2021年第1期
信懇与电胭
China Computer & Communication
获件开成与雇用基于STM32单片机的北斗/GPS双模定位 苏日古格于新海•国芳王睿聪
(河套学院机电工程系，内蒙古巴彦淖尔015000)
摘要：本文采用高性能STM32单片机作为控制系统，通过北斗/GPS双模定位模块及有源天线采集定位数据，并用 上位机显示PVT信息，最终实现了成本低、延展性强、可广泛应用的双模定位系统。通过外场测试验证发现，该系统的 定位精度较高，具有较强的实用性。 关键词：测试；北斗/GPS;STM32单片机
中图分类号：U463. 6 文献标识码：A文章编号：1003-9767 (2021) 01-123-03
Design and Test of Beidou/GPS Dual-mode positioning System Based on
STM32 Single Chip Microcomputer
SU Riguge,YU Xinhai*,GUO Fang,WANG Ruicong
(Department o f M echanical and E le ctrica l Engineering,Hetao U niversity,Bayannaoer Inner M ongolia015000, China)
电子束焊接A b s tra c t：This article uses high-perform ance STM32 sin g le-c h ip m icrocom puter as the control system,collects positioning data through the Beidou/GPS dual-m ode positioning module and active antenna,and uses the host computer to display PVT inform ation, and fin a lly achieves low-cost,strong scalab ility,and w idely applicable dual-m ode positioning system.Through fie ld test verification, it is found that the system has high positioning accuracy and strong pra c tic a b ility.
K e y w o rd s:test;Beidou/GPS;STM32 m icrocontroller
平板电视支架〇引言
北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System, BDS)是中国自行研制的全球卫星导航系统，
也是继GPS、GLONASS之后的第3个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导 航系统于1994年开始建设，于2020年7月31日正式开通。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段3部分组成，在全球范围内全天时、全天候为各类用户提供高精度、高可 靠定位和授时服务。全球定位系统GPS(Global Positioning System,GPS)由美国国防部研制和维护，早在1993年就投 入使用，已广泛应用于各个领域[1_2]。目前，不同卫星导航系 统之间的兼容与互操作将成为趋势，组合定位导航技术也将 成为重要的发展方向[3]。在综合分析GPS和北斗卫星导航系 统优缺点的基础上，本文采用北斗/GPS双模定位方式实现了定位并进行了实际测试。
1系统工作原理
研磨粉单片机控制北斗/GPS模块采集信息，并将采集的定位 信息以NMEA-0183协议通过UART(串口）发送至单片机。单片机对接收到的NMEA-0183格式位置信息进行解析和处 理，最后将得到的经纬度、海拔、授时、速度等信息通过上 位机实时显示[4]。系统结构及原理如图1所示。
2系统硬件设计
本系统主要由北斗/GPS模块及有源天线组成的定位信 息采集模块、以单片机为主的控制模块、上位机和LCD显 示模块几个部分构成。
基金项目：河套学院科学技术研宄项目（项目编号：HYZZ201930、HYZQ202023)；内蒙古自治区高等学校科研项目（项目编号: NJZY20222)。
作者简介：苏日古格（1987—)，女，内蒙古巴彦悼尔人，硕士研宄生，助教。研宄方向：单片机设计与应用、PLC开发应用。通信作者：于新海（1987—)，男，山东海阳人，博士研宄生，副教授。研宄方向：电磁环境效应、新型材料与器件。E-mail: xhyul987@163. com。
狭件升戎与雇用苣■与电薦
China Computer & Communication2021年第1期2.1定位信息采集模块
定位信息采集模块由北斗/GPS模块及有源天线组成。其中，北斗/GPS模块为髙性能双模定位模块，该模块采用 威航科技（SkyTraq Technology,Inc.)的 S1216F8-BD模组，具有167个通道，追踪灵敏度髙达-165 dBm，测量输出频率 最髙可达20 Hz。北斗/GPS模块体积小巧，性能优异，可通 过串口设置各种参数，并可将设置保存在内部FLASH中，使用方便。模块自带IPX接口，可以连接各类有源天线。通 过有源天线可实现室内定位功能，模块兼容3.3 V/5V电平，方便连接单片机系统。该模块自带可充电备用电池，具有掉 电保持星历数据功能。其原理图如图2所示。m
电诹
STM32
m
TXD
T X D
R X D T X D^
GPS/lt'l
m m m m
no
〇R X D
tm i卡头
图1系统结构图及原理
G ND GND
H2北斗/G P S樸块原理ffl
该系统内部集成了接收天线模块、低噪声放大模块和电 源供给模块。有源天线通常是由多个分布式收发单元和福射 模块组成，每个辐射模块的频率、幅度、相位可控，能形成 单个或多个波束，并可控制波束指向及波束重构，以实现大 角度范围内的灵活扫描。与传统的无源天线系统相比，具有 诸多技术优势。将有源天线通过IPX转SMA的连接线连接 到北斗/GPS模块上的IPX接口，可以实现有源天线在室外 而北斗/GPS模块在室内定位。
2.2控制模块
系统采用了功能强大的STM32H743IIT6型号单片机作为 控制模块^该型号单片机使用了 C〇rteX-M7内核，具有六级流 水线，性能髙达5 CoreMark/MHz，自带指令和数据Cache，集成双精度硬件浮点计算单元（DPFPU)和DSP指令，具有 1060KB SRAM，并且支持SDRAM，具有低功耗、低成本、集成度髙、便于开发等特点。控制协议为威航科技的SkyTtaq 协议。
北斗/GPS模块与单片机之间采用UART (串口）通信 方式，定位数据以NMEA-0183协议的格式发送至单片机。NMEA-0183协议是美国国家海洋电子协会（National Marine
Electrcmics Assodatioiij NMEA伪海用电备制定的标准格式，
目前已成北斗/GPS导航设备统一的RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services)标准协议。该协议采用 ASCII
码，鋦酿*8娜据NMEA-0183常用命令如表1所示。
单片机对接收到的数据进行解码后传送给上位机。北斗 /GPS定位模块与单片机的硬件连接如图3所示。
2021年第1期
信懇与电胭
China Computer & Communication
获件开成与雇用表1N M E A-0183常用命令
序号命令说明最大崎长
1$GNGGA北斗/G PS定位信息72
2$GNGSA当前卫星信息65
3$GPGSV看见G PS卫星信息210
4$BDGSV可见北斗卫星信息210
5SGNRMC推荐定位信息70
6$GNVTG地面速度信息34
7$GNGLL坐标信息
8$GNZDA当前时间信息
图3北斗/GPS模块与单片机硬件连接
2_3显示模块
P V T信息显示可以使用上位机，也可以直接用STM32 外接L C D显示屏。将威航科技开发的GNSS V iew er软件安 装在上位机上，除了显示P V T信息，北斗/GPS定位模块的 波特率、输出帧数据、测量频率、时钟脉冲（PPS)等均可 以通过GNSS V iew er软件进行配置。
3系统软件设计
夫妻草
系统软件主要由3部分构成：一是将北斗/GPS定位模 块输出的NM EA-0183数据进行解析处理，二是对北斗/GPS 模块中的SkyTraF8-B D模组进行控制，三是用于监测、显示 和验证模块工作状态的代码。3.1 NM EA-0183数据解析
NM EA-0183数据解析采用数逗号方法来实现。由于 NM EA-0183协议的固定输出格式，通过数逗号方法可以实 现对 SGNGGA、$GPGSA、SGNGSV、SBDGSV、SGNRMC 和SGNVTG6类帧数据的解析。
3.2 SkyTraq协议控制
SkyTraq协议控制部分通过3个不同的函数实现对SkyTraF8-B D模组串口波特率设置、PPS输出脉冲宽度设置 和输出频率设置。
3.3检测、执行与显示
通过SkyTraq_Cfg_Rate函数判断模块是否在位，如果不 在位，则尝试去设置模块的波特率为38 400，直到检测到模 块在位为止。要求接收到GPS/北斗模块发来的数据后就执 行数据解析，数据解析后显示GPS/北斗定位数据，并可以 根据需要将收到的数据发送给上位机。
4系统测试
为了测试所设计系统的有效性与定位精度，本文在外场 进行了实际的测试验证，共进行10组测试，每组测量2个 位置点，将两个测量点之间的定位距离与实测距离进行比 对，用两个距离的误差大小来表征定位精度高低[5_6]。测试结 果如表2所示。由表2可知，定位距离与测距离的误差均保 持在l m以内，说明系统有效且定位精度较高，系统实用性 较强。
GPIO
TXD
RXD
STM32单片机
单片机系统
表2外场实际测试数据及误差
测试组测量点1__________测量点2
定位距离/m实测距离/m误差/m
1107.453 73040.725 525107.453 74440.715 5251.31.70.4 2107.450 58640.715 875107.450 56340.715 858 2.630.4 3107.450 62240.715 905107.450 58640.715 913 3.240.B 4107.450 60540.715 847107.450 55240.715 816 5.650.4 5107.450 61340.715 863107.450 54740.715 838 6.360.3 6107.450 59740.715 855107.450 53040.715 825 6.670.4 7107.450 52240.715 802107.450 59440.715 8618.980.9 8107.450 61340.715 852107.450 52240.715 8059.490.4 9107.450 61140.715 858107.450 51940.715 79410.5100.5 10107.450 60540.715 855107.450 48640.715 81111.2110.2
5结语
基于STM32单片机的北斗/GPS双模定位系统可实现基 本定位功能，具有成本低、系统延展性较强等优势，可广泛 应用于众多定位场合[7]。通过测试验证，该系统可以有效定位，并且定位精度较高。
参考文献
[1] 杜俊，董松.基于单片机的GPS定位系统的设计与实现[J].
甘肃科技,2016,32(19):25-27•
[2] 吴东东 ，朱苏磊. 基于单片机的 GPS定位显示设计 [J].上
海师范大学学报（自然科学版）,2016,45(1):21-27.
[3] 张朝辉，吴海云，黄舞记，等.基于STM32单片机的农业机
器人北斗/GPS定位系统设计[J].农技服务,2019,36(5):52-53.
[4] 何米.基于51单片机的简易GPS定位器设计[J].数字通
信世界,2018(7):88.
[5] 张丰兆，刘瑞华，倪育德，等.北斗卫星导航系统动态定位
精度测试与分析[J].全球定位系统，2018,43(1):43-48.门槛记
[6] 叶剑峰，彭军，李娜娜.基于卫星导航信号模拟法的北斗接
收机导航精度校准测试[J].计测技术,2016,36(6):30-36.
[7] 程胜，蒋纯，李德志，等.基于GPS和G S M的儿童防走失
单片机定位系统设计[J].科技视界，2018(8):76-77.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议