商用低成本低功耗ＧＰＳ手持機開發

[摘要] 目前GPS手持機、車載導航儀功能齊全，定位精度高，響應速度快，但GPS手持機普遍存在功耗大、待機時間短、成本高的問題。本研究利用AT89S52作為控制芯片，采用天寶新型Lassen SQGPS模塊設計GPS手持機，較好地實現了商用低成本低功耗GPS手持機開發工作。

[關鍵詞] 商用GPS手持機低成本低功耗

一、引言

隨著科技的日益發展，導航技術的應用也越來越廣泛，對導航精度、快速性的要求也日益提高。在導航定位領

域，有幾種典型的系統，如早期的子午儀衛星導航系統、GPS全球衛星定位系統以及我國的北斗雙星導航系統等。北斗雙星導航系統應用時還需要提供其他數據，比較煩瑣，因此目前多數導航定位機采用了美國的GPS系統。

GPS是美國全球衛星定位系統的簡稱，它由主控站、空間部分和用戶裝置三部分組成。其中主控站負責管理、協調整個控制系統的工作;空間部分由24顆衛星組成；用戶裝置部分主要由GPS接收機和天線組成。

GPS基本工作原理是在離地面1萬2千公里的高空上有24顆GPS衛星，以12小時的周期環繞地球運行，使得地面上的任何一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。由于衛星的位置精確可知，在GPS觀測中，就可以得到接收機的距離，利用三維坐標中的距離公式，用三顆衛星就可以組成三個方程，解出觀測點的位置（X，Y，Z），考慮到衛星的時鐘與接收機時鐘之間的誤差，實際上有4個未知數，X、Y、Z和時差，因而需要引入第4顆衛星，形成四個方程式進行求解，從而得到觀測點的經度、緯度和高度。這就是GPS衛星系統實現定位的基本原理。目前GPS手持機、車載導航儀等功能齊全，定位精度高，響應速度快，但市場上出售的GPS手持機存在價格高、功耗大、待機時間短的問題，因此進行商用低成本、低功耗、便攜式GPS手持機的研究開發非常有意義。

二、硬件設計

將GPS手持機分為五大部分：GPS接收部分(GPS模塊和天線）、控制器、顯示器、鍵盤部分、電源。

GPS模塊采用體積小、低功耗的天寶新型Lassen SQ GPS模塊(體積為26 mmx26mmx6mm）。天寶新型Lassen IQ GPS模塊是惟一采用三個普通的標準協議而體積僅相當于郵票大小的GPS產品，所用協議為TSIP、TAIP(天寶標準界面協議)和NMEA0183協議。模塊置于一個金屬外殼內以便于攜帶，該外殼起了保護和屏蔽的作用。設置GPS模塊采用NMEA0183V3.0協議，波特率為4800bps。并采用天寶緊湊型無封裝天線（略大于GPS模塊），標準電壓3.3V，兩者總功耗不大于133mw。

系統采用低功耗的貼片式單片機AT89S52 24-JI作為控制芯片，協調控制整個GPS系統的工作。單片機AT89S52與MCS8051引腳、指令完全兼容，具有低功耗、可直接驅動LED的特點。

采用美視MS0802B雙排16位液晶顯示器顯示輸出GPS手持機提供的定位信息、運動狀態，可用雙排8位點陣字符型液晶顯示器顯示，既節省空間又節省電能。美視MS0802B液晶顯示器內藏控制器為KS0066U，在進行雙排顯示時，內有80字節的RAM（DDRAM）存放將要顯示的數據。

為了進一步簡化設計，對于鍵盤采用四個按鍵設計，分別為RE（讀顯示）、Right（右移）、Left（左移）、STO（存儲），并按優先級高低設置。在四個按鍵中，RE鍵優先級最高，按RE鍵后，從GPS模塊串行口讀取最新定位信息，并控制顯示器顯示;其他情況均不讀取最新定位信息；顯示器一次只能顯示16個數據，按Right鍵后可顯示隨后的16個數據；按Left鍵后將顯示上一次按STO鍵后存儲的數據； 按STO鍵單片機將存儲最新定位信息的48字節數據，同時刪除舊數據，單片機內最多可存5組數據。

采用3.3V紐扣電池作為單片機的備用電池，用滑動開關作為電源開關，設置兩個開關：總開關a和控制GPS模塊的開關b。系統采用易于購買的7號干電池供電。

三、軟件設計

針對所需完成的GPS定位、顯示功能，設計的單片機程序約有二百條指令。程序主要包括單片機內部的初始化；對液晶顯示器的初始化；按鍵掃描；四按鍵對應的功能；從GPS模塊串行口接受并存儲48字節的最新定位信息；向液晶顯示器發出8次移位指令以顯示完整數據；顯示舊數據；存儲新數據。

四、總結

該GPS手持機按鍵少，將單片機的幾個引腳接上拉電阻后直接作為鍵盤輸入，舍去了一部分軟硬件的開銷。選用低功耗、體積小的GPS模塊、天線、單片機、液晶顯示器，簡化電路，很好地實現低功耗、低成本的要求。

參考文獻:

[1]孫育才王榮興孫華芳:《ATMEL新型AT89S52系列單片機及其應用》.清華大學出版社，2005版

[2]李明峰馮寶紅劉三枝:《GPS定位技術及其應用》.國防工業出版社，2006版

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。