m,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字形式来实现,便于数字化管理,因而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。目前,GPS的应用已进入与定位有关的领域,并获得了巨大的经济效益和社会效益。我国从肋年代起开始引进GPS接收机及其技术,目前GPS也在我国得到了全面广泛地应用。 GPS的作用是昼夜不停地发送导航定位信息,以在地球的任何地方和任何时间实现定位。这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,对信号只收不发,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接收机可以按照不同的要求进行分类,但总起来说,可分两大类:导航型和测地型。

  导航型接收机结构简单、体积小、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,可用于航空、航海和陆地的实时导航。本文将介绍一种基于iTrax02的GPS接收机模块和联想公司手持式设备PDA一起实现导航定位的系统。该方法硬件设计简单,精度高,功耗低,能满足实时定位要求。

  iTrax02GPS接收机模块是芬兰FastraX公司生产的超低功耗、小体积接收机模块,适宜于便携式、手提式设备,它只需要连接简单的外围电路即可工作,而且占用空间小,工作时间长。iTrax02GPS接收机模块的内部结构框图如图1所示。iTrax02接收模块共有40个管脚。各管脚功能见表1所列。

  极小的PCB封装体积(26mm×26mm×4.7mm包括射频部分和模块系统对外接口);

  集成有20脚QLP封装的射频前端芯片UN8021和144脚BGA封装的基带处

  具有16比特通用输入输出口(GPIO)以及2个通用异步收发报机口(UART),同时具有SPI总线接口;

  对iTrax02 GPS接收机来说,其SPI接口主要有两个作用:第一是通过外部的EEPROM来启动接收机,第二是控制射频前端芯片UN8021。对iTrax02来说,基带处理芯片UN8031永远是主设备,其它的有SPI接口的设备永远是从设备。

  iTrax02接收机芯片带有两个UART接口,这两个接口可支持不同的协议,且均可用于串行通信。UART 0口支持FastraX公司自行开发的iTALK协议,其数据率为115.2kbps;UART l口则支持通用的无线电NMEA协议,它的数据率为4.8kbps。iTrax02接收芯片的早期版本支持iTALK协议,新的版本则统一改为支持NMEA协议。

  iTrax02与外部接口中有一个16bit的GPIO口,每一个GPIO信号都可以编程产生中断。一些GPIO接口信号是iTrax02GPS接收机内部的保留信号管脚,其中内留的GPl014和GPl015可用于启动方式的选择,具体用法如表2所列。

  iTrax02GPS接收机的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。GPl013用来控制内部LNA的开启,GPl012用来控制内部FLASH的开启,GPl011则用来接收外部的唤醒信号,引脚电平由1到0或由0到1的跳变均可作为唤醒命令。

  要使iTrax02GPS模块正常工作,其外部天线、Reset及供电电路是必不可少的。其天线的接人和外围相关引脚的连接见图3所示。请注意:无源天线和有源天线只接其中之一即可。

  为了让接收达到最好的效果,对iTrax02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芯片可选用TI公司的TPS77127DGK和TPS77027,这两个电源芯片均可将5V电压转换为稳定的2.7V电压,并可满足iTrax02的低功耗要求。用TPS77127DGK的另一个好处是可以提供一个RESET复位信号,此RESET信号和电源上电之间最少有200ms的延迟,因此,完全可以满足iTrax02GPS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的详细情况可参阅其它相关资料。

  图5所示是该GPS接收机的硬件系统连接框图,它在上电复位后,iTrax02GPS接收机即可开始正常工作,并可通过UART0发送数据,当PDA接收到数据后,即可根据iTALK协议将有用数据解析出来,以获取定位信息。

  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。在PCB板上,推荐在无源天线Ω的PCB带状线Ω的带状线的宽度依靠PCB板的材料和厚度而定,对于FR4板材(约1.5GHz)而言,其带状线mm,那么带状线mm,依此类推。

  实际上,同样也可以在iTrax02GPS接收机的38脚V_ANTENNA上外接有源天线,有源天线的电压依所用的天线类型而定,但供应电流最大不能超过100mA。

  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,是一种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发展潮流。它是微软公司的新产品,是基于掌上型电脑类电子设备的操作系统,同时也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接收模块能够支持两种协议。笔者在Windows CE的软件平台上开发的可支持iTALK协议(或NMEA协议)的软件基本流程如图6所示。

  通过将本GPS接收机模块用于车载导航系统的具体实践证明:该模块可有效解决功耗问题,而且操作方便,定位及时准确,所占空间小,效果良好。

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