基于“Jupiter”GPS接收機的應用設計

1 概述

GPS （global positioning system）全球定位系統(tǒng)是利用美國24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息而進行導航、定位、授時等服務的系統(tǒng)。自1993年GPS系統(tǒng)向世界免費開放以來，得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應用。這種全球定位系統(tǒng)可以用于航空導航、航海導航、大地測量、石油地質(zhì)勘探、地震預報、授時校準、自動校時、高程測量、時間同步、輸變電工程、疏浚工程測量驗收、車輛定位、車輛跟蹤、車輛導向及防盜等領域。

Rockwell公司的“Jupiter”GPS/OEM接收機具有尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)良特征?？煞奖恪⒆灾鞯亻_發(fā)出各種GPS應用系統(tǒng)。

它具有如下特點：

●極其緊湊的GPS接收機尺寸：71mm41mm11mm；

●其射頻輸入為1575.42MHz，范圍為-130dBw～-163dBw；

●具有12個并行衛(wèi)星軌跡通道，能快速識別和再識別當前位置；

●支持真正的NEMA-0183數(shù)據(jù)格式；

●直接微分的RECMSC-104數(shù)據(jù)動態(tài)提供定位精確度；

●自適應門限檢測，提高微弱信號的檢測能力；

●其于SA的靜態(tài)導航能力；

●可與過去的天線兼容，花費很??；

●3D到2D導航時能自動保持緯度；

●可以基于SPS獲得最佳導航精確度；

●無初始化數(shù)據(jù)時可以自動開啟冷啟動程序；

●通過串行通訊，用戶有很大的操作空間和配置能力；

●可接受用戶通過主串口寫入的初始化數(shù)據(jù)；

●具有三種啟動方式：熱啟動、初始化、冷啟動；

●用戶可以選擇衛(wèi)星；

●用戶可以選擇衛(wèi)星表面角；

●具有可選的RF連接頭；

●最大測速可達500m/s；

●工作溫度范圍為-40℃～+85℃。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說明

圖1 所示是“Jupiter”GPS/OEM接收機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，它主要包括天線部分、接收部分、數(shù)據(jù)處理部分。這種接收器是通過兩個串口與外部通訊的，串口 1為主串口，串口2為輔助串口（提供修正量）。其中，串口1為全雙工方式，串口2為半雙工方式。系統(tǒng)通過這兩個串口同其外部器件或設備連接，也可以用軟件編程或硬件設置來配置其串口特性。

接收數(shù)據(jù)的用戶可以選擇的存儲方式有三種：SRAM、ROM、EEPROM。

接收機內(nèi)部的一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps（每秒一個脈沖）的時鐘標輸出可用來進行時鐘同步，也可用于進行時鐘校準。

系統(tǒng)可以通過RESET進行復位。

“Jupiter”GPS/OEM接收機采用20腳DIP封裝，常用管腳的說明如表1所列。

表1 “Jupiter”GPS/OEM接收機主要管腳說明

3 數(shù)據(jù)格式和通訊設置

3.1 數(shù)據(jù)格式

“Jupiter”GPS/OEM接收機具有兩種數(shù)據(jù)格式，一種是二進制方式，另一種是（也為ASCII碼）方式，可通過設置GPIO2和GPIO3來選擇不同的數(shù)據(jù)格式。選擇不同的數(shù)據(jù)格式所對應的形式不同，消息長度和內(nèi)容也不同。

二進制方式消息格式共有31種消息（其中14種輸出消息，17種輸入消息），每種消息必有一個消息頭，且以“0xFF81”開始，數(shù)據(jù)段可選；NEMA方式消息格式共有11種消息（其中7種輸出消息，4種輸入消息），每種消息以“$”開頭，以CR>LF>結(jié)束。前者消息長度比后者長，后者比前者消息種類少，可根據(jù)實際需要來選擇。

3.2 通訊設置

“Jupiter”GPS/OEM接收機與外設連接，用串口來進行通訊。其串口設置如表2所列。

表2 串口設置

4 典型應用

4.1 典型電路

由于“Jupiter”GPS/OEM接收機的串口與TTL電平兼容，故可直接與單片機的串口連接，具體連接電路如圖2所示。

4.2 程序流程圖

程序流程圖如圖3所示（假定為NEMA格式，即選擇GPIO2=GPIO3=0）。

4.3 初始化程序

單片機初始化主要對串口初始化，設置波特率和串口工作方式。假定選擇GPIO2=GPIO3=0，可將串口初始化為，串口方式1，定時器1置方式2，波特率為4800BPS，允許接收。其初始化程序如下：

MOV SCON，#50H；

MOV TMOD，#20H；

MOV TH1，#0FAH；

MOV TL1，#0FAH；

SETB TCON.6；

SETB EA；

SETB ES；

4.4 中斷服務程序

單片機可以采用中斷方式接收GPS消息，收到中斷后，為了挑選出有用的消息，可以先進行消息頭識別。不同消息具有不同的消息頭，可根據(jù)需要來選擇，如RMC消息格式為：

$GPRMC，hhmmss.ss，a,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x.x,xxxxxx,x.x,a*hhCR>LF>

例如，接收到的消息如下：

$GPRMC，185203，A，3339.7332，N，11751.7589，W，0.000，121.7，160496，13.8，E*55CR>LF>

此消息共分13個部分，前面為消息頭，接著是時間，經(jīng)緯度，速度，高度，日期等消息?？梢韵扰卸ㄏ㈩^是否正確，然后再接收，既可局部接收某個量，也可全部接收下來再選擇所需參量。

識別消息頭程序如下：

JB 21H.5，WORD6；

JB 21H.4，WORD5；

JB 21H.3，WORD4；

JB 21H.2，WORD3；

JB 21H.1，WORD2；

JB 21H.0，WORD1；

CJNE A，#24H，WORDCLR；

SETB 21H.0； ；識別“$”

SJMP ENDT；

WORD1：CJNE A，#47H，WORDCLR；

SETB 21H.1； ；識別“G”

SJMP ENDT；

WORD2：CJNE A，#50H，WORDCLR；

SETB 21H.2； ；識別“P”

SJMP ENDT；

WORD3：CJNE A，#52H，WORDCLR；

SETB 21H.3； 識別“R”

SJMP ENDT；

WORD4：CJNE A，#4DH，WORDCLR；

SETB 21H.4； ；識別“M”

SJMP ENDT；

WORD5：CJNE A，#43H，WORDCLR；

SETB 21H.5； ；識別“C”

SJMP ENDT；

WORD6；

......；數(shù)據(jù)接收與處理程序

WORDCLR：MOV 21H，#00H；

ENDT：RETI；

5 結(jié)束語

“Jupiter”GPS/OEM接收機具有較高的準確度。由于城市的高層建筑比較多，信號多徑傳輸明顯，因而沒有頂蓋或運動的運動媒體上運行效果很好。城市有些高層方位會出現(xiàn)接收盲區(qū)（很小范圍），使用時應該注意。

這種GPS接收電路可以由硬件來設定模式，部分參數(shù)還可通過主串口送到接收電路進行設定，操作方便、靈活。本文介紹的電路及設定參數(shù)都經(jīng)過了實踐檢驗，數(shù)據(jù)接收穩(wěn)定，誤差小。