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GPS模塊的軟件、硬件結構與分析


  GPS模塊硬件設計時,通常將GPS模塊的串口1與單片機的串口相連接,模塊與天線的連接可以加一級前置放大器。天線可選用東芝天線,也可以專門定制。可選用LCD屏顯示經緯度、時間、高度等數據。電源采用4節堿性電池,易于更換。

 MCU可選用德州儀器的MSP430flash(F13X)系列。MSP430系列爲16位單片機,處理速度快,功耗低,體積小,適合在便攜式儀器上使用。同時,MSP430單片機支持C語言,易于編程。
 屏幕菜單采用字符型西文顯示,可縮短開發時間、降低成本,很適合于民用;也可以選用大屏幕彩色點陣液晶,它界面友好、美觀,但軟件工作量大,硬件成本高。鍵盤可選擇3個觸摸鍵,菜單功能全部可用軟件實現。因爲MSP430單片機的電源爲3.3V而TU-30的電源爲5V,所以需要用DC-DC電源轉換模塊進行處理。如果采用充電電池則還需要充電電路。GPS模塊與單片機的接口原理如圖所示。
 GPS模塊軟件結構
 下圖是GPS模塊的軟件流程圖。該軟件的編寫主要是設置GPS模塊與MCU之間的串口通信、參數顯示及人機接口。主要包括初始化、串口通信、數據處理、故障提示、顯示、鍵盤處理、電源管理等部分。其中初始化包括MSP430中各種寄存器的配置、串口相關參數配置(波特率,模式)及外圍電路(LCD、電源等設備檢測)的初始化等;
 串口通信包括數據發送、接收、校驗,通信故障提示等;數據處理主要是對接收數據的解碼、存儲和數據刷新等;故障提示包括設備故障、通信故障、電源故障等。電源管理主要是電源欠壓提示和當前電源狀態顯示。

  另外,設計時還應注意GPS模塊的天線要求,具體有以下兩點:

 (1)天線增益應爲30dB,阻抗應爲50Ω。
 (2)無線頻率信號環境方面要求,即RF輸入L1的載波頻率應爲10MHz,帶寬中心點應爲0dBW。

  GPS模塊導航設備的應用著重于多衛星系統、遠距離監控以及多功能顯示等方面。使用多衛星系統(如GNSS綜合導航定位系統)進行導航定位時,衛星較多可保證實時定位的精度與可靠性。
 此外,GPS模塊定位還受GPS網的限制,應用GPS衛星定位技術建立的控制網叫GPS網。歸納起來大致可分爲兩大類:一類是全球或全國性的高精度GPS網,這類GPS網中相鄰點的距離在數千公裏至上萬公裏,其主要任務是作爲全球高精度坐標框架或全國高精度坐標框架,以爲全球性地球動力學和空間科學方面的科學研究工作服務。另一類是區域性的GPS網,包括城市或礦區GPS網,GPS工程網等,這類網中的相鄰點間的距離爲幾公裏至幾十公裏,其主要任務是直接爲國民經濟建設服務。

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