一、课题的来源及意义
随着社会经济的飞速发展和科学技术的全面进步,以及人口老龄化、年青一代知识化、农林、水产、建筑、电力矿业、医疗等非制造领域中的熟练工人将日益短缺，智能机器人的出现成为不可阻挡的历史潮流。但是如何实现机器人的高精度位移和动作成了当今时代的一大课题。
新一代智能机器人的研发在国内外已经受到越来越多的重视。在工业发达的美、日等国，已研制出用于手工业、医疗、服务等领域的微小型机器人，如日本安川电机公司的SCORBOTER-V个人机器人，具有高轻度、高性能、高安全、高通用性的特点。机器人的研究范畴将更加宽广，研究方法更加多样，研究对象更加复杂，与材料、物理、生物、信息等学科领域的交叉与融合更加深入。
1. 总体方案设计
本设计以新华龙公司的C8051F330单片机为控制核心，通过GPS模块C3-370C实现机器人的精确导航定位。GPS模块实时接收卫星发射的时间、日期、经度、纬度、高度等信息，并通过RS232发送给单片机，单片机接收到信息后，根据GPS的NMEA-0183协议对接收到的卫星信息进行提取，获得所需要的时间、经度、纬度等有用信息，通过与当前所处位置坐标的比对计算，控制机器人的运行方向，从而实现机器人的精确导航。由于卫星是不停地发送信息的，所以GPS模块转发给单片机的数据量也是非常庞大的，所以，本设计采用外部扩展SRAM来存储接收到的卫星信息。并用LCD显示模块实时显示机器人当前所处的位置坐标和时间等信息，并给系统留有4 x 4的矩阵键盘接口，可以通过手动输入自行设定机器人的下一站位置坐标，实现机器人的灵活运动和控制功能。冷启动时，系统启动时间1分钟以内，精度可达30米左右；热启动时，系统启动时间30秒以内，若上电发送定位修正信息，精度可达10米左右。其系统框图如图1-1所示
图1-1 系统框图
2. 模块方案设计及方案选择
1）系统控制核心----单片机
新华龙公司的C8051F330 器件是完全集成的混合信号片上系统型 MCU，采用高速、流水线结构的 8051 兼容的 CIP-51 内核，内含10位16通道高速ADC和10位电流输出DAC，8k 具有系统重新编程能力的FLASH，可用于非易失性数据的保存，并允许现场更新8051固件，768（256+512）字节片内RAM，4个通用计时器，还有硬件实现的Smbus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口、温度传感器等多种资源，并且内置25MHZ的高速晶振，可以有效减少系统电路的设计和系统的重量，使系统的应用更加灵活，不仅仅局限于机器人、机器鸽等。是一款真正能独立工作的片上系统。而且此单片机支持在片调试功能，片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试（不需要仿真器），支持断点、单步、观察\修改存储器和寄存器，比使用仿真芯片、目标仿真头和仿真插座的仿真系统有更优越的性能。故本设计采用这一型号单片机。如图2-1所示为本设计控制核心的单片机最小系统原理图。
图 2-1 单片机最小系统原理图
2）GPS模块
GPS即全球定位系统，它主要有三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。其中GPS空间星座部分、地面监控部分均为美国所控制；GPS的用户设备主要
由接收机硬件和处理软件组成。用户通过用户设备接收GPS卫星信号，经信号处理而获得用户位置、速度等信息，最终实现利用GPS进行导航和定位的目的。超高功率石墨电极本设计采用SIRFstar III GPS模块，该GPS模块遵循插板机NMEA-0183协议纹眉机，提供串行通讯接口
串行通讯参数为：
＜CODE＞波特率＝4800 数据位＝8位 停止位＝1位 无奇偶校验＜/CODE＞
如果此时和卫星的通讯正常的话，本系统接收到的数据格式如下：
$GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,,,*1E
$GPGSV,3,1,12,20,00,000,,10,00,000,,25,00,000,,27,00,000,*79
$GPGSV,3,2,12,22,00,000,,07,00,000,25,21,00,000,,24,00,000,*7E
$GPGSV,3,3,12,16,00,000,,28,00,000,,26,00,000,,29,00,000,*78
$GPRMC,090137.058,V,0000.0000,N,00000.0000,E,,,160406,,*10
boin$GPGGA,090138.058,0000.0000,N,00000.0000,E,0,00,,,M,,,,0000*00
a.GPS固定数据输出语句($GPGGA)
这是一帧GPS定位的主要数据，也是使用最广的数据。$GPGGA 语句包括17个字段：语句标识头，世界时间，纬度，纬度半球，经度，经半球，定位质量指示，使用卫星数量，水平精确度，海拔高度，高度单位，大地水准面高度，高度单位，差分GPS数 据期限，差分参考标号，校验和结束标记(用回车符<CR>和换行符<LF>)，分别用14个逗号进行分隔。
标准格式：
液压集成块设计$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>
<1> UTC时间，格式为hhmmss.sss(时分秒)格式 ；
<2> 纬度，格式为(第一位是零也将传送)；
<3> 纬度半球，N或S(北纬或南纬)
<4> 经度，格式为(第一位零也将传送)；
<5> 经度半球，E或W(东经或西经)
<6> 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；
<7> 使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)
<8> 水平精确度，0.5到99.9
<9> 天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米
接种棒
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