低成本的STC单片机的导航授时系统设计

摘要：针对国内导航系统与授时系统的发展现状，将两个系统合理地结合在一起并以STC12C5A单片机作为整个系统控制单元，设计出的导航授时服务系统成本低、功耗低。给出了系统的硬件设计和软件流程，同时介绍了上位机软件的模块化设计思想。经过测试，该系统可以在户外或室内对运动的载体实行导航定位，当系统结合计算机运行时能对计算机进行授时。
关键词：STC12C5A；导航系统；授时系统

引言
嵌入式系统从20世纪孤立的单片机时代过渡到单片机与多科学融合时代，再到如今的嵌入式物联网时代，使得嵌入式系统再次遇到了新的机遇。GPS(Global Position System，全球导航系统)时空参数是物联网时代国家公证的工程建设，它为航空航海、科学勘探、地理测量、运输行业、通信行业提供了精确的导航、指挥、监控、授时等服务。本文充分结合STC单片机和Trimble公司的接收机设计出了导航授时系统。系统能实时给出运动载体的位置和速度等信息，并能同步接收卫星时间。
系统主要具有导航和授时两大功能。系统最大的优点是在户外可以通过液晶屏显示导航信息和时间信息，在室内通过上位机人机交互界面显示卫星时间和运动物体的经度、纬度、海拔等导航信息。系统克服了常用导航仪的繁琐设计、功能单一、成本利用高等缺点，在此基础上设计出了一款简易、性价比高、应用普遍、易于扩展的导航系统。这为常用的导航和授时服务提供了很大的帮助。

1 系统硬件设计
1．1 设计思路
首先，GPS模块定时发送GPS导航数据和卫星时间到STC单片机，然后STC单片机对GPS导航数据进行处理并把数据发送给LCD液晶显示屏或PC机，导航授时系统结构框图如图1所示。

系统的核心是GPS导航模块，处理器是宏晶科技公司推出的STC12C5A单片机。GPS导航模块采用Trimble公司的Sierra GPS芯片接收卫星导航信息和授时服务。Sierra芯片采用了Trimble公司独有的GPS算法来确保导航数据的准确性和卫星信号的快速锁定。它还能够有效地解决城市应用中经常出现的信号遮挡、多路径和射频干扰问题。STC12C5A是增强型8051内核具有超低功耗和超强抗十扰的特性，为GPS导航系统在户外勘测和野外监测提供了很大的方便。本系统控制器件并不复杂，也不需要很大的存储空间，STC12C5A可以控制整个系统节省成本。另外，STC12C5A有2个串口刚好满足系统需求。LCD液晶显示选择的是LMB102DDC显示屏。该显示屏小巧、易控制、显示清楚、成本低，是该系统的最佳选择。
1．2 硬件原理
图2为GPS导航电路。GPS导航模块提供实时的三维位置和UTC时间信息，通过GPS的串行通信口B发送数据给STC单片机。GPS导航模块和ST C单片机的输入／输出电平都是TTL电平，所以串口之间可直接通信。GPS发送数据的波特率有9 600bps、4 800bps、2 400bps可任意选择。