基于“Jupiter”GPS接收機的應用設計
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關鍵詞：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地球衛星所發射的信息而進行導航、定位、授時等服務的系統。自1993年GPS系統向世界免費開放以來，得到了世界各地各行業的廣泛應用。這種全球定位系統可以用于航空導航、航海導航、大地測量、石油地質勘探、地震預報、授時校準、自動校時、高程測量、時間同步、輸變電工程、疏浚工程測量驗收、車輛定位、車輛跟蹤、車輛導向及防盜等領域。
Rockwell公司的“Jupiter”GPS/OEM接收機具有尺寸小、性能穩定等優良特征?？煞奖恪⒆灾鞯亻_發出各種GPS應用系統。
它具有如下特點：
●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數據動態提供定位精確度；
●自適應門限檢測，提高微弱信號的檢測能力；
●其于SA的靜態導航能力；
●可與過去的天線兼容，花費很小；
●3D到2D導航時能自動保持緯度；
●可以基于SPS獲得最佳導航精確度；
●無初始化數據時可以自動開啟冷啟動程序；
●通過串行通訊，用戶有很大的操作空間和配置能力；
●可接受用戶通過主串口寫入的初始化數據；
●具有三種啟動方式：熱啟動、初始化、冷啟動；
●用戶可以選擇衛星；
●用戶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，它主要包括天線部分、接收部分、數據處理部分。這種接收器是通過兩個串口與外部通訊的，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。系統通過這兩個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配置其串口特性。
接收數據的用戶可以選擇的存儲方式有三種：SRAM、ROM、EEPROM。
接收機內部的一個10kHz的參考時鐘輸出和一個1pps（每秒一個脈沖）的時鐘標輸出可用來進行時鐘同步，也可用于進行時鐘校準。
系統可以通過RESET進行復位。
“Jupiter”GPS/OEM接收機采用20腳DIP封裝，常用管腳的說明如表1所列。
表1 “Jupiter”GPS/OEM接收機主要管腳說明
| 管 腳 | 說 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時鐘標記輸出 |
| 20 | 10kHz | 10kHz時鐘輸出 |
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，一種是二進制方式，另一種是（也為ASCII碼）方式，可通過設置GPIO2和GPIO3來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，消息長度和內容也不同。
二進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），每種消息必有一個消息頭，且以“0xFF81”開始，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“$”開頭，以CR>LF>結束。前者消息長度比后者長，后者比前者消息種類少，可根據實際需要來選擇。
3.2 通訊設置
“Jupiter”GPS/OEM接收機與外設連接，用串口來進行通訊。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 | 8 | 1 | ROM |
| 0 | 1 | NMEA | 4800 | 無 | 8 | 1 | SRAM/EEPROM |
| 1 | 0 | 二進制 | 9600 | 無 | 8 | 1 | ROM |
| 1 | 1 | 二進制 | 9600 | 無 | 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，可以先進行消息頭識別。不同消息具有不同的消息頭，可根據需要來選擇，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：
$GPRMC，185203，A，3339.7332，N，11751.7589，W，0.000，121.7，160496，13.8，E*55CR>LF>
此消息共分13個部分，前面為消息頭，接著是時間，經緯度，速度，高度，日期等消息?？梢韵扰卸ㄏ㈩^是否正確，然后再接收，既可局部接收某個量，也可全部接收下來再選擇所需參量。
識別消息頭程序如下：
JB 21H.5，WORD6；
JB 21H.4，WORD5；
JB 21H.3，WORD4；
JB 21H.2，WORD3；
JB 21H.1，WORD2；
JB 21H.0，WORD1；
CJNE A，#24H，WORDCLR；
SETB 21H.0； ；識別“$”
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
“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，因而沒有頂蓋或運動的運動媒體上運行效果很好。城市有些高層方位會出現接收盲區（很小范圍），使用時應該注意。
這種GPS接收電路可以由硬件來設定模式，部分參數還可通過主串口送到接收電路進行設定，操作方便、靈活。本文介紹的電路及設定參數都經過了實踐檢驗，數據接收穩定，誤差小。
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