GPS模塊在打鈴控制器中的應用

摘要：設計了基于GPS集成模塊和單片機最小系統的自動(dòng)校時(shí)打鈴控制器。單片機通過(guò)對GPS集成模塊E531的串行口進(jìn)行數據采集，得到實(shí)時(shí)格林威治時(shí)間，然后經(jīng)過(guò)時(shí)區調整轉換為標準北京時(shí)間。將其作為打鈴控制器的時(shí)間基準對系統本地時(shí)鐘DS1302進(jìn)行校準。在GPS有效捕獲衛星信號時(shí)可以及時(shí)得到標準時(shí)間，當GPS模塊捕獲衛星信號失效時(shí)可以通過(guò)本地時(shí)鐘繼續工作，這樣既保持了時(shí)間的準確性又保證了控制器工作的連續性。
關(guān)鍵詞：GPS；打鈴控制器；格林威治時(shí)間；單片機；本地時(shí)鐘

定時(shí)打鈴器廣泛應用于工廠(chǎng)、車(chē)站、學(xué)校、機關(guān)、部隊等企事業(yè)單位實(shí)現作息打鈴。目前打鈴控制系統主要有兩種形式，一種為使用計算機聲卡輸出打鈴信號，利用串口控制打鈴設備的電源。另一種以單片機為核心輔助時(shí)鐘芯片構成的定時(shí)打鈴器。由于計算機控制的打鈴器使用的靈活性差及價(jià)格較高因此市場(chǎng)占有率較低，而單片機最小系統構成的打鈴器使用靈活且操作方便因此在市場(chǎng)中具有很大的優(yōu)勢。目前單片機為核心的打鈴器主要利用時(shí)鐘芯片作為定時(shí)基準，因此時(shí)鐘芯片晶振選擇的好壞直接影響到時(shí)間精度，但即使選擇再好的晶振系統總是存在誤差。隨著(zhù)時(shí)間的推移累積誤差將越來(lái)越大，因此要求隔一段時(shí)間對時(shí)鐘必須進(jìn)行手動(dòng)校準。這樣無(wú)形中增加了打鈴器的應用復雜性，也給人們對打鈴器的信任度大打折扣。為了解決該問(wèn)題本文提出了一種利用GPS信號作為時(shí)鐘基準源的方案，它省去了人為校時(shí)，并始終和北京基準時(shí)間處于基本同步狀態(tài)。

1 控制器結構總體設計
系統以C8051F330D為主控芯片，供電范圍為2．7～3．6 V，集成有24．54 MHz可±2％的精度調節的振蕩器，同時(shí)內置8k Flash存儲器和768字節的數據存儲器不需外擴存儲芯片，可方便地構成單片機最小系統。系統結構如圖1所示。

單片機讀取E531數據從而獲得標準的格林威治時(shí)間，將格林威治時(shí)間加上八小時(shí)即得到標準的北京時(shí)間。用該時(shí)間對DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片校時(shí)，這樣DS1302的時(shí)鐘始終不會(huì )偏離標準北京時(shí)間。當系統電源停止時(shí)DS1302利用備用電源在低功耗下計時(shí)，一旦系統上電DS1302會(huì )得到新的校時(shí)信息，從而保證了時(shí)間的連續性和準確性。打鈴驅動(dòng)部分采用繼電器輸出，這樣可以適應不同的電鈴電源接口。

2 硬件結構設計
2．1 系統電源設計
考慮到打鈴器的使用方便，系統電源由交流220 V供電，內部通過(guò)開(kāi)關(guān)電源得到DC5V電源。系統中打鈴控制繼電器由DC5V供電，C8051F 330D單片機、DS1302和E531模塊均為3．3 V電源。電路中采用低壓差線(xiàn)性穩壓芯片AS1117—33CX作為電源轉換模塊，其電路如圖2所示。輸入DC5V電壓輸出直流3．3 V最大電流負載為800 mA，其內部主要由啟動(dòng)、偏置和過(guò)熱過(guò)流保護電路以及功率管及其驅動(dòng)電路組成。當系統電流大于1．4 A或芯片溫度大于140℃時(shí)電源將自動(dòng)進(jìn)行過(guò)流和過(guò)熱保護可以保證后級芯片和電路的安全。

2．2 控制器時(shí)間基準電路設計
控制器時(shí)間基準主要由GPS接收模塊和時(shí)鐘芯片DS1302兩部分電路組成。GPS即全球定位系統，主要由空間部分、控制部分和用戶(hù)部分組成。用戶(hù)部分是各種定位工具的主要構成核心也就是常說(shuō)的GPS接收模塊。按照接收模塊的不同用途主要分為測地型型接收模塊、導航型接收模塊和定時(shí)型接接收模塊。在本控制器中采用GPS接收模塊E531用作定時(shí)型方式。E531為12通道的GPS接收模塊，可以同時(shí)跟蹤多達12顆GPS衛星；它具有兩個(gè)CMOS電氣特性的串行接口，波特率可由軟件設置為4 800、9 600、19 200等；串口0輸入輸出為NMEA0183協(xié)議的ASCII語(yǔ)句，串口1為二進(jìn)制協(xié)議。E531的接口定義如圖3所示，單片機僅需與其中的串口0的TX0、RX0、復位和硬件喚醒4根連線(xiàn)即可。