GPS定位系統電路設計 —電路圖天天讀(242)

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GPS定位系統電路設計 —電路圖天天讀（242）

Ida 發表於 2015-09-10 13:50:02

　　全球衛星定位系統G P S 便是近年以來開發的最具有開創意義的高新技術之 一 ，其全球性 、全能性 、全天候性的導航定位 、定時 、測速優勢必然會在諸多領域中得到越來越廣泛的應用 。

　　1 GPS系統組成

　　整個GP S 系統分為三個基本部分 ： 空問部分． G P S 衛星星座 ；地面控制部分- 地 面監控系統 ； 用戶設備部 分 - G P S 信號接收機 。

　　1.1 用戶設備部分

　　用 戶設 備 是 滿 足 用 戶 定 位 精 度 和動 態 特 性 要求 的G P S 接 收機 ，其 功能 是 接收 衛星 播 發的信 號 ，獲 取 定 位 觀 測 值 ，提 取 導 航 電 文 中 的 廣播 衛星 星曆 、衛 星 時 鍾 鍾 差 及 電 離層 延 遲修正參數等 ，並經過數據處理 ， 已完成導航和定位任務 。圖 1 是G P S 用 戶 接收機的基本結構圖 。

　　2  G P S 接收機結構原理

　　1 ）天線單元 ： 它是由接收天線和前置放大器組成 。G P S 接收機天線有：定向天線、偶極子天線、微帶 天線、螺旋天線等 。

　　2 ）接收單元 ： 接收單元包括通道單元及計算和顯示單元兩部 分 。通道單元的主要功能是接收來自天線單元的信號 ，經過變頻放大 、濾波等一系列處理過程 ，實現對G P S 信號的跟蹤、鎖定、測量，提供計算位置的數據信息 。

　　3 系統硬體設計

　　對 整個 G P S 定位系統的硬體進行模塊化設計 ，主要關於 G P S 應 用方 面 ，能夠接 收G P S 信 號 ，並 能對接收信 號進行處理顯示 ，可以提供完備的外部接 口，方便智能儀器 與其它設備連接，要能對誤差進行有效的控制，有提高精度的作用 ， 系統要求體積小 ，移動方便，功耗低 。

　　3.1 GPS接收部分

　　圖3為可攜式GPS接收機的GPS接收部分的電路，由於該系統設計是手持式便攜設備，所有器件選型都應考慮節省成本，節能。圖3中，MCU選用 PIC18F2520，它是採用納瓦技術的低功耗8位單片機，具有一系列能在工作時顯著降低功耗的功能，非常適合手持可攜式設備使用。

圖3  GPS接收部分電路圖

　　該系統設計採用20×4的點陣字符液晶顯示器顯示所接收的GPS定位信息，液晶顯示器設置於4 bit工作方式，MCU通過4根數據線以及使能引腳控制LCD的顯示以節省MCUI/O埠資源。該系統設置2個按鍵用於控制SD卡的數據存儲。當SW1 鍵按下時，通過軟體延時設定數據保存時間間隔，SW2鍵按下時，系統將接收到的GPS定位信息寫入SD卡。圖1中，開關K2用於打開、關閉LCD背光電源：PIC18F2520的RA埠資源暫未使用。可留待以後系統升級時使用，例如將電池輸出的直流模擬電壓信號輸入到RA埠，利用 PIC18F2520的10 bit A/D轉換器將其轉換為數位訊號後。在LCD上顯示電池電量，便於用戶使用。

　　設 計 主要 以MS P 4 3 0 F 4 4 9 微控 制器 為 中心 ，利 用G R ． 8 9 G P S 接 收 模塊 接收G P S 信 號 ，其可以同時蹤二 十 顆星 ， 由於 在某 些情況 下 ，G P S 接 收模塊 無法 良好 接 收信 號 ， 以至 系統 無法 處理 顯 示 出方 位的準確三 維信 息 ，所 以再使 用S C P I O 0 0 壓 力傳感 器來 定 位 出 高 度信 息 ，這 樣 就 能提 高 系統 的整 體 精度 。採 用F T 8 U 2 3 2 A M芯 片 ，其 提供 了單 片集 成 多功能 數據傳 輸 解決方案 。電路原 理如 圖4 所示 。

　　圖4 F T 8 U 2 3 2 A M 電 路原 理 圖

 

　　U S B接口採 用 mi n i - B 接口， 電 源 V C C — B A R為 4 ． 7 5 ． 5 ． 2 5 V， 晶振 為 6 MHz ， 芯 片 9 3 C 4 6 是 微 芯（ Mi c r o c h i p ）公 司產 的 1 K串行E E P R O M， 操作電壓為5 V 。

　　電源管理模塊設計

　　電 源 管 理 模 塊 採 用 A ME 8 8 0 1 芯 片 ， 該 系 列A ME 8 8 0 1 ／ 8 8 4 0 擁 有很 低 的靜 態 電 流和 轉化 電壓 ，從 而 使 其 很 適 合 應 用 於 電 池 電 壓 轉 換，很節省空間的S OT 一 2 3 — 5 封 裝 方 式 也 很 適 合 便 攜 的 要 求 ，A ME S 8 0 1 ／ 8 8 4 0 擁有電流過載保護和溫度過熱保護，從而使其在惡劣的環境下不至於損壞嘲 。如圖5 所示。

圖5  系統電源電路

　　編輯點評：本文設計了GP S 定位系統，主要用於地點的三維定位，系統擁有的功能有目標的坐標定位，並通過壓力傳感器矯正高度坐標，帶有時間和溫度的顯示和存儲，並提供了流行的U S B 接口，方便了系統和其它設備相連，擴展了系統的功能和應用範圍，也可進行軟體的升級 。
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