车载高精度GPS定位装置的研究与实现

摘要

车载高精度GPS定位装置是应用于工程机械上的，集差分GPS定位、CAN通信等车上通信、GSM/GPRS无线通信等多种技术于一体的终端设备。系统一方面将工程机械实时数据采集打包发送到远程中心站，并接收中心站的控制信息实施控制，另一方面连接差分GPS网络实现差分GPS数据的收发，得到差分GPS定位信息。 首先，本文分析了差分GPS技术及相关技术在国内外研究和发展现状，接着对课题所需实现系统的各方面环境和需求进行了详细的分析，并在此基础上，完成了系统方案的总体设计。 接着，本文进行了系统硬件的设计与实现。首先在整体分析的基础上对硬件的整体需求和结构做了分析，接着进行了硬件系统模块划分、各部分实现方案选择以及具体电路的设计和实现。硬件系统以内置丰富资源的AT90CAN128微处理器为核心，外围电路包括输入采集模块、输出控制模块、车上通信接口模块、GPS接口模块、GPRS接口模块等在内的多种模块部分。 在硬件设计的基础上，本文进行了系统软件的设计与实现。首先根据功能需求设计软件的总体结构，划分了系统的各个软件实现模块，接着详细介绍各个功能子系统的实现，包括系统输入输出部分、车上通信部分、车上CAN通信部分等等。 作为系统设计实现的最主要的手段，本文对系统的远程数据连接做了设计实现，包括GSM短消息通信方式的设计实现和GPRS网络数据通信方式的详细设计实现。在详细分析GPRS连接通信的基础上，进行了系统和控制中心站以及差分GPS参考站网络连接的设计实现。 最后，对课题项目的工作做了一个总结，并对后续的研发工作做了相关展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 相关技术和研究现状

1.2.1 定位技术与GPS定位

1.2.2 差分GPS技术

1.2.3 差分GPS技术国内外发展现状

1.2.4 GFS技术在工程机械中的应用现状

1.2.5 移动通信技术在工程机械中的应用现状

1.2.6 CAN总线技术在工程机械中的应用现状

1.3 本课题的研究内容

1.3.1 定位终端装置的软硬件系统实现

1.3.2 工程机械系统的提高GPS定位精度技术实现

1.3.3 系统和中心站及参考站网络通信技术实现

1.4 本文的章节安排

第二章 系统总体需求及设计

2.1 系统的应用环境

2.1.1 工程机械环境

2.1.2 中心站环境

2.1.3 参考站网络环境

2.2 系统的功能需求

2.3 系统的性能需求

2.4 系统方案总体设计

2.4.1 系统的外部数据交换

2.4.2 通信方式的选择

2.4.3 系统的总体结构设计

2.5 本章小结

第三章 系统硬件设计

3.1 系统概述及硬件结构

3.1.1 系统硬件概述

3.1.2 系统硬件结构

3.2 微处理器选择及设计

3.3 输入信号处理设计

3.4 输出信号处理设计

3.4.1 开关量输出

3.4.2 脉冲量输出

3.5 日历电路设计

3.6 和车上设备的通信电路设计

3.6.1 RS232通信的电路设计

3.6.2 RS485通信的电路设计

3.6.3 CAN通信的电路设计

3.6.4 串口的扩展电路设计

3.7 GPS模块的选择及设计

3.8 通讯模块的选择及设计

3.9 电源及硬件可靠性设计

3.10 JTAG接口电路和相关环境

3.11 本章小结

第四章 系统软件设计

4.1 系统软件概述及软件结构

4.1.1 系统软件概述

4.1.2 系统软件结构

4.2 软件流程图

4.3 系统的初始配置

4.3.1 AVR的熔丝位和锁定位及相应配置

4.3.2 EEPROM的读写及变量初始配置

4.3.3 定时器及看门狗配置

4.4 输入输出及其它部分的软件设计与实现

4.4.1 输入部分设计实现

4.4.2 输出部分设计实现

4.4.3 状态指示灯的输出逻辑

4.5 232通信的设计与实现

4.5.1 232通信初始化

4.5.2 232通信的数据收发

4.6 485通信的设计与实现

4.7 CAN通信的设计与实现

4.7.1 CAN协议的帧格式

4.7.2 CAN通信初始化及收发控制配置

4.7.3 CAN通信的数据收发和流程

4.8 本章小结

第五章 远程数据连接和通信的设计实现

5.1 远程数据连接通信方式

5.2 和GPRS模块底层通信的设计与实现

5.2.1 GPRS模块的启动和关闭

5.2.2 GPRS模块的应用及设置

5.2.3 GPRS模块的底层收发

5.3 短消息连接通信方式的设计与实现

5.3.1 短消息的设置

5.3.2 短消息的发送

5.3.3 短消息的接收

5.4 GPRS网络通信方式的设计与实现

5.4.1 GPRS网络通信的层次结构

5.4.2 模块底层驱动程序的实现

5.4.3 PPP协议栈的实现

5.4.4 TCP/IP协议的实现

5.4.5 应用层的协议及实现

5.4.6 和服务站GPRS连接通信的实现流程

5.5 和中心站网络连接通信的设计与实现

5.5.1 终端装置GPRS与中心站具体网络连接方式的分析

5.5.2 系统和中心站的协议格式

5.5.3 系统和中心站的GPRS数据流程

5.6 和GPS参考站网络连接通信的设计与实现

5.6.1 RTCM SC-104差分数据协议格式及应用

5.6.2 NMEA0183数据协议格式及应用

5.6.3 和参考站网络的数据交换及流程

5.7 本章小结

结束语

一、主要工作

二、心得体会

三、展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

附录 系统的硬件原理图