基于“Jupiter”GPS接收機的應用設計
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關(guān)鍵詞：GPS接收機 單片機 串口通訊
1 概述
GPS （global positioning system）全球定位系統是利用美國24顆GPS地球衛星所發(fā)射的信息而進(jìn)行導航、定位、授時(shí)等服務(wù)的系統。自1993年GPS系統向世界免費開(kāi)放以來(lái)，得到了世界各地各行業(yè)的廣泛應用。這種全球定位系統可以用于航空導航、航海導航、大地測量、石油地質(zhì)勘探、地震預報、授時(shí)校準、自動(dòng)校時(shí)、高程測量、時(shí)間同步、輸變電工程、疏浚工程測量驗收、車(chē)輛定位、車(chē)輛跟蹤、車(chē)輛導向及防盜等領(lǐng)域。
Rockwell公司的“Jupiter”GPS/OEM接收機具有尺寸小、性能穩定等優(yōu)良特征?？煞奖?、自主地開(kāi)發(fā)出各種GPS應用系統。
它具有如下特點(diǎn)：
●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(gè)并行衛星軌跡通道，能快速識別和再識別當前位置；
●支持真正的NEMA-0183數據格式；
●直接微分的RECMSC-104數據動(dòng)態(tài)提供定位精確度；
●自適應門(mén)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(guò)去的天線(xiàn)兼容，花費很??；
●3D到2D導航時(shí)能自動(dòng)保持緯度；
●可以基于SPS獲得最佳導航精確度；
●無(wú)初始化數據時(shí)可以自動(dòng)開(kāi)啟冷啟動(dòng)程序；
●通過(guò)串行通訊，用戶(hù)有很大的操作空間和配置能力；
●可接受用戶(hù)通過(guò)主串口寫(xiě)入的初始化數據；
●具有三種啟動(dòng)方式：熱啟動(dòng)、初始化、冷啟動(dòng)；
●用戶(hù)可以選擇衛星；
●用戶(hù)可以選擇衛星表面角；
●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 內部結構和引腳說(shuō)明
圖1 所示是“Jupiter”GPS/OEM接收機的內部結構圖，它主要包括天線(xiàn)部分、接收部分、數據處理部分。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。系統通過(guò)這兩個(gè)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(lái)配置其串口特性。
接收數據的用戶(hù)可以選擇的存儲方式有三種：SRAM、ROM、EEPROM。
接收機內部的一個(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。
系統可以通過(guò)RESET進(jìn)行復位。
“Jupiter”GPS/OEM接收機采用20腳DIP封裝，常用管腳的說(shuō)明如表1所列。
表1 “Jupiter”GPS/OEM接收機主要管腳說(shuō)明
| 管 腳 | 說(shuō) 明 | 備 注 |
| 2 | PWRIN_5 | 5V主電源 |
| 5 | M_RST | 復位輸入（低電平有效） |
| 7 | GPIO2 | NMEA協(xié)議選擇 |
| 8 | GPIO3 | ROM缺省選擇 |
| 11 | SDO1 | 串口1輸出 |
| 12 | SDI1 | 串口1輸入 |
| 15 | SDI2 | 串口2輸入 |
| 18 | GND | 地 |
| 19 | TMARK | 1PPS時(shí)鐘標記輸出 |
| 20 | 10kHz | 10kHz時(shí)鐘輸出 |
3 數據格式和通訊設置
3.1 數據格式
“Jupiter”GPS/OEM接收機具有兩種數據格式，一種是二進(jìn)制方式，另一種是（也為ASCII碼）方式，可通過(guò)設置GPIO2和GPIO3來(lái)選擇不同的數據格式。選擇不同的數據格式所對應的形式不同，消息長(cháng)度和內容也不同。
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，數據段可選；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>結束。前者消息長(cháng)度比后者長(cháng)，后者比前者消息種類(lèi)少，可根據實(shí)際需要來(lái)選擇。
3.2 通訊設置
“Jupiter”GPS/OEM接收機與外設連接，用串口來(lái)進(jìn)行通訊。其串口設置如表2所列。
表2 串口設置
| GPIO2 | GPIO3 | 消息格式 | 主串口波特率（BPS） | 奇偶 | 數據位 | 停止位 | 存儲方式 |
| 0 | 0 | NMEA | 4800 | 無(wú) | 8 | 1 | ROM |
| 0 | 1 | NMEA | 4800 | 無(wú) | 8 | 1 | SRAM/EEPROM |
| 1 | 0 | 二進(jìn)制 | 9600 | 無(wú) | 8 | 1 | ROM |
| 1 | 1 | 二進(jìn)制 | 9600 | 無(wú) | 8 | 1 | SRAM/EEPROM |
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(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)行消息頭識別。不同消息具有不同的消息頭，可根據需要來(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*hhCR>LF>
例如，接收到的消息如下：
$GPRMC，185203，A，3339.7332，N，11751.7589，W，0.000，121.7，160496，13.8，E*55CR>LF>
此消息共分13個(gè)部分，前面為消息頭，接著(zhù)是時(shí)間，經(jīng)緯度，速度，高度，日期等消息?？梢韵扰卸ㄏ㈩^是否正確，然后再接收，既可局部接收某個(gè)量，也可全部接收下來(lái)再選擇所需參量。
識別消息頭程序如下：
JB 21H.5，WORD6；
JB 21H.4，WORD5；
JB 21H.3，WORD4；
JB 21H.2，WORD3；
JB 21H.1，WORD2；
JB 21H.0，WORD1；
CJNE A，#24H，WORDCLR；
SETB 21H.0； ；識別“$”
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；
......；數據接收與處理程序
WORDCLR：MOV 21H，#00H；
ENDT：RETI；
5 結束語(yǔ)
“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(méi)有頂蓋或運動(dòng)的運動(dòng)媒體上運行效果很好。城市有些高層方位會(huì )出現接收盲區（很小范圍），使用時(shí)應該注意。
這種GPS接收電路可以由硬件來(lái)設定模式，部分參數還可通過(guò)主串口送到接收電路進(jìn)行設定，操作方便、靈活。本文介紹的電路及設定參數都經(jīng)過(guò)了實(shí)踐檢驗，數據接收穩定，誤差小。
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