摘要：针对卫星导航系统缺少姿态信息、易被干扰，惯性导航系统误差积累问题，基于北斗/GPS定位导航模块、惯性导航模块设计了一种组合导航定位终端。给出了软硬件设计方案，采用Altium Designer软件进行了原理图设计和PCB设计，原理图设计以STM32单片机为核心，设计了电源电路、基于MPU6050+HMC5883L九轴传感器的惯性导航模块接口电路、基于D302的北斗/GPS卫星信号接收模块接口电路、基于SIM900A的GPRS无线通信接口电路、基于LCD5110的液晶显示电路。在Keil软件开发环境下进行了程序设计、调试、下载。综合测试表明，终端能够正确采集九轴传感器数据以及北斗/GPS卫星定位数据。并将其转发到上位机中去，达到了预期设计目标，可应用于北斗导航定位产品及北斗实验教学系统。
关键词：北斗/GPS导航，惯性导航，组合导航，STM32
目 录
第1章 概论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 北斗/GPS导航的国内外发展 1
1.3 INS导航的发展现状 2
1.4北斗/GPS-INS惯性组合导航的发展现状 2
1.5 研究内容 3
第2章 系统方案设计 4
2.1任务分析 4
2.1.1功能指标 4
2.2方案的选择与论证 4
2.2.1 总体设计方案 4
2.2.2 方案的比较与论证 6
2.2.3 系统结构框图设计 10
2.3 系统各模块的功能设计 10
第3章 硬件设计 13
3.1 电源电路设计 13
3.2 惯性导航模块接口电路设计 14
3.2.1 惯性导航模块工作原理 14
3.2.2 惯性导航模块的引脚说明 15
3.2.3 惯性导航模块的电路设计图 16
3.3 单片机外围电路设计 17
3.3.1 单片机管脚说明 17
3.3.2 单片机性能指标 18
3.3.3 单片机数据流设计 18
3.4 北斗/GPS接收模块接口电路设计 19
3.4.1 D302模块性能介绍 19
3.4.2 D302模块接口电路管脚说明 19
3.4.3 D302芯片功能框图 21
3.4.4北斗/GPS接收模块接口电路设计 21
3.5 串口传输电路设计 22
3.6 GPRS电路设计 24
3.7 LCD液晶外围电路设计 25
第4章 软件设计 26
4.1 主程序软件设计 26
4.2 子程序软件设计 27
4.2.1 MPU6050软件设计 27
4.2.2 HMC5883L软件设计 28
4.2.3 串口传输软件设计 29
4.2.4 GPRS无线通信软件设计 30
第5章 系统调试与数据分析 32
5.1 硬件电路的制作和调试 32
5.2 软硬件功能分析 34
5.3 测试结果分析 35
5.3.1 LCD显示 35
5.3.2 GPRS数据传输 36
5.3.3 上位机显示界面 37
第6章 参考文献 38
致 谢 40
附录A 电路原理图 41
附录B 实物图 43
附录C 元器件BOM表 44
附录D 软件程序段 46
附录E 在校期间所获成果 61
从上个世纪80年代开始，国外就开始研究以惯性导航系统为主的组合导航系统。而在所有的组合导航系统中，以GPS与INS组合的导航系统可靠性更高。使GPS与INS组合的最优方法是紧耦合方法，即采用一个滤波器来统一处理GPS测得的伪距与伪距率以及从INS组合来的误差状态信息，用GPS测量值校准惯性器件的漂移值，获得比单独GPS系统更高的精度和更强的抗干扰能力[8]。国外在1990年前后已经进行了紧耦合系统的实验研究，并在1997年得到了应用。从2001年开始，美国绝大部分主战飞机上已经采用紧耦合技术的EGI(Embedded-GPS/INS)逐步取代单GPS接收机，并最终淘汰单GPS接收机。目前中国的北斗二代卫星在定位精度、导航、授时等方面也不输于GPS，所以在北斗二代与INS的组合也是同样不错的选择。随着北斗卫星导航系统(BDS)建设逐渐完善,BDS与惯性 (INS)组合导航研究已成为导航技术最具应用前景的研究热点[9]。
1.5 研究内容
本次毕业设计以单片机STM32F051为核心，能够综合接收惯性导航模块以及北斗/GPS模块数据并发送至上位机。具体设计内容如下：
1.选择合适的北斗/GPS模块，了解其工作原理,并通过编程,解析卫星导航数据信息
2.选择合适的微电子惯导模块，了解其工作原理,并研究它们的使用方法
3.选择GPRS通信模块(SIM900)，了解其工作原理,并通过编程实现无线数据传输
4.通过编程求出经纬度、姿态信息，可以在LCD上直接显示
5.设计PCB电路板，整合北斗/GPS模块、微电子惯导模块、GPRS通信模块、LCD显示模块在一块电路板上
6.把北斗/GPS模块经纬高及惯导模块原始姿态数据，通过GPRS无线数据传输，传给上位机软件。
本次毕业设计可应用于北斗导航定位产品及北斗实验教学系统。
