基于“Jupiter”GPS接收机的应用设计

摘要：本文分析了Rockwell公司的“Jupiter”GPS接收机的内部电路功能和性能特点，给出了其内部结构和引脚功能，提出了一个用“Jupiter”GPS实现定位系统电路的方案，并结合实际开发指出了设计参数的配置方法。

关键词：GPS接收机 单片机 串口通讯

1 概述

GPS （global positioning system）全球定位系统是利用美国24颗GPS地球卫星所发射的信息而进行导航、定位、授时等服务的系统。自1993年GPS系统向世界免费开放以来，得到了世界各地各行业的广泛应用。这种全球定位系统可以用于航空导航、航海导航、大地测量、石油地质勘探、地震预报、授时校准、自动校时、高程测量、时间同步、输变电工程、疏浚工程测量验收、车辆定位、车辆跟踪、车辆导向及防盗等领域。

Rockwell公司的“Jupiter”GPS/OEM接收机具有尺寸小、性能稳定等优良特征。可方便、自主地开发出各种GPS应用系统。

它具有如下特点：

●极其紧凑的GPS接收机尺寸：71mm×41mm×11mm；

●其射频输入为1575.42MHz，范围为-130dBw～-163dBw；

●具有12个并行卫星轨迹通道，能快速识别和再识别当前位置；

●支持真正的NEMA-0183数据格式；

●直接微分的RECMSC-104数据动态提供定位精确度；

●自适应门限检测，提高微弱信号的检测能力；

●其于SA的静态导航能力；

●可与过去的天线兼容，花费很小；

●3D到2D导航时能自动保持纬度；

●可以基于SPS获得最佳导航精确度；

●无初始化数据时可以自动开启冷启动程序；

●通过串行通讯，用户有很大的操作空间和配置能力；

●可接受用户通过主串口写入的初始化数据；

●具有三种启动方式：热启动、初始化、冷启动；

●用户可以选择卫星；

●用户可以选择卫星表面角；

●具有可选的RF连接头；

●最大测速可达500m/s；

●工作温度范围为-40℃～+85℃。

2 内部结构和引脚说明

图1 所示是“Jupiter”GPS/OEM接收机的内部结构图，它主要包括天线部分、接收部分、数据处理部分。这种接收器是通过两个串口与外部通讯的，串口 1为主串口，串口2为辅助串口（提供修正量）。其中，串口1为全双工方式，串口2为半双工方式。系统通过这两个串口同其外部器件或设备连接，也可以用软件编程或硬件设置来配置其串口特性。

接收数据的用户可以选择的存储方式有三种：SRAM、ROM、EEPROM。

接收机内部的一个10kHz的参考时钟输出和一个1pps（每秒一个脉冲）的时钟标输出可用来进行时钟同步，也可用于进行时钟校准。

系统可以通过RESET进行复位。

“Jupiter”GPS/OEM接收机采用20脚DIP封装，常用管脚的说明如表1所列。

表1 “Jupiter”GPS/OEM接收机主要管脚说明

管  脚 说    明 备      注 2 PWRIN_5 5V主电源 5 M_RST 复位输入（低电平有效） 7 GPIO2 NMEA协议选择 8 GPIO3 ROM缺省选择 11 SDO1 串口1输出 12 SDI1 串口1输入 15 SDI2 串口2输入 18 GND 地 19 TMARK 1PPS时钟标记输出 20 10kHz 10kHz时钟输出

3 数据格式和通讯设置

3.1 数据格式

“Jupiter”GPS/OEM接收机具有两种数据格式，一种是二进制方式，另一种是（也为ASCII码）方式，可通过设置GPIO2和GPIO3来选择不同的数据格式。选择不同的数据格式所对应的形式不同，消息长度和内容也不同。

二进制方式消息格式共有31种消息（其中14种输出消息，17种输入消息），每种消息必有一个消息头，且以“0xFF81”开始，数据段可选；NEMA方式消息格式共有11种消息（其中7种输出消息，4种输入消息），每种消息以“$”开头，以结束。前者消息长度比后者长，后者比前者消息种类少，可根据实际需要来选择。

3.2 通讯设置

“Jupiter”GPS/OEM接收机与外设连接，用串口来进行通讯。其串口设置如表2所列。

表2 串口设置

GPIO2 GPIO3 消息格式 主串口波特率（BPS） 奇偶 数据位 停止位 存储方式 0 0 NMEA 4800 无 8 1 ROM 0 1 NMEA 4800 无 8 1 SRAM/EEPROM 1 0 二进制 9600 无 8 1 ROM 1 1 二进制 9600 无 8 1 SRAM/EEPROM

4 典型应用

4.1 典型电路

由于“Jupiter”GPS/OEM接收机的串口与TTL电平兼容，故可直接与单片机的串口连接，具体连接电路如图2所示。

4.2 程序流程图

程序流程图如图3所示（假定为NEMA格式，即选择GPIO2=GPIO3=0）。

4.3 初始化程序

单片机初始化主要对串口初始化，设置波特率和串口工作方式。假定选择GPIO2=GPIO3=0，可将串口初始化为，串口方式1，定时器1置方式2，波特率为4800BPS，允许接收。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 中断服务程序

单片机可以采用中断方式接收GPS消息，收到中断后，为了挑选出有用的消息，可以先进行消息头识别。不同消息具有不同的消息头，可根据需要来选择，如RMC消息格式为：

$GPRMC，hhmmss.ss，a,llll.ll,a,yyyyy.yy,a,x.x,x.x,xxxxxx,x.x,a*hh

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

此消息共分13个部分，前面为消息头，接着是时间，经纬度，速度，高度，日期等消息。可以先判定消息头是否正确，然后再接收，既可局部接收某个量，也可全部接收下来再选择所需参量。

识别消息头程序如下：

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； ；识别“$”

SJMP ENDT；

WORD1：CJNE A，#47H，WORDCLR；

SETB 21H.1； ；识别“G”

SJMP ENDT；

WORD2：CJNE A，#50H，WORDCLR；

SETB 21H.2； ；识别“P”

SJMP ENDT；

WORD3：CJNE A，#52H，WORDCLR；

SETB 21H.3； 识别“R”

SJMP ENDT；

WORD4：CJNE A，#4DH，WORDCLR；

SETB 21H.4； ；识别“M”

SJMP ENDT；

WORD5：CJNE A，#43H，WORDCLR；

SETB 21H.5； ；识别“C”

SJMP ENDT；

WORD6；

......；数据接收与处理程序

WORDCLR：MOV 21H，#00H；

ENDT：RETI；

5 结束语

“Jupiter”GPS/OEM接收机具有较高的准确度。由于城市的高层建筑比较多，信号多径传输明显，因而没有顶盖或运动的运动媒体上运行效果很好。城市有些高层方位会出现接收盲区（很小范围），使用时应该注意。

这种GPS接收电路可以由硬件来设定模式，部分参数还可通过主串口送到接收电路进行设定，操作方便、灵活。本文介绍的电路及设定参数都经过了实践检验，数据接收稳定，误差小。