1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

一、前言

随着科技与经济的快速发展，人们日常生活和工业生产、交通运输、物流传送等众多领域中对人员和物资当前位置的实时数据有了更高的要求，同时由于通信系统的联网、电力系统的并网、轨道交通的提速等对标准时间的高精度依赖。要很好地解决这些问题，就需要全球定位系统在物理空间上的精确定位和时间上的标准授时。而这就使得全球定位系统的使用日益广泛。

卫星导航已经成为继互联网、移动通信之后发展最快的信息产业之一，凡是涉及到位置、速度、时间信息的领域都与卫星导航技术息息相关。中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System，BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，是继美国全球定位系统(GPS)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)之后第三个成熟的卫星导航系统。随着北斗导航系统的不断完善和相关芯片的发展，基于北斗导航系统的应用越来越广泛。

二、北斗全球定位系统

20世纪70年代以来，美国和苏联相继启动各自的卫星导航定位计划，面对卫星导航技术的迅速发展及其在国民经济发展和现代战争中的重要作用，根据国情，我国在1980年开始建立一个独立的北斗卫星导航系统[1]。

2003年，我国顺利建成北斗的验证系统，即北斗双星系统。我国卫星北斗导航系统的顺利建成，改变我国长期缺少高精度、实时定位的局面，打破美国和俄罗斯在这一领域的垄断的局面，填补我国卫星导航定位系统的领域空白。

并且北斗导航系统在推动国内多个领域发展起着及其重要的作用，成为我国带动科技发展，经济发展不可缺少的工具。

北斗卫星导航系统的定位原理是采用三球交会的几何原理来实现定位，具体流程如下：

（1）用户测量出自身到三颗卫星的距离； （2）卫星的位置精确已知，通过电文播发给用户； （3）以卫星为球心，距离为半径画球面； （4）三个球面相交得两个点，根据地理常识排除一个不合理点即得用户位置。

三球交会定义原理示意图

北斗导航系统在各个领域中的应用情况如下：

1) 北斗定位技术的陆地应用

北斗定位系统在陆地上的开发应用上体现出其及其重要的地位，体现在许多方面，如：各种车辆的行驶状态监控；旅游者或旅游车的景点导航；应急车辆的快速引导行驶；高精度时间比对和频率控制；大气物理观测；地壳内物理资源勘探；工程建设的施工放样测算；大型建筑和煤气田的沉降检测；板内运动状态和地壳形变测量；陆地以及海洋大地测量基准的测定；工程、区域、国家等各种类型大地测量控制网的测量和建设等。

2) 北斗定位技术的海洋应用

北斗定位系统在海洋方面同样有着极其重要的作用，比如：远洋船舶的最佳航线测定；远洋船队在途中航行的实时调度和监测；内河船只的实时调度和自主导航测量；海洋救援的搜索和定点测量；远洋渔船的结队航行和作业调度；海洋油气平台的就位和复位测定；海底沉船位置的精确探测；海底管道铺设测量；海岸地球物理勘探；水文测量；海底大地测量控制网的布测；海底地形的精细测量；船运货物失窃报警；净化海洋；海洋纠纷或海损事故的定点测定；港口交通管制；海洋灾难检测等。

3) 北斗定位技术的航空应用

北斗定位系统在航空方面的应用主要体现在：民航飞机的在途自主导航；飞机精密着陆；飞机空中加油控制；飞机编队飞行的安全保护；航空援救的搜索和定点测量；机载地球物理勘探；飞机探测灾区大小和标定测量；摄影和遥感飞机的七维状态参数和三维姿态参数测量等。

由上可知，北斗系统在我国已经是多个领域继续发展不可或缺的核心工具。

我们要利用这套系统， 最基本的就是要拥有能接收北斗系统发送的信号并且有能够实时输出显示的设备工具。输出显示的定位信息包括定位地点的经纬度、UTC标准时间、海平面高度、物体移动速度等。在市场已经出现一些价格比较昂贵的北斗导航仪器，且由于北斗系统发展时间较短，相较美国的GPS定位系统及俄罗斯的GLONASS系统在精度方面有一些差距，使得对于普通的使用者来说，北斗系统仪器不会是最合适的选择。基于此情况，本课题针对普通用户使用北斗系统仪器的实际需要，设计并制作基于单片机的北斗定位信息显示系统。

三、研究内容：

利用ARM嵌入式单片机接收北斗接收模块的数据，并将这些数据解析为当前位置的经度、纬度、高度和标准时间信息。同时将这些信息在显示器上显示出来。2、2、硬件设计方案：

北斗接收模块通过天线接收卫星信号，可以实现对天线视界内卫星的跟踪、锁定和测量。在获取卫星的位置信息和测量出卫星信号传播时间之后，就可以计算出天线位置。用户通过输入输出接口，与北斗接收模块进行信息交换，实现显示相应的定位信息。

本课题要求通过单片机控制北斗导航器件实现定位信息显示功能。在这里使用STM-32单片机作为处理器，利用STM-32单片机的串行接口（RXD）接收北斗的混模信号，并通过软件实现显示定位数据，最后通过单片机的并行接口输出至液晶显示模块显示的方案。该BD定位信息显示系统硬件部分主要由以下几个部分组成：

信号接收部分：以um220-iii接收模块为核心的BDS接收机； 数据处理电路：以STM-32单片机作为微处理器控制GPS和北斗系统的混模信号；

显示部分：12864LCD液晶显示模块；

其他部分：电源电路、外围电路、程序写入单片机电路等；

数据处理器系统：本课题以STM-32单片机作为数据处理器，控制读取北斗系统的信号和数据传输。利用单片机串行接口(RXD)接收um220-iii导航接收模块输出的GNRMC语句数据，并将接收到的数据经过分析和处理后通过并行接口发送到12864液晶显示器显示。

外围电路：外围电路是由um220-iii接收模块及其辅助电路组成、LCD液晶显示模块的电源电路、显示电路。um220-iii接收模块主要由变频器、信号通道、存储器、中央处理器和输入输出接口构成。接收天线获取的卫星信号，可以实现对天线范围内卫星的跟踪、锁定和测量。

北斗导航系统接收机的硬件设计

如图所示为硬件连接，um220-iii模块通过天线接收到数据信号经过芯片MAX232把高电平转换成TTL电平，单片机通过RXT接口将接收到的数据存储至缓冲区（SBUF）,再通过并行接口将数据发送到LCD上显示。

3.软件设计思路：

本设计程序设计分为以下五个主要模块：LCD液晶显示模块、导航数据接收模块、单片机中断初始化模块、时序（延时）模块。其程序流程图如图所示。

本设计解析GNRMC这帧数据，当模块接收到此帧数据时，将数据接收时间、天线移动速度、天线所在地点的经纬度在LCD液晶显示屏上显示

参考文献：

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[2] 缪义奎. Cortex-M3之STM32嵌入式系统设计[M]. 北京：中国电力出版社，2012.

[3] 刘军. 例说STM32[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[4] 彭刚. 基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器应用实践[M]. 北京：电子工业出版社，2011.

[5] 杜春雷. ARM体系结构与编程[M]. 北京：清华大学出版社，2003.

[6] 王永红. STM32系列ARM CortexM3微控制器原理与实践[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2008.

[7] 姚文祥. ARM Cortex-M3权威指南[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[8] 刘洪梅，薛永毅. 微型计算机接口技术[M].北京：清华大学出版社，2002.

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[11] 胥振兴. 嵌入式导航系统设计与研究[M].厦门：厦门大学出版社，2007

[12] 李乔.基于ARM的北斗/GPS接收机的研究[M].昆明：昆明理工大学出版社，2014

[13] 俞露.基于ARM的嵌入式系统硬件设计[M].浙江：浙江大学出版社，2003

[14] 贠敏，葛榜军.北斗卫星导航系统及应用[J].北京：北京空间科技信息研究所，2012

[15] 万琪俊.基于北斗导航卫星移动定位系统研究与实现[M].广东：华南理工大学，2013

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一.课题主要研究的问题

利用arm嵌入式单片机接收北斗接收模块的数据，并将这些数据解

析为当前位置的经度、纬度、高度和标准时间信息。同时将这些信