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导航是继移动通信之后发展最快的信息产业之一，只要是设计到位置、速度、时间信息的领域斗鱼卫星导航技术相关。中国北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球导航系统，是继美国定位系统(GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统之后的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，基于北斗导航系统的定位也应用的越来越广泛。小编采用的STC12C5A32S2单片机结合卫星接收模块UM220-III设计的北斗导航系统接收机，UM220-III是三模接收模块，能够同时接受GPS、北斗的信号。这次的设计主要完成了导航信息接收机的基本设计，实现了获取实时的位置经纬度、标准时间等相关信息的显示功能。
1 原理介绍
采用以单片机为核心，读取北斗导航系统模块的标准数据，并在 LCD 屏幕上显示当前的经纬度信息。具体的系统方案图如下：
1.1北斗 UM220-III 模块简介
(1)接口电路
北斗模块芯片电路由北斗模块UM220-III N 和其附加电子器件组成。其中北斗模块外接4组排针，在芯片与电源之间串联电感的作用是起差模滤波作用，防止电流突变对芯片产生损坏，并联电感的作用是提高芯片运行的稳定性，防止产生噪声。
模块输入端口（UM220-III N 包括：RXD、GPIO、SDA ，SCL 等 如下图)为防止输入端不定态对模块造成影响，模块内置上拉电阻至VCC，因此在模块未加电时，如果上述端口有数据输入，会在模块VCC上形成串电，又可能造成模块上电失败。
case1：设计中使用 nRESET功能
在模块上电后，将nRESET拉低5 ms以上，即可确保模块正常启动。
case2：设计中未使用nRESET
在模块上电之前，保证模块已连接输入端口为高阻态或低电平，以避免串电。使用串口1的典型用户，需要吧RXD1设置为高阻态或低电平，未使用的其他PIN悬空。程序流程图如下：
（2）LCD 液晶显示器
LCD液晶显示器数据由单片机p0口进行控制，p2口进行指令控制操作。LCD1602是一种专门用来显示字母，数字，符号等的点阵型液晶模块。1602：显示的内容主要是16*2，即可以显示两行，每行16个字符液晶显示模块。相应的管教功能，百度上都是可以查阅的，所以小编这里就不赘述了。
（3）UM220-III 通信协议简介
在Unicore 协议中，输入和输出的语句被称为消息。每条消息均为ASCII 字符组成的字符串。
消息的基本格式为：'（0x24)开始，后面紧跟着的就是消息名。之后的跟的就是不定数目的参数和数据。消息名与数据之间均以逗号隔开（0x2c)进行分割。最后一个参数是可选的校验和，以 '*'(0x2A)与前面的数据分割最后，输入的消息以 ' \r\n' 结束。每条消息的总长度不超过256个字节，消息名和参数，校验和中的字母不区分大小写。
某些输入命令的某些参数可以省略（在命令描述中被标记为可选）。这些参数可以为空，即在两个逗号之间没有任何字符。
2 调试方法
由1.1的原理简介可知，此次课题实现主要由 5 部分组成：系统初始化、设定显示模式、读取预显示内容、送扫描脉冲、送显示数据。
这里对单片机与模块的连接做简要说明。
UM220/um220-3-n 上带有两组 TTL 电平（2.85V），一组标准电平 RS232电平。当单片机的RS232电平接口接到UM220模块上的RS232上，正常通信。UM220模块上的RS232接口是DB9 母头，可以使用公头的连接线与RS230的接口相连，注意的是通信线需要交叉连接，就像TTL电平中的TXD - - RXD,RXD--TXD 一样，RS232电平通信中也是有2根通信电缆，一个是发送端（PCXD），一个是接收端（PCRXD）。若板子上的RS232 的接口是DB9 母头，那么 2 3针就是 PCRXD 和 PCTXD .第五针就是GND，若没有串口线来连接UM220模块的话，可以考虑在DB9下面的2 3 5 针 焊接出3跟线跟单片机的RS232连接。
若单片机是3.3V时，可以将单片机的TTL 接口连接到模块上的TTL接口。连接好后就可以编写程序了。
注意，我们使用的 52 单片机的驱动程序，使用的是12mhz的晶振，波特率为9600.
3 程序编写
程序主要是由5部分组成：系统初始化，设定显示模式。读取预显示内容，送扫描脉冲，送显示数据。小编只放主程序部分好了：
3.1 定义端口及变量
#include <REG52.H>
#include <stdio.h>
#include <intrins.h>
#include <lcd1602.h>
#include <uart.h>
#include <delay.h>
#include "string.h"
#include <stdlib.h>
unsigned char flag_rec=0; //接收数据标志
unsigned char num_rec=0; // 计数标志
//char code TIME_AREA= 8; //时区，我们不需要它
unsigned char flag_data; //数据缓冲器
//only displaty cmd $GPGGA information
unsigned char JD[16]; //longitude
unsigned char JD_a; //经度方向
unsigned char WD[15]; //latitude
unsigned char WD_a; // 纬度方向
unsigned char date[6]; //data
unsigned char time[6]; //data
unsigned char time1[6]; //data
unsigned char speed[5]={'0','0','0','0','0'}; // 速度
unsigned char high[6]; // 高度
unsigned char angle[5]; //方位角
unsigned char use_sat[2]; // 卫星计数器
unsigned char total_sat[2]; //卫星总数
unsigned char lock; //位置状态
//date handing variable
unsigned char seg_count; // 逗号计数器
unsigned char dot_count; //小数点计数器
unsigned char byte_count; // 位计数器
unsigned char cmd_number; // 命令模式
unsigned char mode;
unsigned char buf_full;
unsigned char cmd[5]; // 存储命令模式
//serial disconnect timer
unsigned long int tt=0;
主函数 系统初始化
//main
void main ()
{
int jd_second,wd_second; // 中间变量
init_uart(); //初始化序列号
lcd_init() ; // 初始化 lcd1602
delay(200);
LCD_Write_String(0,0,"Please Waiting..."); // "Please Waiting" when it is boot up
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200); // 延迟显示
write_com(0x01); // 清屏
设置延时函数,以形成视觉暂留
while(1)
{
tt++;
if(tt>10000)
{
tt=10000;
write_com(0x01);
LCD_Write_String(3,0,"No Data!");
LCD_Write_String(3,1,"No Data!");
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
delay(200);
}
···
读取预显示内容，设置显示模式，转16进制为10进制
if(flag_rec==1) // 获取gps数据
{
flag_rec=0; // 清除标志符
if (lock==1) // 获取位置信息
{
//
LCD_Write_String(0,0,"JD :"); // 显示经度
LCD_Write_String(6,0,JD); // 显示数据
LCD_Write_String(9,0,"."); // 进制转换
LCD_Write_String(10,0,JD+3);
jd_second=60*atof((char *)(JD+5));
LCD_Write_Char(13,0,jd_second/10+'0'); // 将上一步转换得到浮点数据打印在lcd
LCD_Write_Char(14,0,jd_second%10+'0'); // 将上面得到的数据分为两部分，分别打印在LCD 上
LCD_Write_Char(15,0,' '); //填充空间
delay(200); // 保护lcd
LCD_Write_String(0,1,"WD :"); // 显示下一行
LCD_Write_String(6,1,WD);
LCD_Write_String(8,1,".");
LCD_Write_String(9,1,WD+2); // 小数点
wd_second=60*atof((char *)(WD+4));// 将字符串转换成浮点数
LCD_Write_Char(12,1,wd_second/10+'0');
LCD_Write_Char(13,1,wd_second%10+'0');
LCD_Write_String(14,1," ");
delay(200);
}
}
}
}
串口中断函数及模式判断
判断的主要依据就是接收端接受消息与预结果匹配，通过设置数组[i,j]和if函数进行判断匹配（发送报文的消息内容见1.3的UM220的通信协议详解）
//serial interruupt service function
void ser_int (void) interrupt 4
{
unsigned char tmp;
if(RI)
{
tt=0;
RI=0;
tmp=SBUF; // 从缓冲区接收数据
switch(tmp) //if $GPGGA,$GNGSW,$GNRMC,get data then processing it
{
//date start with $
case '$':
cmd_number=0; // 清除命令模式
mode=1; // 选项命令接收模式
byte_count=0; //清除位计数器
flag_data=1; // 设置数据标志
flag_rec=1; // 设置数据接收标志
break;
case ',': //Eg:$GNRMC,134645.000,A,2603.964436,N,11912.410232,E,0.000,15.744,030718,,E,A*0B
seg_count++; // 计数器增加
byte_count=0;
break;
case '*':
switch(cmd_number)
{
case 1:
buf_full|=0x01; //00000001
break;
case 2:
buf_full|=0x02; //00000010
break;
case 3:
buf_full|=0x04; //00000100
break;
}
mode=0; //clear mode
break;
default:
// 接受数据
if(mode==1)
{
cmd[byte_count]=tmp; // 获取数据和存储缓冲区
if(byte_count>=4)
{
if(cmd[0]=='G') // 第一个字符
{
if(cmd[1]=='N')
{
if(cmd[2]=='G')
{
if(cmd[3]=='G')
{
if(cmd[4]=='A')//判断$GNGGA
{
cmd_number=1; //数据类型
mode=2; //接收日期
seg_count=0; //逗号计数器置0
byte_count=0; //位计数器清除
}
}
else if(cmd[3]=='S') //命令模式$GNGSV
{
if(cmd[4]=='V')
{
cmd_number=2;
mode=2; //获取数据
seg_count=0;
byte_count=0;
}
}
}
else if(cmd[2]=='R') //命令模式 $GNRMC
{
if(cmd[3]=='M')
{
if(cmd[4]=='C')
{
cmd_number=3;
mode=2; //存储数据
seg_count=0;
byte_count=0;
}
}
}
}
}
}
}
//日期处理
else if(mode==2)
{
switch (cmd_number) //if receive data
{
case 1: //get and store data,$GPGGA,[],[],[],[],[],[],[],[],[].....
switch(seg_count) // comma 计数器
{
case 2: // 2rd逗号后的纬度
if(byte_count<9)
{
WD[byte_count]=tmp; //获取纬度
}
break;
case 3: //纬度方向
if(byte_count<1)
{
WD_a=tmp;
}
break;
case 4: //经度
if(byte_count<10)
{
JD[byte_count]=tmp; //存储
}
break;
case 5: //经度方向
if(byte_count<1)
{
JD_a=tmp;
}
break;
case 6: //location
if(byte_count<1)
{
lock=tmp;
}
break;
case 7:
if(byte_count<2)
{
use_sat[byte_count]=tmp;
}
break;
case 9: // 高度
if(byte_count<6)
{
high[byte_count]=tmp;
}
break;
}
break;
case 2: //命令模式 $GPGSV
switch(seg_count)
{
case 3: // 卫星总数
if(byte_count<2)
{
total_sat[byte_count]=tmp;
}
break;
}
break;
//命令模式3：无SUE
case 3: //$GPRMC
switch(seg_count)
{
case 1: //time
if(byte_count<6)
{
time[byte_count]=tmp;
}
break;
case 2: // 位置
if(byte_count<1)
{
if (tmp=='V') {lock=0;}
else
{
lock=1;
}
}
break;
case 3: //lititude
if(byte_count<9)
{
WD[byte_count]=tmp;//我们只需要一次
}
break;
case 4:
if(byte_count<1)
{
WD_a=tmp;
}
break;
case 5: //
if(byte_count<10)
{
JD[byte_count]=tmp; //do not get again
}
break;
case 6: // 直线方向
if(byte_count<1)
{
JD_a=tmp;
}
break;
case 7: // 速度处理
if(byte_count<5)
{
speed[byte_count]=tmp;
}
break;
case 8: // 方向角
if(byte_count<5)
{
angle[byte_count]=tmp;
}
break;
case 9: //other
if(byte_count<6)
{
date[byte_count]=tmp;
}
break;
> }
break;
}
}
byte_count++; // 位计数器++
break;
}
}
4 结果显示
