基于STM32开发板的GPS定位模块设计

生产实习设计报告

设计题目：基于GPS模块的定位装置

生产组长：王海昕 

设计组长：孙振邦

小组成员：王洪振、唐政亮、帖小龙、宋劲草、宋晓林

苏刚、孙晓龙、史俊、赵若曦    

实习日期：2012年8月27日-9月15日

一、概述

本设计基于STM32F107开发板，结合iTrax03-02 型GPS 接收机，实现GPS模块与STM32的通信；通过GPS模块实现定位，STM32对GPS模块传入的数据进行读取和处理，将得到定位信息在OLED显示。

该定位装置还有如下附加功能：SD卡数据存储功能，定位状态显示（卫星颗数等）；可通过RS232串口传输坐标和时间至PC机，并通过上位机软件实现路径计算和网络地图定位。

二、总体设计

1．总体系统结构

2．功能实现

⑴．经纬度测定，海拔高度测定

⑵．速度计算与方向指示

⑶．SD卡定时存储信息

⑷．上位机制作及路径计算

3．人员分工

孙振邦、王海昕完成源程序的编写，以及代码的修改、编译、下载、调试等工作；

宋劲草、宋晓林、苏刚负责GPS数据编码转换编程；

王洪振、帖小龙、唐政亮负责串口数据传输、SD卡定时存储设置；

史俊、赵若曦、孙晓龙负责上位机界面设计和各项功能的验证。

三、关键模块设计

⑴．GPS模块

iTrax03-02 型GPS 接收机是根据芬兰FASTRAX公司的GPS模块进行了电平转换、通信接口等电路设计后生产的一款GPS（OEM）接收机产品。该产品通过底板上9pin排线与计算机串口直接通信，定位后即可输出载体的经纬度信息、时间信息、速度信息等。

（2）GPS定位数据格式解析

数据形式：$GPGGA,hhmmss.dd,xxmm.dddd,,yyymm.dddd,,v,ss,d.d,h.h,M,g.g,M,a.a,xxxx*hh

OLED使用的控制器为SSD1305，可通过写入不同的命令字来设置对比度、显示开关、电荷泵、页地址等。

OLED被配置为使用I2C的方式。I2C的地址二进制位为0111100X，16进制为0x78(写地址)，0x79(读地址)。OLED的Reset平时应该拉高，在初始化的时候，应该有一个从低电平到高电平的跳变。

使用的MCU端口为

PB6     CLK     I2C

PB7     SDA     I2C

PE6     RESET   (低有效)

（3）距离计算功能

公式、原理什么的

（4）．串行通信模块

RS232的电平转换芯片为MAX232CE。外部接口为DB9。有两个LED指示灯，TXD用来显示接受到数据，RXD用来显示正在发送数据。对外接口为DB9接口，定义为：2RXD,3TXD,5GND。因此，基板可以通过串口线直接连接到PC机，和PC机进行通信。

使用的MCU端口为：

PD5     UART2_TX(Remap)

PD6     UART2_RX(remap)

四、测试结果

1．开机上电后在数据有效的情况下进入定位信息显示模式；

2．进入定位信息显示模式后，OLED显示出当前位置经度、纬度、海拔高度、移动速度、移动方向、卫星显示颗数

3．设定中断时间后，数据会自动存储至SD卡；

4.通过RS232串口与PC通讯后可以通过上位机软件打开该位置的谷歌地图显示，并且计算路径长度。

附录一

定位测试数据

保存数据如下:

$GPGSV,3,1,10,01,35,047,32,04,30,244,24,08,12,207,27,09,06,318,12*71

$GPGSV,3,2,10,11,20,063,36,17,54,320,39,20,54,099,23,27,10,309,26*7F

$GPGSV,3,3,10,28,78,225,29,32,34,062,26*75

$GPRMC,071738.50,A,3609.4075,N,12029.3426,E,0.00,302.3,090912,5.8,W,A*15

$GPGGA,071738.50,3609.4075,N,12029.3426,E,1,05,2.0,115.0,M,5.5,M,,*50

$PFST,FOM,6*63

$GPGSA,A,3,01,08,11,17,28,,,,,,,,2.9,2.0,2.1*3D

$GPGSV,3,1,10,01,35,047,32,04,30,244,24,08,12,207,27,09,06,318,12*71

$GPGSV,3,2,10,11,20,063,36,17,54,320,39,20,54,099,23,27,10,309,26*7F

$GPGSV,3,3,10,28,78,225,29,32,34,062,26*75

$GPRMC,071739.50,A,3609.4075,N,12029.3428,E,0.00,302.3,090912,5.8,W,A*1A

$GPGGA,071739.50,3609.4075,N,12029.3428,E,1,07,2.0,115.0,M,5.5,M,,*5D

$PFST,FOM,24*53

$GPGSA,A,3,01,04,08,11,17,27,28,,,,,,2.9,2.0,2.1*3C

$GPGSV,3,1,10,01,35,047,31,04,30,244,24,08,12,207,27,09,06,318,12*72

$GPGSV,3,2,10,11,20,063,36,17,54,320,38,20,54,099,23,27,10,309,25*7D

$GPGSV,3,3,10,28,78,225,27,32,34,062,26*7B

$GPRMC,071740.50,A,3609.4074,N,12029.3429,E,0.00,302.3,090912,5.8,W,A*14

$GPGGA,071740.50,3609.4074,N,12029.3429,E,1,07,1.8,115.0,M,5.5,M,,*58

$PFST,FOM,20*57

$GPGSA,A,3,01,04,08,11,17,27,28,,,,,,2.7,1.8,2.0*38

$GPGSV,3,1,10,01,35,047,31,04,30,244,24,08,12,207,27,09,06,318,12*72

$GPGSV,3,2,10,11,20,063,36,17,54,320,38,20,54,099,23,27,10,308,25*7C

$GPGSV,3,3,10,28,78,225,27,32,34,062,26*7B

$GPRMC,071741.50,A,3609.4074,N,12029.3431,E,0.00,302.3,090912,5.8,W,A*1C

附录二

关键程序代码

Main.c:

#include "includes.h"

#include "led.h"

#include

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

void USART1_Init(void)

{

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    // 定义UART1 TX (PA.09)脚为复用推挽输出

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;         //IO口的第九脚

    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //IO口速度

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //IO口复用推挽输出

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);            //初始化串口1输出IO口

    // 定义 USART1 Rx (PA.10)为悬空输入

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;           //IO口的第十脚

    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//IO口悬空输入

    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);               //初始化串口1输入IO口

    //串口参数配置

    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 4800;                   //设置波特率为115200

    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;  //设置数据位为8位

    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;       //设置停止位为1位

    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;          //无奇偶校验

    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None; //没有硬件流控

    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;      //发送与接收

    //完成串口COM1的时钟配置、GPIO配置，根据上述参数初始化并使能

    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);

    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);  //使能串口1接收中断

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 1;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;

    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

}

int main(void)

{    

    delay_init(72);

    GUI_Init();

    GUI_SetBkColor(GUI_BLUE); 

    GUI_Clear(); 

    USART1_Init();

    while(1)

    {

       gps_display();

    }

}

GPS.c:

#include "includes.h"

//GPS数据存储数组//

unsigned char JD[11];            //经度

unsigned char JD_a;                //经度方向

unsigned char WD[10];            //纬度

unsigned char WD_a;                //纬度方向

unsigned char time[10];            //时间

unsigned char speed[6] = {0};   //速度

unsigned char speed2[6] = {0};    //速度

unsigned char high[6];            //高度

unsigned char haiba[6];            //海拔

unsigned char angle[6];            //方位角

unsigned char use_sat[3];        //使用的卫星数

unsigned char total_sat[3];        //天空中总卫星数

unsigned char lock;                //定位状态

//串口中断需要的变量

unsigned char seg_count;        //逗号计数器

unsigned char dot_count;        //小数点计数器

unsigned char byte_count;        //位数计数器

unsigned char cmd_number;        //命令类型

unsigned char mode;                //0：结束模式，1：命令模式，2：数据模式

unsigned char buf_full;            //1：整句接收完成，相应数据有效。0：缓存数据无效。

unsigned char cmd[5];            //命令类型存储数组

unsigned char USART_END;

unsigned char newflag = 0;

//

经纬度转换用//

double d;

double f;

unsigned char d_d;

double D_D;

unsigned char time_8;      //时区转换

void gps_deal(void)

{

    u8 tmp = 0;

    if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //如果是接收中断

        tmp = USART_ReceiveData(USART1);

    switch(tmp)

    {

    case '$':

        cmd_number = 0;        //命令类型清空

        mode = 1;            //接收命令模式

        byte_count = 0;        //接收位数清空

        break;

    case ',':

        seg_count++;        //逗号计数加1

        byte_count = 0;

        break;

    case '*':

        switch(cmd_number)

        {

        case 1:

            newflag |= 0x01; //GGA

            break;

        case 2:

            newflag |= 0x02;  //GSV

            break;

        case 3:

            newflag |= 0x04;  //RMC

            break;

        }

        mode = 0;

        break;

    default:

        if(mode == 1)

        {

            //命令种类判断

            cmd[byte_count] = tmp;            //接收字符放入类型缓存

            if(byte_count >= 4)             //如果类型数据接收完毕，判断类型

            {

                if(cmd[0] == 'G')

                {

                    if(cmd[1] == 'P')

                    {

                        if(cmd[2] == 'G')

                        {

                            if(cmd[3] == 'G')

                            {

                                if(cmd[4] == 'A')

                                {

                                    cmd_number = 1;

                                    mode = 2;

                                    seg_count = 0;

                                    byte_count = 0;

                                }

                            }

                            else if(cmd[3] == 'S')

                            {

                                if(cmd[4] == 'V')

                                {

                                    cmd_number = 2;

                                    mode = 2;

                                    seg_count = 0;

                                    byte_count = 0;

                                }

                            }

                        }

                        else if(cmd[2] == 'R')

                        {

                            if(cmd[3] == 'M')

                            {

                                if(cmd[4] == 'C')

                                {

                                    cmd_number = 3;

                                    mode = 2;

                                    seg_count = 0;

                                    byte_count = 0;

                                }

                            }

                        }

                    }

                }

            }

        }

        else if(mode == 2)

        {

            //接收数据处理

            switch (cmd_number)

            {

            case 1:                //类型1数据接收。GPGGA

                switch(seg_count)

                {

                case 2:

                    //纬度处理

                    if(byte_count < 11)

                    {

                        WD[byte_count] = tmp;

                        WD[byte_count+1] = '\\0'; //解决输出位数过多

                    }

                    break;

                case 3:

                    //纬度方向处理

if(byte_count < 1)

                    {

                        WD_a = tmp;

                    }

                    break;

                case 4:

                    //经度处理

if(byte_count < 11)

                    {

                        JD[byte_count] = tmp;

                        JD[byte_count+1] = '\\0';

                    }

                    break;

                case 5:

                    //经度方向处理

if(byte_count < 1)

                    {

                        JD_a = tmp;

                    }

                    break;

                case 7:

                    //定位使用的卫星数

if(byte_count < 2)

                    {

                        use_sat[byte_count] = tmp;

                        use_sat[byte_count+1] = '\\0';

                    }

                    break;

                case 9:

                    //高度处理

if(byte_count < 6)

                    {

                        high[byte_count] = tmp;

                    }

                    break;

                case 11:

                    //海拔处理

if(byte_count < 6)

                    {

                        haiba[byte_count] = tmp;

                    }

                    break;

                }

                break;

            case 2:                //类型2数据接收。GPGSV

                switch(seg_count)

                {

                case 3:

                    //天空中的卫星总数

if(byte_count < 2)

                    {

                        total_sat[byte_count] = tmp;

                        total_sat[byte_count+1] = '\\0';

                    }

                    break;

                }

                break;

            case 3:                //类型3数据接收。GPRMC

                switch(seg_count)

                {

                case 1:

                    if(byte_count < 10)

                    {

                        //时间处理

                        time[byte_count] = tmp;

                    }

                    break;

                case 2:

                    //定位判断

if(byte_count < 1)

                    {

                        lock = tmp;

                    }

                    break;

                case 7:

                    //速度处理

if(byte_count < 5)

                    {

                        speed2[byte_count] = tmp;

                        //    spd_wei=byte_count;

                    }

                    break;

                case 8:

                    //方位角处理

if(byte_count < 5)

                    {

                        angle[byte_count] = tmp;

                    }

                    break;

                }

                break;

            }

        }

        byte_count++;        //接收数位加1

        break;

    }

}

//时区转换

void TIME_AREA(void)

{

    time_8 = (time[0] - 0x30) * 10 + (time[1] - 0x30) + 8;

if(time_8 > 23)

    {

        time_8 = time_8 - 24 ;

    }

    time[0] = (time_8 / 10) + 0x30;

    time[1] = ((time_8 - (time_8 / 10) * 10) / 1) + 0x30;

}

//经纬度转换

double JWD_AREA(char *jwd)

{

    d = atof(jwd) / 100.0;         //将JD[]转换为double

    d_d = d / 1;

    f = (d - d_d) / 60.0 * 100;

    D_D = d_d + f;

    return D_D;

}

void gps_display(void)

{    

    LED0=!LED0;

    if(newflag == 0x07)

    {

        newflag = 0;

        GUI_SetColor(GUI_GREEN);

        GUI_SetFont(&GUI_Font8x16);

        GUI_DispStringAt("status",20,20);

        GUI_DispCharAt(lock,140,20);

        TIME_AREA();

        GUI_DispStringAt("time",20,40);

        GUI_DispStringAt(time,140,40);

        GUI_DispStringAt("Longitude      ",20,60);

        JWD_AREA(JD);  //经度转换

        GUI_DispFloat(D_D,10) ;

        GUI_DispCharAt(JD_a,120,60);

        GUI_DispStringAt("Latitude       ",20,80);

        JWD_AREA(WD);  //纬度转换

        GUI_DispFloat(D_D,10) ;

        GUI_DispCharAt(WD_a,120,80);

        GUI_DispStringAt("use_sat",20,100);

        GUI_DispStringAt(use_sat,140,100);

        GUI_DispStringAt("total_sat",20,120);

        GUI_DispStringAt(total_sat,140,120);

        GUI_DispStringAt("Elevation",20,140);

        GUI_DispStringAt(high,140,140);

        GUI_DispStringAt("high",20,160);

        GUI_DispStringAt(haiba,140,160);

        GUI_DispStringAt("Speed",20,180);

        GUI_DispStringAt(speed2,140,180);

        GUI_DispStringAt("Direction",20,200);

        GUI_DispStringAt(angle,140,200);

        GUI_DispStringAt("OUC AUTOMATION GPS",40,280);

}

}        

//        printf("状态  ：%c\\r\\n", lock); //串口输出调试

//        TIME_AREA();

//        printf("时间  ：%c%c时%c%c分%c%c%c%c%c秒\\r\\n", time[0], time[1], time[2], time[3], time[4], time[5], time[6], time[7], time[8]); //串口输出调试

//        JWD_AREA(JD);  //经度转换

//        printf("经度  ：%f%c\\r\\n", D_D, JD_a); //串口输出调试jd

//        JWD_AREA(WD);  //纬度转换

//        printf("纬度  ：%f%c\\r\\n", D_D, WD_a); //串口输出调试wd

//        printf("卫星  ：%s颗\\r\\n", use_sat); //串口输出调试

//        printf("卫星  ：%s颗\\r\\n", total_sat); //串口输出调试

//        printf("高度  ：%sm\\r\\n", haiba); //串口输出调试

//        printf("海拔  ：%sm\\r\\n", high); //串口输出调试

//        printf("速度  ：%s节\\r\\n", speed2); //串口输出调试

//        printf("方位  ：%s度\\r\\n", angle); //串口输出调试

//        printf("状态  ：%c\\r\\n", lock); //串口输出调试

//        TIME_AREA();

//        printf("时间  ：%c%c时%c%c分%c%c%c%c%c秒\\r\\n", time[0], time[1], time[2], time[3], time[4], time[5], time[6], time[7], time[8]); //串口输出调试

//        JWD_AREA(JD);  //经度转换

//        printf("经度  ：%f%c\\r\\n", D_D, JD_a); //串口输出调试jd

//        JWD_AREA(WD);  //纬度转换

//        printf("纬度  ：%f%c\\r\\n", D_D, WD_a); //串口输出调试wd

//        printf("卫星  ：%s颗\\r\\n", use_sat); //串口输出调试

//        printf("卫星  ：%s颗\\r\\n", total_sat); //串口输出调试

//        printf("高度  ：%sm\\r\\n", haiba); //串口输出调试

//        printf("海拔  ：%sm\\r\\n", high); //串口输出调试

//        printf("速度  ：%s节\\r\\n", speed2); //串口输出调试

//        printf("方位  ：%s度\\r\\n", angle); //串口输出调试