GPS全球定位系统的开发及数据通信在手机中的应用

GPS全球定位系统的开发及数据通信在手机中的应用 GPS全球定位系统的开发及数据通信在手机中的应 用 GPS全球定位系统的开发及数据通信 在手机中的应用 周 峰 (苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104) 【摘 要】文章介绍了GPS系统在手机中的实际开发应用，以及GPS的数据通信的关键算法。 【关键词】GPS;数据通信;NMEA 【中图分类号】TN914.3 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2010)11-0038-02 (一)引言 完整的解决 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。该公司成立于1995 年，2001 年的销售额 为了满足军事应用和民间用户提出的更高要求，美国于为1500 万美元，2005 年增长到16520 万美元，2006 年上半1973年开始研制一种新的卫星导航系统，叫做导航性全球定年则比2005 年同期增长69%，预计2006年销售额达到2.8 亿位系统(Navstar Global Positioning System),简称GPS美元，5 年间销售额增长近20 倍。代表产品:基于系统或者导航星(Navstar)。 Navstar是Navigation SiRFstarIII 架构的芯片GSC3e/LP 与GSC3f/LP、GSC3LT 与Satellite Timing and Ranging的缩写，其含义是用导航卫GSC3LTf、GSC3LTi and GSC3Ltif，基于SiRF Instant 架构星来进行计时和测距。1978年以来，一些北大西洋公约组织的GSCi-5000。 的国家和澳大利亚也参加了GPS计划。 基于SiRF starIII 架构的新芯片组配备20 万个相关器 GPS可以在全球范围内，全天候为海上，陆上，空中，空等，具有-159dBm 顶尖的接收灵敏度和低功耗，为便携式和间的用户连续地提供高精度的位置，速度和时间信息。并且无线产品制造商提供了低功耗的GPS 解决方案。针对不同的有良好的抗干扰和保密性能。对导航定位，交通管制，大地应用，SiRF starIII 产品在尺寸、功耗、性能上做了不同的测量。以及精密授时等均有重要的意义。美国把发展GPS系优化，带有"f"标号的产品集成了闪存。 统作为促进整个无线电导航现代化的核心，把建成GPS系统这些新产品是SiRF 在2004 年2 月推出的"GSC3f"与"GSC3"作为无线电导航领域进入二十一世纪的重要标准。 的低功耗升级产品。 GPS系统能在全球范围内提供高精度的位置，速度和时间 信息，所以在军事和民间方面应用非常广泛。在我国，GPS 的应用得到的大量的发展，特别是在民用方面，这几年，GPS 嵌入在便携设备特别是手机中，由于其便携性和手机系统的 普及和快速发展，得到了大量的普及，本文也是在这样的背 景下产生的。 (二)GPS的系统结构 1.GPS方案选择 GPS 系统最初定位于军事、航空、航海等专业领域，但 近年来随着技术的发展，体积、功耗和成本都得到极大改善， 同时也受到消费者需求和政府法规的推动，GPS 系统在民用 市场开始显山露水，已在汽车导航系统和手持设备中得到了 广泛的应用。 一台GPS 设备关键的元件有天线、低噪音放大器(LNA)、 射频接收转换(RF Section)、数字部分(也称数字基带， Digital Baseband)、微处理器(Microprocessor)、微处理器 周边外设(Processor Peripherals)、输入输出和驱动 (I/OandDriver)等几个部分。芯片提供商也强手如云，包括 SiRF、u-blox、Ti、AnalogDevices、NXP、高通、英飞凌、 索尼、意法半导体、Trimble(天宝)、Atmel、SiGe、u-Nav 等 等。本文采用主流供应商SiRF公司的芯片，下面就sirf公司 的方案，进行简单介绍: SiRF 是GPS 芯片的龙头供应商，产品线完整，能够提供图1 sirf芯片图 2.GPS的体系结构 图2 Sirf GPS 方案模块图 Sirf GPS 多模引擎模块如上图所示，在手机应用中，sirf GPS模块的 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 栈是工作在基带芯片上的，GPS模组接受GPS从基带芯片接收的辅助信息，同时处理所有的信号信息并计算卫星的相关信息，GPS模组提供一组串口与基带芯片通信，基带芯片负责提供串口的通信协议和,,,通讯，接受定位数据，发送命令给GPS模块并接受响应。 【收稿日期】2010-08-13 【作者简介】周峰(1979,)，苏州工业职业技术学院教师，从事电子、电路的教学和研究。 - 38 - (三)GPS 的模块电路设计 图3 Sirf GPS模组主要控制电路接口 其中: GPSRST:在module上电期间置低，最小300ms。 GPSANT:天线信号输入。 GPSBS: GPS上电期间，置高则启动，置低进入download模式。 GPS串口通信。 GPSTX,GPSRX: (四)GPS的数据通信 1.GPS的数据通信的数据格式 所有的Sirf 方案的GPS的模组遵循NEMA-0183的标准， 图4 NMEA的基本数据的定义格式 图5 数据格式的详细定义实例 2.GPS 的数据算法 流程图讲解: 首先启动GPS，判断当前GPS是否已经启动，如已经启动，则不执行GPS启动程序，如果当前GPS处于未启动状态，则执行GPS上电控制程序，同时配置基带芯片的串口通信协议，GPS上电后，串口便于数 据输出，从串口读取数据放入数据Buffer，读入数据后，需要判断GPS数据的有效性，进行简 单判断是否符合NMEA协议格式。判断数据合法后，便可以进行GPS的数据处理,读取一条完整的定位数据包(以“$”开头，以0x0a结束)，同时根据数据包的头判断数据包的类型，根据不同的类型调用响应的解析程序，解析出有效数据，将有效数据上报给GPS的地图等应用使用。 (五)GPS在手机设计中的调试方法 1.GPS在手机设计中的调试分为硬件部分调试和软件部分调试 硬件部分的调试包括GPS上电时序是否正确，GPS电路部分的设计可以参考sirf公司提供的公共板设计图，同时根据本机电路的实际情况进行适当的裁剪。在电路设计完毕后就可以，可以编写一个简单的上电驱动就可以进行GPS启动的调试。通过示波器可以查看是否GPS的上电时序满足要求，如不满足可以适当调节驱动程序。 当上电时序满足要求，GPS一般就能够顺利启动，这是GPS的NMEA格式的数据就会从GPSmoule中通过串口发出，可以通过示波器查看GPSTX管脚的波形，以判断是否有数据输出。当GPS的上电时序和GPSTX管脚数据有数据输出这两个条件满足，便可以进入软件部分的调试。 软件部分的调试主要是GPS串口数据通信的实现，可以通过两种方法实现，一种是自己编写测试程序，从串口读取数据，解析后从LCD输出，另外一种方法可以使用SIRF DEMO软件来进行数据的检查，如下图所示。建议在开发过程中两种方法都实现，第一中方法方便快捷，同时是和驱动程序紧密结合的。第二中方法在硬件设计的时候，需要引出GPSTX和GPSRX管脚到手机的18Pin上，或者测试时临时飞线到串口的connector 上。 图1 GPS的数据通信软件工具 2.工厂测试步骤以及数据需求 工厂测试以及检验的步骤是保证GPS手机的质量保证以及合格供应的一个有效工具和步骤，GPS模块因为其应用的重要性以及设计的复杂性，因此其合格的测试流程，是质量的重要保证。GPS的测试分室内和室外两种(主要是GPS的信号源来区分)，室内部分主要是使用GPS信号模拟发生器来发出固定信号强度和地理数据的GPS信号，手机接受模拟GPS信号，通过GPS接受到的信号来检验GPS的性能。室外部分主要通过从外部引入实际的GPS信号(GPS在室内无法接受到信号)，通过GPS设备接受信号，来检验,,,性能。下面是GPS测试时的技术需求: ?针对GPS手机工厂测试的主要技术参数 关机电流 待机电流 定位电流 C/N0 ?OQC测试需求 (下转第37页) - 39 - 图3 录/放音电路图 段时间的一个音符的声音。若一个音符的频率为f音(Hz)，单片机系统的晶体振荡器的振荡频率为fosc，则定时器的定时时间=1/2f音，定时器的初值为=216-(1/f音)/(12/fosc)。设计程序时，给各音符编码，由编码查表，得到要放音音符的定时器的初值，从而控制方波信号的频率就可让喇叭放出各音符的声音。 (四)节拍的产生 用作音乐盒时，曲目中各音符的节拍用延时时间产生。例如，1拍=0.4s,1/4拍=0.1s，从此类推;假设1/4拍执行一次延时程序，则1/2拍就执行两次延时程序，所以只要求出1/4延时时间，其余的节拍就是它的倍 数。由于不同的音乐每小节的拍数不同，可以适当调节一个延时时间的长度。 用作演凑器时，由敲击键盘的时间来产生各音符的节拍。 (三)音符频率 1.音符频率 对应不同的音调，音符的频率有所不同。同一音调下，各音符的频率值的数学关系是等比级数关系，公比为 2=1.059463094。 不同的音调，音符的频率见表1 所示。 表1 对应不同音调的音符频率表 (五)系统软件设计 在主程序中进行音乐演奏器的功能，当按下外部中断0的按键时，单片机响应中断，在中断服务程序中完成播放乐曲的功能。由单片机内部定时器T0、T1完成对音频脉冲信号进行定时的功能，时间一到，P2.0取反输出，就获得了对应音符的特定频率的方波信号，通过TDA2030推动喇叭，发出音符的声音。 主程序流程图如图4所示，外部中断服务流程图如图5所示，定时器中断服务程序流程图如图6所示。 由单片机的一个I/O引脚输出音符的脉冲信号，通过TDA2030推动喇叭， 就能发出一个音符的声音。通过单片机内部定时器定时来控制单片机的I/O 引脚输出信号的变化频率，实现音频脉冲信号的频率要求。 系统中利用单片机的内部定时器/计数器，设它工作在方式1，定时中断，控制P2.0引脚的输出信号在定时时间一到就取反，就可以在P2.0的引脚输出相应的方波频率信号，改变计数初值就可以改变频率。定时器的定时值为某一音频的周期(1/频率)的1/2，定时时间到就将输出脉冲取反，就可在P2.0脚上得某一音频的脉冲，根据音符节拍重复此过程，就可得到维持一定时间的某一音频的脉冲，喇叭就能发出一 (上接第39页) 耦合C/N0 真实信号定位(从室外引进信号) ?PQC抽检 抽取一定比例的手机在外部开放地带实际测试定位能力 ?设备需求 单通道GPS信号模拟器 多通道GPS信号模拟器 GPS信号放大器 信号衰減器 屏蔽室 图4 主程序流程图 图5 外部中断服务流程图 图6 定时器中断服务程序 系统利用单片机、TDA2030、ISD1760芯片，将传统与当代技术进行结合，完成了多功能的音乐演奏器的功能，还可对ISD1760芯片的功能加深应用，使系统更具有更智能化的功能。 【参考文献】 [1] 韩志军,沈晋源,王振源.单片机应用系统设计-入门向导与 设计实例[M].北京:机械工业出版社,2005. 输和交通工程。目前，GPS全球定位系统的开发及数据通信在手机中的应用还刚刚起步，随着中国经济的发展和GPS技术的应用研究的逐步深入，其在手机中的应用也会更加广泛和深入，并发挥更大的作用。 【参考文献】 [1] Elliott D Kaplan.GPS原理与应用[M].电子工业出版社, 2001. [2] 冯悦,李小民,冯振声.GSM技术在GPS车辆监控系统中的 应用[M].微计算机信息,1999. [3] 任哲.嵌入式实时操作系统[M].北京:北京航空航天大学出 版社,2005:125-300. [4] 周立功.嵌入式系统基础教程[M].广州:北京航空航天大学 出版社,2006.11:30-65. [5] 杜春雷.ARM体系结构与编程[M].北京:清华大学出版社, 2003:233-252. (六)结束语 导航性全球定位系统GPS其全球性、全能性、全天侯性的导航定位、定时、测速优势必然会在诸多领域中得到越来越广泛的应用。在发达国家，GPS技术已经开始应用于交通运 - 37 -