摘 要从世界上第一颗定位卫星发射成功到如今也有30多年历史了，定位导航一直是受关注的话题，但现有的定位导航系统功能单一，并不能满足人们的需求。为了提高定位系统的利用率、为了方便户外人们出行。针对以上问题，设计了一款基于STM32的户外便携式定位系统。利用传感器技术、自动定位技术、低功耗控制技术来实现户外便携式定位系统的设计。其中利用串口通信方式将获取的信息传输到主控制器，在经过数据分离、数据处理、数据转换等算法，将定位信息、海拔高度、运动速度、实时授时系统的数据显示在屏幕上。并将需要保存的信息数据保存在外部EEPROM中，即使断电也不会丢失保存的数据。并设置了低功耗模式，在不适应时可以打开低功耗模式达到省电的目的。本设计将从卫星获取的定位系统数据利用到极限。改善了现有的定位系统功能单一的局面。
目录
一、 绪论 1
(一) 定位系统发展现状 1
(二) 课题背景及意义 2
(三) 课题任务 3
二、 定位系统方案设计 4
(一) 总体设计 4
(二) 定位系统模块 4
(三) 数据显示模块 5
(四) 主控模块 7
(五) 数据储存模块 8
三、 定位系统电路设计 9
(一) 总体框架 9
(二) 定位系统电路 9
(三) 数据显示电路 10
(四) 数据储存电路 11
(五) STM32主控电路 11
(六) USB转TTL电路 12
四、 定位系统软件设计 13
(一) 总流程设计 13
(二) 定位系统数据获取软件设计 14
(三) 数据显示软件设计 16
(四) 低功耗模式软件设计 17
(五) 数据储存软件设计 18
五、 五、优化调试 19
(一) 模块调试 19
1. 串口数据调试 19
2. 北斗与GPS定位模块数据获取调试 20
3. TFT彩屏显示数据调试 21
(二) 总体调试 23
总结 25
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参考文献 27
附录1. 28
绪论
定位系统发展现状
自从世界上第一颗定位卫星成功发射到如今已经三十多年了，我国也自主研发了北斗导航系统由2000年也已经将近20年时间了。由刚开始的军事用途也扩展到民用。自此各国、各地民营机构也开始研发各种定位系统。GPS在近些年来得到了越来越广泛的应用。与其他无线接收设备不同，GPS接收机定位精度高、可靠性强，不受天气、时间等环境因素的干扰，在军事、运输、航空航天等众多领域用途广泛，影响深远。但目前GPS接收机也存在着成本较高、不便携等缺点，制约着其发展[1]。目前市场上最多的有以下两种：
1.车载导航系统。从19世纪末期开始就浮现了车载导航系统的前身[2]，如图11所示是车载导航系统的一种实物图，它是将定位系统应用到车辆上的一种系统，利用在太空中围绕地球的定位卫星获取车辆所在的位置并结合地图信息达到实时导航的目的。一般来说车辆由于导航窗口较大等原因，导航的功率较大，只适合在车辆上导航。
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图11 车载导航系统
2.手机移动定位与导航。在智能手机使用过程中，导航功能逐渐成为智能手机功 能中使用频度最高的一个功能，同时对手机导航和定位的精度也提出更高的要求[3]。如图12所示是手机导航系统界面图，它是将定位系统应用到手机上的一种系统，也是利用在太空中围绕地球的定位卫星获取手机所在的位置并结合地图信息达到实时导航的目的。但手机使用功率有限，并且还要考虑手机续航的问题。
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图12 手机导航界面
但目前的现有定位装置功能单一，无法满足人们的需要。因此，发明一种新型的户外定位装置来解决上述问题很有必要。
课题背景及意义
卫星导航系统由三部分组成分别是：地面端、空间端、客户端。可以在整个地球全天候、全时段为各种用户提供一下服务：
高精度、高可靠定位；
2. 实时导航；
3. 授时服务；
4. 提供海拔高度；
5. 提供运动速度。
目前民用定位实现定位精度10米、测速精度0.2米/秒、授时精度10纳秒，通过卫星可以测得海拔高度误差在平地可以达到0.5米。
针对以上不足，本设计采用STM32做为主控使用双频定位系统对经纬度、海拔、运动速度、UTC时间等整合到一款设备上来。完成便携式定位系统的系统设计，实现对经纬度、海拔、运动速度、UTC时间在同一款设备上便可以查看。使用本设计就可以完成上述功能。可以极大方便野外求生人员、喜欢探险的人员的出行，是野外求生探险的必备神器。
课题任务
设计便携式户外定位系统：通过提供可用定位卫星个数，所在经纬度，海拔高度，相对运动速度，来实现北斗与GPS的户外定位，提供国际标准时间，并能根据经纬度，转换为当地的时间。如图13所示使用STM32控制，GPS与北斗定位模块获取信息，在TFT彩屏显示，并可以控制本设计在低功耗模式下工作。如图是整个系统的系统框图。
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图13 系统框图
本设计主要包含以下模块：北斗、GPS双模定位模块、STM32控制器、供电模块、TFT彩屏显示和其他辅助材料。
主要研究以下问题：
掌握STM32的基本知识，会对必须掌握和运用的基本理论知识熟练运用。
对本课题设计研究方案、研究方法和手段；
完成课题内容的具体要求；
完成实物的组装；
程序的编写与调试；
完成电路图的绘制；
主要解决以下问题
1、完成双频定位系统模块的数据分析与传输、实现定位系统模块到控制器的通信、并将通信内容转换为人们可以直接识别的信息。
2、独立完成电路图的绘制、程序的编写、实物的组装、功能调试、实物调试。对定位信息、海拔高度、UTC时间等做出本地化处理。
设计将每个模块所需要的功能调试分析，规划设计方案，选择最佳方案，设计硬件电路、完成软件调试，归纳总结，完成本设计。
定位系统方案设计
总体设计
设计的这款便携式户外定位系统，主要用来在户外获取定位信息的，一般情况要考虑省电的要求和可以获取定位信息、海拔、速度、时间等功能。首先要想省电，就要使用低功耗模式。在不使用时可以节省电量，同时保存各种信息方便查看。本设计如图21所示是由STM32主控模块、TFT彩屏显示电路、北斗与GPS双频定位模块、串口调试模块、供电模块组成。在室外完成定位信息校准功能。

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