等數(shù)據(jù)信息。NMEA-0183 協(xié)議定義的語句格式多達(dá)10余種，由于在此次設(shè)計中主要應(yīng)用了$GPRMC定位數(shù)據(jù)語句格式，其中交談識別符設(shè)定為“GP”，語句識別符設(shè)定為“RMC”，校驗和“hh”代表了“$”與“*”之間所有的字符的按位異或值（不包括這兩個字符），$GPRM

32、C定位數(shù)據(jù)語句結(jié)構(gòu)為：$GPRMC,<1>,<2>,<2>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>*hh<CR><LF><1>協(xié)調(diào)世界時間（UTC），hhmmss（時分秒）格式<2> 定位狀態(tài)，A=有效定位，V=無效定位<3>緯度 ddmm.mmmm（度分）格式<4> 緯度半球 N（北半球）或 S（南半球）<5>經(jīng)度 dddmm.mmmm（度分）格式&l

33、t;6> 經(jīng)度半球 E（東經(jīng)）或 W（西經(jīng)）<7> 地面速率（000.0999.9 節(jié)）<8> 地面航向（000.0359.9 度）<9> UTC日期，ddmmyy（日月年）格式<10>磁偏角（000.0180.0 度）<11>磁偏角方向，E（東）或 W（西）<12>模式指示（A=自主定位，D=差分，E=估算，N=數(shù)據(jù)無效）<13> 校驗和。83.5 串口電路定位系統(tǒng)采用的GPS模塊的核心是NEO-6芯片，它控制著整個定位系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)的處理，GPS接收模塊可以將衛(wèi)星接收的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議格式輸出，GP

34、S模塊的接收與發(fā)射信號一般有電源輸入信號、時鐘脈沖輸出信號、RXD、TXD等。GPS模塊和WIFI模塊之間的信息是通過串口進(jìn)行傳輸?shù)?，WIFI模塊的核心芯片為ESP8266，開發(fā)板的串口2和串口3分別和GPS模塊與WIFI模塊的串口相連，通過微處理器對串口的控制，將GPS模塊接收到的信息傳輸給WIFI模塊，WIFI模塊再將信息發(fā)送終端PC機上，GPS、WIFI模塊與STM32的連接方式如圖3-7所示。 WIFI模塊URXUTXGPIOTXDRXDGNDVCCPPSRXDTXDGNDVCC GPS模塊 STM32F103ZE RX在做DTXDUTXURX圖3-7 GPS、WIFI模塊與STM32

35、的串口連接上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)4系統(tǒng)軟件的設(shè)計與實現(xiàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要包括定位信息系統(tǒng)的各個模塊的程序設(shè)計以及 PC 機上Web頁面顯的示設(shè)計，定位信息系統(tǒng)的程序主要是進(jìn)行 GPS 數(shù)據(jù)的接收與控制，Web網(wǎng)頁主要是用來實現(xiàn)對定位數(shù)據(jù)的管理。4.1軟件的整體設(shè)計流程在系統(tǒng)的終端設(shè)計中是采用C語言編寫，開發(fā)環(huán)境為keil5，設(shè)計的關(guān)鍵是STM32通過串口通信接收到WF-NEO-6M GPS模塊的數(shù)據(jù)，并將接收到的實時信號顯示到LCD顯示屏上，再通過WIFI模塊發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)，PC機連接WIFI產(chǎn)生的熱點SSPU-EE，在網(wǎng)頁處輸入IP 地址192.168

36、.123.166打開網(wǎng)頁，在網(wǎng)頁上看到網(wǎng)頁內(nèi)容信息，整體的設(shè)計及數(shù)據(jù)流向如圖4-1所示。以下是定位系統(tǒng)的主程序。STM32顯示控制WIFI數(shù)據(jù)傳輸GPS數(shù)據(jù)接收Web網(wǎng)頁 顯示 USB 圖 4-1 軟件設(shè)計/* * brief GPS 液晶顯示測試程序 * param 無 * retval 無 */int main(void) nmeaINFO info; /GPS解碼后得到的信息 nmeaPARSER parser; /解碼時使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) uint8_t new_parse=0; /是否有新的解碼數(shù)據(jù)標(biāo)志 char strPage1024; u32 slen=0; LED_GPIO_Con

37、fig(); USART1_Config(); SysTick_Init();/*CRC和emWin沒有關(guān)系，只是他們?yōu)榱藥斓谋Ｗo(hù)而做的，這樣STemWin的庫只能用在ST的芯片上面，別的芯片是無法使用的。 */ RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_CRC,ENABLE);GUI_Init(); GPS_Config();WiFi_Init(); /初始化WiFi模塊使用的接口和外設(shè) nmeaDecodeInit(); /GPS解碼初始化 /* 初始化GPS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) */ nmea_zero_INFO(&info); nmea_parser_init

38、(&parser); sprintf(strPage,HTTP_Page,latitude,longitude,Altitude,speed); /發(fā)送內(nèi)容為latitude,longitude值 slen=strlen(strPage); 4.2顯示屏程序設(shè)計定位信息系統(tǒng)的顯示部分在設(shè)計時，選用的是ILI9341型芯片控制液晶屏的顯示，將目標(biāo)信息在LCD上顯示，從而實現(xiàn)定位信息獲取的關(guān)鍵，本系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是STM32單片機串口、LCD模塊初始化、GPS模塊初始化后，GPS獲取有效的數(shù)據(jù)，而STM32單片機通過串口通信接收有效的GPS數(shù)據(jù)，這里選用的是串口 2，GPS接收機接收并保存數(shù)

39、據(jù)后將定位信息傳送給STM32單片機并在LCD上顯示?？紤]到調(diào)試及移植，對顯示屏程序的設(shè)計使用模塊化設(shè)計進(jìn)行展開，其中LCD顯示設(shè)計涉及到的主要模塊有串口初始化模塊、液晶模塊初始化模塊、GPS接收模塊，具體的主程序流程如圖4-2所示。STM32單片機串口、LCD模塊初始化、GPS模塊初始化Main時間、經(jīng)緯度等信息的獲取數(shù)據(jù)保存定位信息顯示數(shù)據(jù)接收有效 否 是圖 4-2 主程序流程4.3串口通信程序設(shè)計STM32單片機有兩個獨立的串口UART2和UART3，兩個串口分別與GPS模塊的RXD、TXD和WIFI模塊的URXD、UTXD相連，STM32單片機對GPS模塊與WIFI模塊的控制都是通過U

40、ART2和UART3來實現(xiàn)的，UART2和UART3通訊程序的主要功能就是對串口進(jìn)行初始化、負(fù)責(zé)UART2和UART3的數(shù)據(jù)讀取和寫入。當(dāng)串口2初始化結(jié)束以后，UART2和UART3讀取或?qū)懭氪鎯ζ鲀?nèi)的數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)却邮站彺鎱^(qū)為空時，USART2和UART3就可以分別接收GPS數(shù)據(jù)和WIFI數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)却l(fā)送的緩存區(qū)的數(shù)據(jù)為空時，接收到的GPS數(shù)據(jù)和WIFI數(shù)據(jù)就可以分別寫入USART2和UART3，否則的話，GPS 數(shù)據(jù)和WIFI數(shù)據(jù)既進(jìn)不來也出不去，USART2和UART3只有一直等待下去，直到等待接收緩存區(qū)的數(shù)據(jù)為空或等待發(fā)送緩存區(qū)的數(shù)據(jù)為空。綜上所述，系統(tǒng)的串口通信模塊可以相應(yīng)地分為三個模

41、塊：一是串口初始化模塊，二是串口讀取模塊，三是串口寫入模塊，串口通信模塊如圖 4-3所示。串口通信模塊串口初始化串口讀取串口寫入圖 4-3串口通信模塊4.3 GPS數(shù)據(jù)接收程序設(shè)計GPS模塊用來讀取接收GPS接收器傳來的數(shù)據(jù)，它的作用是從串口讀取GPS信號信息，判斷是否檢測定位到GPS信號，進(jìn)而獲得GPS的位置、速度、時間數(shù)據(jù)等信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，加載GPS數(shù)據(jù)信息，軟件配置功能模塊主要包括以下幾個子模塊：設(shè)置串口的波特率、設(shè)置模塊的定位模式及啟動模式切換，獲取模塊的天線狀態(tài)等子模塊，GPS任務(wù)流程如圖4-4所示。GPS模塊的程序設(shè)計見while循環(huán)語句。Main串口初始化從串口讀取GPS

42、信號 否是否有GPS信號 是接收信息圖4-4 GPS模塊執(zhí)行任務(wù)圖 while(1) if(flag1ms=1) flag1ms=0; if(flag10ms=1) flag10ms=0; if(flag100ms=1) flag100ms=0; if(GPS_HalfTransferEnd) /* 接收到GPS_RBUFF_SIZE一半的數(shù)據(jù) */ /* 進(jìn)行nmea格式解碼 */ nmea_parse(&parser,(const char*)&gps_rbuff0,HALF_GPS_RBUFF_SIZE,&info); GPS_HalfTransferEnd =

43、0; /清空標(biāo)志位 new_parse = 1; /設(shè)置解碼消息標(biāo)志 else if(GPS_TransferEnd) /* 接收到另一半數(shù)據(jù) */ nmea_parse(&parser,(const char*)&gps_rbuffHALF_GPS_RBUFF_SIZE,HALF_GPS_RBUFF_SIZE,&info); GPS_TransferEnd = 0; new_parse =1; else new_parse =0; if(new_parse) /有新的解碼消息 /* 串口輸出解碼得到的信息 */ printGpsInfo(&info); /*

44、液晶輸出顯示 */ displayGpsInfo(&info); new_parse = 0; /清解碼消息標(biāo)志 4.4 WIFI數(shù)據(jù)傳輸程序設(shè)計4.4.1 WIFI的串口 AT指令ESP8266模塊選用“AT+指令協(xié)議”作為用戶的控制協(xié)議。AT+指令協(xié)議采用的是一套基于ASCII 的命令行格式的指令集，這里“AT+指令協(xié)議”采用的是“命令+響應(yīng)”的形式，絕大部分的指令需要接收方處理相應(yīng)的指令后再返回響應(yīng)消息指令，如果在執(zhí)行前一個命令處理過程中再次接收到新的在執(zhí)行任務(wù)的指令，則將其舍棄而不再返回任何消息指令，以下是對其語法格式和處理流程進(jìn)行描述, AT指令見表4-1。8 ，以下是相關(guān)程

45、序設(shè)計。void WifiGpioConfig(void);void WiFi_Init(void);void ESP8266_Choose( FunctionalState enumChoose );void ESP8266_Rst( void );void ESP8266_AT_Test( void );bool ESP8266_Cmd( char * cmd, char * reply1, char * reply2, u32 waittime );bool ESP8266_Net_Mode_Choose( ENUM_Net_ModeTypeDef enumMode );bool ESP

46、8266_JoinAP( char * pSSID, char * pPassWord );bool ESP8266_BuildAP( char * pSSID, char * pPassWord, char * enunPsdMode );bool ESP8266_Enable_MultipleId( FunctionalState enumEnUnvarnishTx );bool ESP8266_Link_Server(ENUM_NetPro_TypeDef enumE,char* ip,char* ComNum,ENUM_ID_NO_TypeDef id);bool ESP8266_St

47、artOrShutServer(FunctionalState enumMode, char* pPortNum, char* pTimeOver);bool ESP8266_SendString(FunctionalState enumEnUnvarnishTx,char* pStr,u32 ulStrLength,ENUM_ID_NO_TypeDef ucId);char* ESP8266_ReceiveString( FunctionalState enumEnUnvarnishTx );void ESP8266_STA_TCP_Client( void );void ESP8266_S

48、taTcpClient_ApTcpServer( void );uint8_t ESP8266_CIPAP(char* pApIp);表4-1 WIFI 功能 AT 指令一覽表4.4.2 WIFI的熱點設(shè)計WIFI熱點設(shè)計時選擇ESP8266工作模式為AP，開啟Server后，端口號為80080，WIFI模塊與STM32單片機之間通過USART3實現(xiàn)通信，WIFI設(shè)計的部分程序見附錄1-2。程序加載成功后，可以看到形成的WIFI網(wǎng)絡(luò)熱點“SSPU-EE”，如圖4-5所示。下面是WIFI熱點程序設(shè)計。/*用戶需要設(shè)置的參數(shù)*/#define BulitApSsid "SSPU_EE&q

49、uot; /要建立的熱點的名稱#define BulitApEcn "0" /要建立的熱點的加密方式#define BulitApPwd "123456789" /要建立的熱點的密鑰#define TcpServerIP "66" /服務(wù)器開啟的IP地址#define TcpServerPort "80" /服務(wù)器開啟的端口#define TcpServerOverTime "1800" /服務(wù)器超時時間（單位：秒）圖4-5 SSPU-EE熱點4.5 Web服務(wù)網(wǎng)頁的設(shè)

50、計與實現(xiàn)應(yīng)用超文本標(biāo)記語言HTML對Web網(wǎng)頁進(jìn)行設(shè)計，超文本傳輸協(xié)議規(guī)定了瀏覽器在運行HTML文檔時所遵循的規(guī)則和運行的操作，在軟件部分通過HTML編寫HTTP協(xié)議控制運行的網(wǎng)頁，Web網(wǎng)頁內(nèi)調(diào)用外部控制的變量，從而實現(xiàn)網(wǎng)頁數(shù)據(jù)的傳輸，下面是web網(wǎng)頁的程序設(shè)計。void Web_Send(void)if(ESP8266_Cmd ( "AT+CIPSTATUS", "+CIPSTATUS:0", 0, 500 )sprintf ( cStrInput, "HTTP/1.1 200 OKrnConnection:closernContent-T

51、ype:text/html;charset=utf-8rnContent-Length: 240rnrn<!DOCTYPE html><html lang="zh-CN"><head><meta charset="UTF-8"><title>Document</title></head><body><h2>system</h2><p>latitude: %d lx</p><p>longitude: %

52、d %</p><p>Altitude: %d Km</p><p>speed : %d %</p></body></html>",latitude,longitude,Altitude,speed );ul = strlen ( cStrInput );ESP8266_SendString ( DISABLE, cStrInput, ul, Multiple_ID_0 );上海第二工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5系統(tǒng)功能測試5系統(tǒng)功能測試系統(tǒng)測試是整個定位信息系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵，是整個設(shè)計環(huán)節(jié)中不可或缺的步

53、驟，通過反復(fù)的系統(tǒng)測試不僅能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程中的許多問題，而且還可以及時修改對應(yīng)的問題以及及時的優(yōu)化設(shè)計，最終達(dá)到預(yù)期目標(biāo)要求。5.1系統(tǒng)硬件測試5.1.1 GPS模塊的測試定位信息系統(tǒng)設(shè)計實物圖如圖5-1所示：圖 5-1 定位信息系統(tǒng)的實物 使用多功能調(diào)試助手可方便地測試 NEO-6M模塊是否正常，測試步驟如下：（1）確保開發(fā)環(huán)境正常，檢查是否正常安裝好 u-blox 8.1 GPS Receiver 驅(qū)動，使用 USB線連接電腦與NEO-6M模塊，GPS模塊正常工作時，模塊上的紅色時間脈沖指示燈亮，在調(diào)試助手軟件上打開NEO-6M對應(yīng)的串口，它的數(shù)據(jù)輸出窗口會輸出 GPS 的原始數(shù)據(jù)，即GPS模塊沒有接收信號時所顯示的數(shù)據(jù)，在信號良好的情況下，使用 GPS 日志文件檢驗多功能調(diào)試助手是否正常運行,