低成本的STC單片機的導航授時系統設計

摘要：針對國內導航系統與授時系統的發展現狀，將兩個系統合理地結合在一起并以STC12C5A單片機作為整個系統控制單元，設計出的導航授時服務系統成本低、功耗低。給出了系統的硬件設計和軟件流程，同時介紹了上位機軟件的模塊化設計思想。經過測試，該系統可以在戶外或室內對運動的載體實行導航定位，當系統結合計算機運行時能對計算機進行授時。
關鍵詞：STC12C5A；導航系統；授時系統

引言
嵌入式系統從20世紀孤立的單片機時代過渡到單片機與多科學融合時代，再到如今的嵌入式物聯網時代，使得嵌入式系統再次遇到了新的機遇。GPS(Global Position System，全球導航系統)時空參數是物聯網時代國家公證的工程建設，它為航空航海、科學勘探、地理測量、運輸行業、通信行業提供了精確的導航、指揮、監控、授時等服務。本文充分結合STC單片機和Trimble公司的接收機設計出了導航授時系統。系統能實時給出運動載體的位置和速度等信息，并能同步接收衛星時間。
系統主要具有導航和授時兩大功能。系統最大的優點是在戶外可以通過液晶屏顯示導航信息和時間信息，在室內通過上位機人機交互界面顯示衛星時間和運動物體的經度、緯度、海拔等導航信息。系統克服了常用導航儀的繁瑣設計、功能單一、成本利用高等缺點，在此基礎上設計出了一款簡易、性價比高、應用普遍、易于擴展的導航系統。這為常用的導航和授時服務提供了很大的幫助。

1 系統硬件設計
1．1 設計思路
首先，GPS模塊定時發送GPS導航數據和衛星時間到STC單片機，然后STC單片機對GPS導航數據進行處理并把數據發送給LCD液晶顯示屏或PC機，導航授時系統結構框圖如圖1所示。

系統的核心是GPS導航模塊，處理器是宏晶科技公司推出的STC12C5A單片機。GPS導航模塊采用Trimble公司的Sierra GPS芯片接收衛星導航信息和授時服務。Sierra芯片采用了Trimble公司獨有的GPS算法來確保導航數據的準確性和衛星信號的快速鎖定。它還能夠有效地解決城市應用中經常出現的信號遮擋、多路徑和射頻干擾問題。STC12C5A是增強型8051內核具有超低功耗和超強抗十擾的特性，為GPS導航系統在戶外勘測和野外監測提供了很大的方便。本系統控制器件并不復雜，也不需要很大的存儲空間，STC12C5A可以控制整個系統節省成本。另外，STC12C5A有2個串口剛好滿足系統需求。LCD液晶顯示選擇的是LMB102DDC顯示屏。該顯示屏小巧、易控制、顯示清楚、成本低，是該系統的最佳選擇。
1．2 硬件原理
圖2為GPS導航電路。GPS導航模塊提供實時的三維位置和UTC時間信息，通過GPS的串行通信口B發送數據給STC單片機。GPS導航模塊和ST C單片機的輸入／輸出電平都是TTL電平，所以串口之間可直接通信。GPS發送數據的波特率有9 600bps、4 800bps、2 400bps可任意選擇。