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GPS模块的软件、硬件结构与分析


  GPS模块硬件设计时,通常将GPS模块的串口1与单片机的串口相连接,模块与天线的连接可以加一级前置放大器。天线可选用东芝天线,也可以专门定制。可选用LCD屏显示经纬度、时间、高度等数据。电源采用4节碱性电池,易于更换。

 MCU可选用德州仪器的MSP430flash(F13X)系列。MSP430系列为16位单片机,处理速度快,功耗低,体积小,适合在便携式仪器上使用。同时,MSP430单片机支持C语言,易于编程。
 屏幕菜单采用字符型西文显示,可缩短开发时间、降低成本,很适合于民用;也可以选用大屏幕彩色点阵液晶,它界面友好、美观,但软件工作量大,硬件成本高。键盘可选择3个触摸键,菜单功能全部可用软件实现。因为MSP430单片机的电源为3.3V而TU-30的电源为5V,所以需要用DC-DC电源转换模块进行处理。如果采用充电电池则还需要充电电路。GPS模块与单片机的接口原理如图所示。
 GPS模块软件结构
 下图是GPS模块的软件流程图。该软件的编写主要是设置GPS模块与MCU之间的串口通信、参数显示及人机接口。主要包括初始化、串口通信、数据处理、故障提示、显示、键盘处理、电源管理等部分。其中初始化包括MSP430中各种寄存器的配置、串口相关参数配置(波特率,模式)及外围电路(LCD、电源等设备检测)的初始化等;
 串口通信包括数据发送、接收、校验,通信故障提示等;数据处理主要是对接收数据的解码、存储和数据刷新等;故障提示包括设备故障、通信故障、电源故障等。电源管理主要是电源欠压提示和当前电源状态显示。

  另外,设计时还应注意GPS模块的天线要求,具体有以下两点:

 (1)天线增益应为30dB,阻抗应为50Ω。
 (2)无线频率信号环境方面要求,即RF输入L1的载波频率应为10MHz,带宽中心点应为0dBW。

  GPS模块导航设备的应用着重于多卫星系统、远距离监控以及多功能显示等方面。使用多卫星系统(如GNSS综合导航定位系统)进行导航定位时,卫星较多可保证实时定位的精度与可靠性。
 此外,GPS模块定位还受GPS网的限制,应用GPS卫星定位技术建立的控制网叫GPS网。归纳起来大致可分为两大类:一类是全球或全国性的高精度GPS网,这类GPS网中相邻点的距离在数千公里至上万公里,其主要任务是作为全球高精度坐标框架或全国高精度坐标框架,以为全球性地球动力学和空间科学方面的科学研究工作服务。另一类是区域性的GPS网,包括城市或矿区GPS网,GPS工程网等,这类网中的相邻点间的距离为几公里至几十公里,其主要任务是直接为国民经济建设服务。

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