GPS定位系统电路设计

　　全球卫星定位系统G P S 便是近年以来开发的最具有开创意义的高新技术之 一 ，其全球性 、全能性 、全天候性的导航定位 、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 。

　　1 GPS系统组成

　　整个GP S 系统分为三个基本部分 ： 空问部分． G P S 卫星星座 ；地面控制部分- 地 面监控系统 ； 用户设备部 分 - G P S 信号接收机 。

　　1.1 用户设备部分

　　用 户设 备 是 满 足 用 户 定 位 精 度 和动 态 特 性 要求 的G P S 接 收机 ，其 功能 是 接收 卫星 播 发的信 号 ，获 取 定 位 观 测 值 ，提 取 导 航 电 文 中 的 广播 卫星 星历 、卫 星 时 钟 钟 差 及 电 离层 延 迟修正参数等 ，并经过数据处理 ， 已完成导航和定位任务 。图 1 是G P S 用 户 接收机的基本结构图 。

　　2  G P S 接收机结构原理

　　1 ）天线单元 ： 它是由接收天线和前置放大器组成 。G P S 接收机天线有：定向天线、偶极子天线、微带 天线、螺旋天线等 。

　　2 ）接收单元 ： 接收单元包括通道单元及计算和显示单元两部 分 。通道单元的主要功能是接收来自天线单元的信号 ，经过变频放大 、滤波等一系列处理过程 ，实现对G P S 信号的跟踪、锁定、测量，提供计算位置的数据信息 。

　　3 系统硬件设计

　　对 整个 G P S 定位系统的硬件进行模块化设计 ，主要关于 G P S 应 用方 面 ，能够接 收G P S 信 号 ，并 能对接收信 号进行处理显示 ，可以提供完备的外部接 口，方便智能仪器 与其它设备连接，要能对误差进行有效的控制，有提高精度的作用 ， 系统要求体积小 ，移动方便，功耗低 。

　　3.1 GPS接收部分

　　图3为便携式GPS接收机的GPS接收部分的电路，由于该系统设计是手持式便携设备，所有器件选型都应考虑节省成本，节能。图3中，MCU选用 PIC18F2520，它是采用纳瓦技术的低功耗8位单片机，具有一系列能在工作时显著降低功耗的功能，非常适合手持便携式设备使用。

图3  GPS接收部分电路图

　　该系统设计采用20×4的点阵字符液晶显示器显示所接收的GPS定位信息，液晶显示器设置于4 bit工作方式，MCU通过4根数据线以及使能引脚控制LCD的显示以节省MCUI/O端口资源。该系统设置2个按键用于控制SD卡的数据存储。当SW1 键按下时，通过软件延时设定数据保存时间间隔，SW2键按下时，系统将接收到的GPS定位信息写入SD卡。图1中，开关K2用于打开、关闭LCD背光电源：PIC18F2520的RA端口资源暂未使用。可留待以后系统升级时使用，例如将电池输出的直流模拟电压信号输入到RA端口，利用 PIC18F2520的10 bit A/D转换器将其转换为数字信号后。在LCD上显示电池电量，便于用户使用。

　　设 计 主要 以MS P 4 3 0 F 4 4 9 微控 制器 为 中心 ，利 用G R ． 8 9 G P S 接 收 模块 接收G P S 信 号 ，其可以同时踪二 十 颗星 ， 由于 在某 些情况 下 ，G P S 接 收模块 无法 良好 接 收信 号 ， 以至 系统 无法 处理 显 示 出方 位的准确三 维信 息 ，所 以再使 用S C P I O 0 0 压 力传感 器来 定 位 出 高 度信 息 ，这 样 就 能提 高 系统 的整 体 精度 。采 用F T 8 U 2 3 2 A M芯 片 ，其 提供 了单 片集 成 多功能 数据传 输 解决方案 。电路原 理如 图4 所示 。

　　图4 F T 8 U 2 3 2 A M 电 路原 理 图

　　U S B接口采 用 mi n i - B 接口， 电 源 V C C — B A R为 4 ． 7 5 ． 5 ． 2 5 V， 晶振 为 6 MHz ， 芯 片 9 3 C 4 6 是 微 芯（ Mi c r o c h i p ）公 司产 的 1 K串行E E P R O M， 操作电压为5 V 。

　　电源管理模块设计

　　电 源 管 理 模 块 采 用 A ME 8 8 0 1 芯 片 ， 该 系 列A ME 8 8 0 1 ／ 8 8 4 0 拥 有很 低 的静 态 电 流和 转化 电压 ，从 而 使 其 很 适 合 应 用 于 电 池 电 压 转 换，很节省空间的S OT 一 2 3 — 5 封 装 方 式 也 很 适 合 便 携 的 要 求 ，A ME S 8 0 1 ／ 8 8 4 0 拥有电流过载保护和温度过热保护，从而使其在恶劣的环境下不至于损坏嘲 。如图5 所示。

图5  系统电源电路

　　编辑点评：本文设计了GP S 定位系统，主要用于地点的三维定位，系统拥有的功能有目标的坐标定位，并通过压力传感器矫正高度坐标，带有时间和温度的显示和存储，并提供了流行的U S B 接口，方便了系统和其它设备相连，扩展了系统的功能和应用范围，也可进行软件的升级 。
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