基于WindowsCE的GPS数据导航系统

2007-03-09 19:03:27来源: 互联网
摘要:通过对FastraX公司生产的超低功耗iTrax02 GPS接收机模块的分析,介绍将GPS接收机和联想手持式PDA结合进行空间定位的硬件实现和软件设计方法。该系统体积小、功耗低,能快速、精确的对所处空间进行定位。 关键词:GPS接收机 定位PDA 引言 GPS是“Global Positioning System”,即“全球定位系统”的简称。GPS系统具有定位精度高、全天候、实时性、测站无须通视、使用方便等优点,并且所有结果均通过数据来实现,便于数字化管理。所以GPS已被广泛用于社会生活的各个领域,如工程、交通、气象、国防、水利、环保、安全保卫、定时等。 图1 自1994年美国全球定位系统(GPS)全部建成并投入运行以来。这一技术在短短的四年中,发展极为迅速。各种档次和型号的接收机应运而生,并投放市场。GPS的应用也进入与定位有关的领域,获得了巨大的经济效益和社会效益。我国从20世纪80年代起开始引进GPS接收机及其技术,目前GPS在我国也得到了全面广泛地应用。 GPS全部建成以后,它将昼夜不停地发送导航定位信息,在地球的任何地方和任何时间实现定位,其中最重要的设备就是用户接收机。GPS接收机是被动式全天候系统,只收不发信号,故不受卫星系统和地面控制系统的控制,用户数量也不受限制。GPS接收可以按照不同的要求进行分类,但总体来说分两大类:导航型和测地型。 导航型接收机结构简单、体积小、精度低、耗电省、价格便宜。一般采用单频C/A码伪码接收技术,定位精度几十米,常用于航空、航海和陆地的实时导航中。 图2 1 iTrax02 GPS接收机的性能特点 iTrax02 GPS接收机模块是芬兰FastraX公司生产 的超低功耗、极小体积的接收机模块。它适宜于便携式、手提式设备,只要求简单的外围电路,占用空间小,工件时间长。iTrax02 GPS接收机模块的内部结构框图如图1所示。其主要性能特点如下: *极小的PCB封装体积(26mm%26;#215;26mm%26;#215;4.7mm,包括射频部分和模块系统对外接口); *超低功率损耗,在连续工作状态下100mW@2.7V; *12信道并行接收机; *集成了20针QLP封装的射频前端芯片UN8021和144针BGA封装的基带处理芯片NU8031; *0.35Ucmos技术的标准ASIS(Application Specific Integrated System)结构; *极快信号获取的专门搜索引擎; 图3 *独有的、超低功耗、32MIPS、集成的16位DSP核; *实时操作系统控制(VSDSP RTOS)下类似于RISC的应用编程; *通用小型系统连接器(包括射频和I/O口); *片上存储器(X/Y数据和程序SRAM); *低功耗实时时钟; *16位通用输入输出口(GPIO),2个通用异步收发器(UART),拥有SPI总线接口; *双脉冲检测输入。 iTrax02接收模块共有40个引脚。 2 iTrax02 GPS接收机的接口信号 2.1 SPI接口 对iTrax02 GPS接收机来说,提供的SPI接口主要用于两个目的:①可用于通过外部的EEPROM来启动接收机;②控制射频前端芯片uN8021。对iTrax02来说,基带处理芯片uN8031永远是主设备,而其它有SPI接口的设备永远是从设备。 当通过外部的EEPROM来启动接收机时,实际数据或命令的时序关系如图2所示。 2.2 UART接口 iTrax02接收芯片带有2个UART接口,这2个接口支持不同的协议,均可用于串行通信。UART0口支持FastraX公司自行开发的iTALK协议,数据率是115.2kbps;UART1口支持通用的无线电NMEA协议,数据率是4.8kbps。iTrax02接收芯片是早期版本支持iTALK协议,新的版本统一改为支持NMEA协议。 2.3 GPIO接口信号 与外部接口有一个16bit的GPIO口可用,每一个GPIO信号都可以编程产生中断。一些GPIO接口信号是iTrax02 GPS接收机内部保留信号引脚,GPIO14和GPIO15内部保留用于启动方式的选择。 iTrax02 GPS接收机缺省启动方式是从内部的Flash启动,其它的启动方式可以通过对外部的相应配置来选择。GPIO13保留,用来控制内部LNA的开启;GPIO12保留,用来控制内部Flash的开启,GPIO11保留,用来接收外部的唤醒信号。引脚电平由1到0或由0到1来作为唤醒命令。 3 iTrax02 GPS接收机的应用电路 要使iTrax02 GPS模块正常工作,外部天线、Reset及供电电路也是必不可少的。而其天线的接入和与外围相关引脚的连接如图3所示。请注意:无源天线和有源天线只接其中之一即可。 3.1 供电设置 对iTrax02芯片来说,为让接收达到最后的结果,对射频部分和基带部分要分开供电,图4是供电部分的参考电路。DC-DC电源片用的是TI公司的TPS77127DGK和TPS77027,这2个电源片均可将5V转换为稳定的2.7V,满足iTrax02的低轼耗要求。在这里,用PS77127DGK还有一个好处就是可以提供RESET信号。此RESET信号和电源上电之间最少有200ms的延迟,可以完全满足iTrax02 GPS接收机对复位信号的要求,这样就大大简化了电路。有关TPS77127DGK和TPS77027更详细的介绍可参阅其详细的资料。 3.2 典型应用 硬件连接框图如图5所示。上电复位后,iTrax02 GPS接收机开始正常工作,通过UART0发数据。PDA接收到数据后,根据iTALK协议将有用数据解析出来,获取定位信息。 3.3 设计要点 在设计PCB板时,要考虑到接收模块和天线之间的阻抗匹配问题,PCB板上,推荐在无源天线和接口之间接一个50Ω的PCB带状线,其连接方式如图6所示。 这个50Ω带状线的宽度依靠PCB板的材料和厚度而定,以FR4板材(约1.5GHz)而言, 带状线的宽度应是板厚的2倍。如板厚是0.8mm,那么带状线的宽度应是1.6mm,依此类推,如图7所示。 ITrax02 GPS接收机还可以在38脚V_ANTENNA外接有源天线,有源天线的电压依所用的天线类型而定,而供应电流最大不能超过100mA。 4 软件实现方法 我们所用的手持式PDA是联想公司的XP天玑100,它所采用的操作系统是Windows CE。Windows CE是32位的多线程操作系统,具有能够使用各种设备的开放性体系。它整体紧凑,在小内存的情况下可提高性能,并具有伸缩性,能够支持未来的嵌入式移动或多媒体产品的开展潮流。它是微软公司的新成员,是基于掌上型电脑类电子设备的操作系统。它是一个抢先式多任务并具有强大通信能力的嵌入式操作系统。 iTrax02接收模块可以支持两种协议,在Windows CE的软件平台上开发支持iTALK协议(或NMEA协议)。软件的基本流程如图8所示。 结语 本系统在我们开发的车载导航系统中得到了应用,有效解决了功耗问题,操作方便,定位及时准确,所占空间小,效果良好。
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