基于GPS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究
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其中：$為語(yǔ)句起始標(biāo)志；GPRMC為識(shí)別符；逗號(hào)為數(shù)據(jù)區(qū)分隔符；*為效驗(yàn)和識(shí)別符；hh為效驗(yàn)和；CR>LF>為語(yǔ)句結(jié)束符。
秒脈沖的上升沿對(duì)應(yīng)著一精準(zhǔn)的UTC時(shí)刻?？梢韵葘?duì)GPS接收機(jī)的1PPS秒脈沖進(jìn)行整形，用經(jīng)過(guò)整形信號(hào)的上升沿對(duì)DSP中斷進(jìn)行控制或觸發(fā)計(jì)數(shù)器進(jìn)行分頻處理，同時(shí)從RS-232接口傳輸來(lái)的GPRMC語(yǔ)句通過(guò)DSP的串口輸入可以方便提取到UTC時(shí)刻，地理經(jīng)緯度信息。本文中使用GPS25 OEM板其授時(shí)精度優(yōu)于200ns，定位精度可達(dá)5 m以內(nèi)基本可以滿足異地同步數(shù)據(jù)采集的需求。
2 采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)采用的核心芯片是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812 DSP處理器，它采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨(dú)立的數(shù)據(jù)和地址總線，支持多級(jí)流水線操作片上集成了定時(shí)器，鎖相環(huán)，通用I／O接口和串行通信接口等。與單片機(jī)相比具有更為強(qiáng)大的數(shù)字處理和控制能力特別適合結(jié)合GPS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
如圖2所示，整個(gè)系統(tǒng)主要分為GPS信號(hào)接受模塊，DSP控制模塊，模擬量輸入模塊，采樣脈沖發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/192861.htm
文中基于GPS的同步數(shù)據(jù)采集方法基本過(guò)程是通過(guò)GPS25 OEM接收機(jī)輸出的1PPS秒脈沖信號(hào)作為DSP外部中斷輸入源來(lái)觸發(fā)分頻計(jì)數(shù)器來(lái)產(chǎn)生采樣脈沖設(shè)備來(lái)保證被測(cè)信號(hào)在同一個(gè)時(shí)刻開(kāi)始采樣。為保證點(diǎn)采樣頻率的高度一致性，可以采用高精度溫補(bǔ)晶體振蕩器TCOX，其工作頻率為10 MHz，頻差不大于2 ppm。輸出的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)整形、電平轉(zhuǎn)換后經(jīng)計(jì)數(shù)器分頻得到滿足采樣率的同步高精度的采樣信號(hào)。為了進(jìn)一步消除晶振電路給采樣頻率帶來(lái)的累積誤差，晶振產(chǎn)生的時(shí)鐘鐘信號(hào)每隔1 s被1PPS信號(hào)的上升沿同步一次，使得被測(cè)的模擬輸入量經(jīng)過(guò)低通濾波后被嚴(yán)格建立在GPS時(shí)間基準(zhǔn)上的同步采樣系統(tǒng)所采樣。模擬量采樣后經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換依次轉(zhuǎn)換后按順序放入固定RAM區(qū)。DSP通過(guò)SCI接口從GPS25OEM接收機(jī)的串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TX中提取到秒脈沖上升沿所對(duì)應(yīng)的UTC時(shí)刻和地理經(jīng)緯度坐標(biāo)，從第一個(gè)采樣點(diǎn)按順序?yàn)槊恳粋€(gè)采樣點(diǎn)置以便于識(shí)別的時(shí)間標(biāo)簽和地理位置坐標(biāo)，最終將各測(cè)量量連同其對(duì)應(yīng)的時(shí)間地理標(biāo)簽按照一定的數(shù)據(jù)格式，經(jīng)過(guò)USB2.0數(shù)據(jù)線上傳到上位機(jī)。
3 通信接口設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸大多采用RS 232、RS 485接口傳送，但是對(duì)于異地同步大容量的數(shù)據(jù)上傳傳統(tǒng)的通信模式就暴露出傳輸輸速度較慢，時(shí)延大，易出錯(cuò)的缺點(diǎn)。利用USB接口就能有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程海量的雙向傳輸，而且USB傳輸速度可高達(dá)480 Mbps支持單點(diǎn)的熱插拔可以有效地實(shí)現(xiàn)本地?cái)?shù)據(jù)的攜帶轉(zhuǎn)移。
本系統(tǒng)通信接口電路采用USB2．0接口，其控制器芯片選用CYPRESS公司的CY7C68013。CY7C68013遵從USB2．0規(guī)范，包括一個(gè)增強(qiáng)型的51內(nèi)核與8051指令集兼容，USB2．0串行接口引擎SIE、USB收發(fā)器、8．5KB片上RAM、4KBFIFO以及一個(gè)通用可編程接口GPIF。CY7C68013與外設(shè)有兩種接口方式：GPIF和SlaveFIFO。GPIF是主機(jī)方式，可以由軟件設(shè)置讀寫(xiě)控制波形，靈活性很大，幾乎可以對(duì)任何8／16bits接口的控制器、存儲(chǔ)器和總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的主動(dòng)讀寫(xiě)，使用非常靈活。而Slave FIFO方式是從機(jī)方式，工作方式可設(shè)為同步或異步，外部控制器DSP可象對(duì)普通FIFO一樣對(duì)FX2的多層緩沖FIFO進(jìn)行讀寫(xiě)。本文采取的是Slave FIFO接口方式。電路中CY7C68013作為T(mén)MS320F2812的外設(shè)，它采用異步存儲(chǔ)器接口與DSP相連接，上位PC機(jī)可以喚醒CY7C68013并對(duì)USB芯片。DSP2812將CY7C68013配置在其子空間采用異步讀寫(xiě)方式完成二者之間的數(shù)據(jù)和命令的交換。
評(píng)論