基于“Jupiter”GPS接收機(jī)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

1 概述

GPS （global positioning system）全球定位系統(tǒng)是利用美國(guó)24顆GPS地球衛(wèi)星所發(fā)射的信息而進(jìn)行導(dǎo)航、定位、授時(shí)等服務(wù)的系統(tǒng)。自1993年GPS系統(tǒng)向世界免費(fèi)開(kāi)放以來(lái)，得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應(yīng)用。這種全球定位系統(tǒng)可以用于航空導(dǎo)航、航海導(dǎo)航、大地測(cè)量、石油地質(zhì)勘探、地震預(yù)報(bào)、授時(shí)校準(zhǔn)、自動(dòng)校時(shí)、高程測(cè)量、時(shí)間同步、輸變電工程、疏浚工程測(cè)量驗(yàn)收、車(chē)輛定位、車(chē)輛跟蹤、車(chē)輛導(dǎo)向及防盜等領(lǐng)域。

Rockwell公司的“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)具有尺寸小、性能穩(wěn)定等優(yōu)良特征。可方便、自主地開(kāi)發(fā)出各種GPS應(yīng)用系統(tǒng)。

它具有如下特點(diǎn)：

●極其緊湊的GPS接收機(jī)尺寸：71mm×41mm×11mm；

●其射頻輸入為1575.42MHz，范圍為-130dBw～-163dBw；

●具有12個(gè)并行衛(wèi)星軌跡通道，能快速識(shí)別和再識(shí)別當(dāng)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(dòng)態(tài)提供定位精確度；

●自適應(yīng)門(mén)限檢測(cè)，提高微弱信號(hào)的檢測(cè)能力；

●其于SA的靜態(tài)導(dǎo)航能力；

●可與過(guò)去的天線兼容，花費(fèi)很小；

●3D到2D導(dǎo)航時(shí)能自動(dòng)保持緯度；

●可以基于SPS獲得最佳導(dǎo)航精確度；

●無(wú)初始化數(shù)據(jù)時(shí)可以自動(dòng)開(kāi)啟冷啟動(dòng)程序；

●通過(guò)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(guò)主串口寫(xiě)入的初始化數(shù)據(jù)；

●具有三種啟動(dòng)方式：熱啟動(dòng)、初始化、冷啟動(dòng)；

●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(cè)速可達(dá)500m/s；

●工作溫度范圍為-40℃～+85℃。

2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳說(shuō)明

圖1 所示是“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)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(guò)兩個(gè)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(guò)這兩個(gè)串口同其外部器件或設(shè)備連接，也可以用軟件編程或硬件設(shè)置來(lái)配置其串口特性。

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

接收機(jī)內(nèi)部的一個(gè)10kHz的參考時(shí)鐘輸出和一個(gè)1pps（每秒一個(gè)脈沖）的時(shí)鐘標(biāo)輸出可用來(lái)進(jìn)行時(shí)鐘同步，也可用于進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)。

系統(tǒng)可以通過(guò)RESET進(jìn)行復(fù)位。

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

表1 “Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)主要管腳說(shuō)明

3 數(shù)據(jù)格式和通訊設(shè)置

3.1 數(shù)據(jù)格式

“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)具有兩種數(shù)據(jù)格式，一種是二進(jìn)制方式，另一種是（也為ASCII碼）方式，可通過(guò)設(shè)置GPIO2和GPIO3來(lái)選擇不同的數(shù)據(jù)格式。選擇不同的數(shù)據(jù)格式所對(duì)應(yīng)的形式不同，消息長(zhǎng)度和內(nèi)容也不同。

二進(jìn)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(gè)消息頭，且以“0xFF81”開(kāi)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(kāi)頭，以<CR><LF>結(jié)束。前者消息長(zhǎng)度比后者長(zhǎng)，后者比前者消息種類(lèi)少，可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇。

3.2 通訊設(shè)置

“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)與外設(shè)連接，用串口來(lái)進(jìn)行通訊。其串口設(shè)置如表2所列。

表2 串口設(shè)置

4 典型應(yīng)用

4.1 典型電路

由于“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)的串口與TTL電平兼容，故可直接與單片機(jī)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(jī)初始化主要對(duì)串口初始化，設(shè)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(shí)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(wù)程序

單片機(jī)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(jìn)行消息頭識(shí)別。不同消息具有不同的消息頭，可根據(jù)需要來(lái)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*hh<CR><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*55<CR><LF>

此消息共分13個(gè)部分，前面為消息頭，接著是時(shí)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(gè)量，也可全部接收下來(lái)再選擇所需參量。

識(shí)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(shí)別“$”

SJMP ENDT；

WORD1：CJNE A，#47H，WORDCLR；

SETB 21H.1； ；識(shí)別“G”

SJMP ENDT；

WORD2：CJNE A，#50H，WORDCLR；

SETB 21H.2； ；識(shí)別“P”

SJMP ENDT；

WORD3：CJNE A，#52H，WORDCLR；

SETB 21H.3； 識(shí)別“R”

SJMP ENDT；

WORD4：CJNE A，#4DH，WORDCLR；

SETB 21H.4； ；識(shí)別“M”

SJMP ENDT；

WORD5：CJNE A，#43H，WORDCLR；

SETB 21H.5； ；識(shí)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(yǔ)

“Jupiter”GPS/OEM接收機(jī)具有較高的準(zhǔn)確度。由于城市的高層建筑比較多，信號(hào)多徑傳輸明顯，因而沒(méi)有頂蓋或運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)媒體上運(yùn)行效果很好。城市有些高層方位會(huì)出現(xiàn)接收盲區(qū)（很小范圍），使用時(shí)應(yīng)該注意。

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