基于Motorola M12 GPS接收機實現繼電保護同步檢測

硬件系統

該系統分為上位機和下位機兩大部分，M12作為定時模塊接入，其基本的框圖如圖1所示。
上位機是具有一定配置的PC機，AT89C58作為下位機主控CPU與上位機相連接，完成控制數據與信號數據的交互。與AT89C58相連的可以劃分為五個模塊，它們分別是：DDS(直接頻率合成)模塊，采用AD9852來實現；電流電壓輸出模塊，采用TMS320VC5402定點DSP來實現；同步定時模塊，采用M12 GPS接收器來實現；開入動作變化量檢測模塊，采用AT89C2051來實現；開出動作變化量計時模塊，采用8255定時器來實現。
本文主要介紹作為同步定時模塊的M12是如何與主控設備完成軟硬件連接，并且協調工作的。此處硬件的連接是通過標準異步串口來完成的，需要指出的是，M12的標準異步串行接口采用的是3V邏輯電平，而主控設備輸出的邏輯電平卻是5V，因此采用MAXIM公司生產的MAX3370作為邏輯電平轉換模塊，起到銜接的作用；主控設備與M12之間采用模擬串行通信。硬件連接簡單，主要功能由軟件來實現。M12的初始化編程以及定時數據的采集、比較、反饋的詳細過程見軟件實現。

模塊特點
M12接入系統如圖2所示。

該系統使用Motorola 公司生產的M21 GPS接收器作為定時源。M12接收器的并行通道已經擴展到12個，提供碼跟蹤和載波輔助跟蹤，可同時跟蹤12顆衛星，可串行輸出緯度、經度、高度、速度、航向和時間信息。M12接收器的核心硬件MRFIC1504是基于MMC2003的32位RISC控制器。M12接收器提供2.75～3.2V的電壓，支持逆向差分，可以通過設置差分基站的方法來改良定位效果。支持RTCM SC-104(美國海用無線電技術委員會)格式的差分功能，NAEA 0183(美國國家海洋電子學會)格式輸出，雙通信串口，用戶可控制的速度濾波器和一個天線檢測回路。用戶還可以選擇使用垂直于電路板或者是平行于電路板的數據/電源連接器。基本的控制流程如圖3所示。

在主控設備與M12通信過程中，建議采用其特有的Motorola二進制數據與指令格式，通信速率可以保證在9600bps(取決于M12)，而采用NMEA-0183格式時，通信速率只有4800bps，同時在初始化GPS時還需要加入由Motorola二進制轉化為NMEA-0183的指令，相比之下較為繁瑣，而Motorola二進制是默認通信模式。
在此設計當中，關鍵的環節在于兩個方面，一是M12的初始化，二是主控設備與M12之間采用的模擬串口通信是否可靠。對于M12初始化而言，重點在于理解Motorola二進制數據格式的結構，其次是設置初始化時間。實時時鐘是M12的特征之一，它用于縮小TTFF（捕獲時間），在主電源被切斷而后備電源工作時，數據和時間信息將被存儲在RTC寄存器中。因此存在初始化在GPS鎖定第一顆衛星之前，或是讓讓衛星自動搜索兩種初始化時間信息的方式。實踐證明，第一種方案得到的TTFF較小，所以建議采用。GPS默認提供的是GMT(格林威治時間)，因此用戶需要根據當地的情況設置時區的偏移量(中國為東8區，+8)。具備以上知識后，就可以從數據包中提取時間信息。此處選用短位置消息。

@@Hbmdyyhmsffffaaaaoooohhhhmmmm VVvvhhddntssrrvvvvvvCCR>LF>
下面僅僅分析它有關定時信息的部分。
實例如下。
@@Hb021C07D4092D280001121A000000000000 00000000000000000000000000000000000000016088 0000503035463039
轉化成16進制的數是021C07D4092D280001，對應的時間是2.28.2004.9:45:40:0001。
對于模擬串口而言，首先應當明確采用哪一種執行方式。其次，就是選定通信波特率。最后就是確定具體的硬件結構。這里采用起始位為1bit，終止位為1bit，無奇偶校驗位，波特率為9600，晶振頻率為11.0592MHz。處理流程如圖4所示。
MRXD代表一個1比特的位地址，它用于檢測串口通信起始位，終止位的有效性；MTXD代表一個1比特的位地址，它用于發送串口通信所需的起始位，終止位；CONT代表一個計數器，用于控制所發比特的個數。
源代碼。
PCON EQU 87H
HEAD EQU 20H
INT_OK BIT 08H
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0023h
LJMP RECIEVE
ORG 0100H
START: MOV PSW,#00H
MOV SP,#70H
MOV TMOD,#20H
MOV TH1,#0FAH
MOV TL1,#0FAH
MOV PCON.#80H
SETB EA
SETB TR1
SETB ES
SETB P1.0
CLR INT_OK
MOV SCON,#70H
MOV DPTR,#TAB1
MOV R7,#11H
SEND1： CLR A
MOVC A,@A+DPTR
MOV SBUF,A
SWAIT1： ；發送@@Gb數據幀，初始化時間偏移
JNB TI，SWAIT1
CLR TI
INC DPTR
DJNZ R7，SEND1
MOV DPTR，#TAB2
MOV R7，#08H
SEND2： CLR A
MOVC A ，@A+DPTR
MOV SBUF,A
SWAIT2： ；發送@@Hb數據幀，啟動GPS
JNB TI，SWAIT2
CLR TI
INC DPTR
DJNZ R7，SEND2
MOV R5，#00H
STOP_HERE： ；檢測接收到的數據幀是否有效
JNB INT_OK,STOP_HERE
MOV DPTR,#TAB3
MOV RO,#65H
MOV R7,#03H
TIME_1： ；與規定的時間相比較，相等時置中斷標志位
CLR A ；不相等時重新接收
MOVC A ,@A+DPTR
MOV @RO,A
INC RO
INC DPTR
DJNZ R7,TIME_1
MOV RO,#36H
MOV R1,#65H
MOV R7,#03H
ACALL CMP
CJNE A ,#00H,WAIT
CPL P1.0
WAIT： CLR INT_OK
AJMP STOP_HERE
RECIEVE： ；接收程序，完成接收，校驗，置中斷標志位的功能
PUSH PSW
PUSH ACC
CLR ES
CLR RI
MOV PSW,#08H
MOV A,SBUF
CJNE A ,#40H,STOP
RR1： JNB RI,RR1
CLR RI
MOV A ,SBUF
CJNE A ,#40H,STOP；前兩個字節若為@@繼續，
否則，跳出
MOV RO,#30H
MOV R7,#34H
RR2： JNB RI,RR2
CLR RI
MOV A ,SBUF
MOV @RO,A
INC RO
DJNZ R7,RR2
MOV RO,#30H
MOV R7,#30H
ACALL TEST
MOV A,@RO
CJNE A ,20H,STOP
SETB INT_OK；置中斷標志位
STOP： POP ACC
POP PSW
SETB ES
RETI
TEST： MOV A,@RO
MOV 20H,A
INC RO
TT1： MOV A,@RO
XRL 20H,A
INC RO
DJNZ R7,TT1
RET
CMP： MOV A ,@RO
MOV B,A
MOV A,@R1
CJNE A ,B,CMP1
INC R0
INC R1
DJNZ R7,CMP
MOV A,#00H
LJMP CMP3
CMP1： JC CMP2
MOV A,#OFFH
LJMP CMP3
CMP2： MOV A,#01H
CMP3： RET
TAB1： DB
40H,40H,47H,62H,01H,01H,07H,0D4H,0CH,00H,00H,00H,08H, 00H,0D9H,0DH.0AH
TAB2： DB 40H,40H,48H,62H,01H,2BH.0DH,0AH
TAB3： DB 0BH,10H,01H
END

總結
本文主要介紹了如何使用Motorola公司生產的M12 GPS接收器來完成繼電保護檢測裝置的異地雙端同步試驗，該模塊大大提高了繼電保護測試水平和工作效率，并且有效減少了人為誤差，防止了繼電保護及其安全自動裝置的不正確動作。