基于Motorola M12 GPS接收機實現繼電保護同步檢測(圖)

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 vvvvhhddntssrrvvvvvvc
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。