CDMA無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在自動(dòng)授時(shí)中的應(yīng)用

自動(dòng)授時(shí)的常用器件主要有GPS 授時(shí)模塊和長(zhǎng)波電臺(tái)授時(shí)模塊2 種。市場(chǎng)上常見(jiàn)的GPS 授時(shí)模塊的局限性在于無(wú)法在室內(nèi)沒(méi)有衛(wèi)星信號(hào)的地點(diǎn)使用，而長(zhǎng)波電臺(tái)授時(shí)模塊的不足是成本高、服務(wù)費(fèi)用高。采用CDMA 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)作為授時(shí)信號(hào)源可以很好地解決這些問(wèn)題，其授時(shí)精度與GPS 相差無(wú)幾且CDMA 授時(shí)服務(wù)免費(fèi)，是一種很好的替代方案。

　　首先分析了CDMA 授時(shí)信號(hào)用于單片機(jī)的可行性及其準(zhǔn)確性，同時(shí)給出了總體的硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。
 

　　通過(guò)制作實(shí)物，較好地達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。

　　1   CDMA 授時(shí)信號(hào)方法與應(yīng)用

　　1.1   CDMA授時(shí)信號(hào)的接收

　　CDMA 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的關(guān)鍵在于精準(zhǔn)的時(shí)鐘標(biāo)準(zhǔn)，而世界上大多數(shù)精確的授時(shí)標(biāo)準(zhǔn)都使用GPS 時(shí)鐘進(jìn)行授時(shí)。CDMA 基站在獲取GPS 授時(shí)信號(hào)后將其搭載在CDMA 頻段上發(fā)射出去，這也是CDMA 手機(jī)無(wú)時(shí)間調(diào)整選項(xiàng)的原因。AnyData 公司的DTGS800 CDMA 模塊是一款用于CDMA 研發(fā)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K,可以執(zhí)行AT CDMA 指令。通過(guò)使用此模塊即可以實(shí)現(xiàn)CDMA 授時(shí)信號(hào)的接收。

　　1.2   CDMA 模塊與單片機(jī)的通信

　　DTGS 800 CDMA 模塊可使用標(biāo)準(zhǔn)的RS 232 電平信號(hào)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與CDMA 模塊的數(shù)據(jù)通信。單片機(jī)通過(guò)發(fā)出AT + TIME? 指令詢(xún)問(wèn)CDMA 模塊當(dāng)前時(shí)間，CDMA 模塊在接收到此信號(hào)并且有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的情況下就可以返回給單片機(jī)以時(shí)間、日期、星期等信息，從而實(shí)現(xiàn)授時(shí)信號(hào)的獲取。

　　其計(jì)時(shí)精度經(jīng)過(guò)在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)，與國(guó)家天文授時(shí)臺(tái)提供的北京時(shí)間一致，誤差不超過(guò)1s/ h。

　　1.3   授時(shí)信號(hào)的分析與應(yīng)用

　　CDMA 模塊傳回的時(shí)間信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的ASCII碼，通過(guò)編程很容易實(shí)現(xiàn)信息的分析與處理。單片機(jī)將分析處理后的時(shí)間信息授給DS1302 時(shí)鐘芯片,DS1302 接收到初始的時(shí)間后開(kāi)始計(jì)時(shí)同時(shí)將時(shí)間實(shí)時(shí)地通過(guò)串口傳回單片機(jī)以供外部設(shè)備使用。

　　2   系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1   系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

　　2. 1. 1   CDMA 授時(shí)模塊設(shè)計(jì)

　　DTGS 800 CDMA 模塊是AnyData 公司的CDMA模塊中同類(lèi)型產(chǎn)品中體積最小，速度最快，功能最齊全的模塊，可成功用于本設(shè)計(jì)中。主要特點(diǎn)有: 標(biāo)準(zhǔn)的RS 232C 接口、工作頻段800 MHz、數(shù)據(jù)傳輸率高達(dá)153 kbps、可通過(guò)AT 命令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、外部重啟功能等。DTGS 800 CDMA 模塊典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1  DTGS 800 典型應(yīng)用示意圖

　　DTGS 800 CDMA 模塊主要的接口有: 通用異步串行口UART、通用I/O 口GPIO、編解碼器接口CODEC、用戶(hù)接口User Interface、PM 接口。詳細(xì)介紹如下:

　?、偻ㄓ卯惒酱锌赨ART，串行數(shù)據(jù)的通信符合標(biāo)準(zhǔn)RS 232 接口協(xié)議。UART2 除了作為串行口外，還可以做用戶(hù)識(shí)別模塊(UIM) 卡接口;

　?、谕ㄓ肐/O 口GPIO 可配置成輸入中斷源。此外，一些GPIO 引腳也可用于輸出控制引腳;

　?、劬幗獯a器接口CODEC。模擬音頻接口電路,可支持會(huì)話(huà)及音頻放大，用于耳機(jī)輸入，*和輔助音頻輸出;

　　④PM 接口具有外部硬件復(fù)位控制和掉電存儲(chǔ)功能。有2 種方式可以重啟模塊。第1 種方法是:發(fā)送AT+ RESET 命令到主處理器; 第2 種方法是:憑借外部硬件復(fù)位。DTGS 800 CDMA 模塊還具有掉電存儲(chǔ)功能。在掉電之前，會(huì)發(fā)送掉電信息AT+POWEROFF 命令到CDMA 基站，以使其存儲(chǔ)能力最長(zhǎng)可保持12 s;

　　⑤用戶(hù)接口User Interface 包括5* 6 的鍵盤(pán)接口和8 / 16 位并行LCD 顯示接口。

　　2. 1. 2   DS1302 計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)

　　DS1302 時(shí)鐘芯片是DALLAS 公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31 字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI 三線(xiàn)接口與CPU 進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM 數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小于31 天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。系統(tǒng)的主要計(jì)時(shí)功能由此模塊完成，當(dāng)按下人工授時(shí)按鍵或系統(tǒng)自動(dòng)查詢(xún)時(shí)間后，可以將授時(shí)的精確時(shí)間信息寫(xiě)入此芯片中，由此芯片繼續(xù)計(jì)時(shí)。與單片機(jī)連接電原理圖如圖2 所示。

圖2  ATmega16 與DS1302 連接電原理圖系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì) #e#　

　2.2   系統(tǒng)總體硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)以Atmega16 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為處理核心，以DTGS 800 CDMA 模塊作為授時(shí)信號(hào)源，以DS1302 時(shí)鐘芯片作為輔助計(jì)時(shí)模塊。

　　系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，單片機(jī)首先查詢(xún)CDMA 模塊的信號(hào)情況，當(dāng)確認(rèn)CDMA 信號(hào)存在后，發(fā)出查詢(xún)時(shí)間指令并確認(rèn)返回時(shí)間信息，接著將獲取得時(shí)間信息進(jìn)行分析處理并初始化DS1302 時(shí)鐘芯片，最后將時(shí)間信息通過(guò)串口發(fā)給外部設(shè)備。

　　采用ATmega16 作為中央處理器是因?yàn)槠渚哂? 個(gè)串口通信端口以滿(mǎn)足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需要。使用DS1302時(shí)鐘芯片作為為系統(tǒng)的主計(jì)時(shí)芯片，這樣就可以使DTGS 800 CDMA 模塊處于待機(jī)狀態(tài)從而達(dá)到減小系統(tǒng)的功耗的目的。鍵盤(pán)按鍵主要完成系統(tǒng)復(fù)位、人工授時(shí)、手動(dòng)調(diào)整時(shí)間等功能。系統(tǒng)組成如圖3 所示。

圖3  系統(tǒng)硬件組成框圖

　　3   系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，各模塊進(jìn)行初始化。ATmega16 打開(kāi)串口向DTGS 800 CDMA 模塊發(fā)出查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)指令“ AT+ CAD?”同時(shí)開(kāi)啟鍵盤(pán)按鍵I/O 中斷，當(dāng)查詢(xún)返回值為% OK&即網(wǎng)絡(luò)可用時(shí)，再發(fā)出時(shí)間查詢(xún)指令“AT + TIME?”，否則將繼續(xù)查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)情況。

　　DTGS 800 CDMA 模塊收到“ AT+ TIME?”查詢(xún)指令后向單片機(jī)返回時(shí)間信息，單片機(jī)對(duì)時(shí)間信息進(jìn)行分析處理并將處理后的時(shí)間信息通過(guò)SPI 通信對(duì)DS1302 時(shí)鐘芯片進(jìn)行初始化時(shí)間設(shè)置，此時(shí)系統(tǒng)就以DS1302 時(shí)鐘芯片作為系統(tǒng)的主計(jì)時(shí)器并由單片機(jī)讀取其時(shí)間信息，再由單片機(jī)通過(guò)串口將時(shí)間信息發(fā)給外部設(shè)備。系統(tǒng)每小時(shí)進(jìn)行一次自動(dòng)授時(shí)也可以通過(guò)獲取外部中斷進(jìn)行人工授時(shí)。

　　軟件流程如圖4 所示。

圖4  軟件設(shè)計(jì)流程圖

　　4   結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)傳統(tǒng)的授時(shí)源室內(nèi)信號(hào)差、成本高等問(wèn)題,對(duì)CDMA 無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)在自動(dòng)授時(shí)上的應(yīng)用進(jìn)行了研究，采用Atmega16 單片機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了自動(dòng)授時(shí)源，并成功運(yùn)用到萬(wàn)年歷、電子時(shí)鐘等系統(tǒng)中，實(shí)踐證明了本設(shè)計(jì)方案合理可行，能滿(mǎn)足一般的計(jì)時(shí)系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的精確性和實(shí)時(shí)性的要求。該設(shè)計(jì)具有室內(nèi)信號(hào)好、自動(dòng)智能授時(shí)、低成本、低功耗等特點(diǎn)，有一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。