低成本的STC單片機(jī)的導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)與授時(shí)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，將兩個(gè)系統(tǒng)合理地結(jié)合在一起并以STC12C5A單片機(jī)作為整個(gè)系統(tǒng)控制單元，設(shè)計(jì)出的導(dǎo)航授時(shí)服務(wù)系統(tǒng)成本低、功耗低。給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件流程，同時(shí)介紹了上位機(jī)軟件的模塊化設(shè)計(jì)思想。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)可以在戶外或室內(nèi)對(duì)運(yùn)動(dòng)的載體實(shí)行導(dǎo)航定位，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)能對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行授時(shí)。
關(guān)鍵詞：STC12C5A；導(dǎo)航系統(tǒng)；授時(shí)系統(tǒng)

引言
嵌入式系統(tǒng)從20世紀(jì)孤立的單片機(jī)時(shí)代過(guò)渡到單片機(jī)與多科學(xué)融合時(shí)代，再到如今的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，使得嵌入式系統(tǒng)再次遇到了新的機(jī)遇。GPS(Global Position System，全球?qū)Ш较到y(tǒng))時(shí)空參數(shù)是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代國(guó)家公證的工程建設(shè)，它為航空航海、科學(xué)勘探、地理測(cè)量、運(yùn)輸行業(yè)、通信行業(yè)提供了精確的導(dǎo)航、指揮、監(jiān)控、授時(shí)等服務(wù)。本文充分結(jié)合STC單片機(jī)和Trimble公司的接收機(jī)設(shè)計(jì)出了導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)。系統(tǒng)能實(shí)時(shí)給出運(yùn)動(dòng)載體的位置和速度等信息，并能同步接收衛(wèi)星時(shí)間。
系統(tǒng)主要具有導(dǎo)航和授時(shí)兩大功能。系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是在戶外可以通過(guò)液晶屏顯示導(dǎo)航信息和時(shí)間信息，在室內(nèi)通過(guò)上位機(jī)人機(jī)交互界面顯示衛(wèi)星時(shí)間和運(yùn)動(dòng)物體的經(jīng)度、緯度、海拔等導(dǎo)航信息。系統(tǒng)克服了常用導(dǎo)航儀的繁瑣設(shè)計(jì)、功能單一、成本利用高等缺點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一款簡(jiǎn)易、性價(jià)比高、應(yīng)用普遍、易于擴(kuò)展的導(dǎo)航系統(tǒng)。這為常用的導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)提供了很大的幫助。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1．1 設(shè)計(jì)思路
首先，GPS模塊定時(shí)發(fā)送GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)和衛(wèi)星時(shí)間到STC單片機(jī)，然后STC單片機(jī)對(duì)GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并把數(shù)據(jù)發(fā)送給LCD液晶顯示屏或PC機(jī)，導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)的核心是GPS導(dǎo)航模塊，處理器是宏晶科技公司推出的STC12C5A單片機(jī)。GPS導(dǎo)航模塊采用Trimble公司的Sierra GPS芯片接收衛(wèi)星導(dǎo)航信息和授時(shí)服務(wù)。Sierra芯片采用了Trimble公司獨(dú)有的GPS算法來(lái)確保導(dǎo)航數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和衛(wèi)星信號(hào)的快速鎖定。它還能夠有效地解決城市應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)的信號(hào)遮擋、多路徑和射頻干擾問(wèn)題。STC12C5A是增強(qiáng)型8051內(nèi)核具有超低功耗和超強(qiáng)抗十?dāng)_的特性，為GPS導(dǎo)航系統(tǒng)在戶外勘測(cè)和野外監(jiān)測(cè)提供了很大的方便。本系統(tǒng)控制器件并不復(fù)雜，也不需要很大的存儲(chǔ)空間，STC12C5A可以控制整個(gè)系統(tǒng)節(jié)省成本。另外，STC12C5A有2個(gè)串口剛好滿足系統(tǒng)需求。LCD液晶顯示選擇的是LMB102DDC顯示屏。該顯示屏小巧、易控制、顯示清楚、成本低，是該系統(tǒng)的最佳選擇。
1．2 硬件原理
圖2為GPS導(dǎo)航電路。GPS導(dǎo)航模塊提供實(shí)時(shí)的三維位置和UTC時(shí)間信息，通過(guò)GPS的串行通信口B發(fā)送數(shù)據(jù)給STC單片機(jī)。GPS導(dǎo)航模塊和ST C單片機(jī)的輸入／輸出電平都是TTL電平，所以串口之間可直接通信。GPS發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率有9 600bps、4 800bps、2 400bps可任意選擇。