基于WindowsCE的GPS数据导航系统

关键词：gps接收机 定位pda

引言

gps是“global positioning system”，即“全球定位系统”的简称。gps系统具有定位精度高、全天候、实时性、测站无须通视、使用方便等优点，并且所有结果均通过数据来实现，便于数字化管理。所以gps已被广泛用于社会生活的各个领域，如工程、交通、气象、国防、水利、环保、安全保卫、定时等。图1 自1994年美国全球定位系统（gps）全部建成并投入运行以来。这一技术在短短的四年中，发展极为迅速。各种档次和型号的接收机应运而生，并投放市场。gps的应用也进入与定位有关的领域，获得了巨大的经济效益和社会效益。我国从20世纪80年代起开始引进gps接收机及其技术，目前gps在我国也得到了全面广泛地应用。

gps全部建成以后，它将昼夜不停地发送导航定位信息，在地球的任何地方和任何时间实现定位，其中最重要的设备就是用户接收机。gps接收机是被动式全天候系统，只收不发信号，故不受卫星系统和地面控制系统的控制，用户数量也不受限制。gps接收可以按照不同的要求进行分类，但总体来说分两大类：导航型和测地型。

导航型接收机结构简单、体积小、精度低、耗电省、价格便宜。一般采用单频c/a码伪码接收技术，定位精度几十米，常用于航空、航海和陆地的实时导航中。图21 itrax02 gps接收机的性能特点

itrax02 gps接收机模块是芬兰fastrax公司生产 的超低功耗、极小体积的接收机模块。它适宜于便携式、手提式设备，只要求简单的外围电路，占用空间小，工件时间长。itrax02 gps接收机模块的内部结构框图如图1所示。其主要性能特点如下：

极小的pcb封装体积（26mm×26mm×4.7mm，包括射频部分和模块系统对外接口）；

超低功率损耗，在连续工作状态下100mw@2.7v；

12信道并行接收机；

集成了20针qlp封装的射频前端芯片un8021和144针bga封装的基带处理芯片nu8031；

0.35ucmos技术的标准asis（application specific integrated system）结构；

极快信号获取的专门搜索引擎；图3 独有的、超低功耗、32mips、集成的16位dsp核；

实时操作系统控制（vsdsp rtos）下类似于risc的应用编程；

通用小型系统连接器（包括射频和i/o口）；

片上存储器（x/y数据和程序sram）；

低功耗实时时钟；

16位通用输入输出口（gpio），2个通用异步收发器（uart），拥有spi总线接口；

双脉冲检测输入。

itrax02接收模块共有40个引脚。2 itrax02 gps接收机的接口信号

2.1 spi接口

对itrax02 gps接收机来说，提供的spi接口主要用于两个目的：①可用于通过外部的eeprom来启动接收机；②控制射频前端芯片un8021。对itrax02来说，基带处理芯片un8031永远是主设备，而其它有spi接口的设备永远是从设备。

当通过外部的eeprom来启动接收机时，实际数据或命令的时序关系如图2所示。

2.2 uart接口

itrax02接收芯片带有2个uart接口，这2个接口支持不同的协议，均可用于串行通信。uart0口支持fastrax公司自行开发的italk协议，数据率是115.2kbps；uart1口支持通用的无线电nmea协议，数据率是4.8kbps。itrax02接收芯片是早期版本支持italk协议，新的版本统一改为支持nmea协议。

2.3 gpio接口信号

与外部接口有一个16bit的gpio口可用，每一个gpio信号都可以编程产生中断。一些gpio接口信号是itrax02 gps接收机内部保留信号引脚，gpio14和gpio15内部保留用于启动方式的选择。

itrax02 gps接收机缺省启动方式是从内部的flash启动，其它的启动方式可以通过对外部的相应配置来选择。gpio13保留，用来控制内部lna的开启；gpio12保留，用来控制内部flash的开启，gpio11保留，用来接收外部的唤醒信号。引脚电平由1到0或由0到1来作为唤醒命令。

3 itrax02 gps接收机的应用电路

要使itrax02 gps模块正常工作，外部天线、reset及供电电路也是必不可少的。而其天线的接入和与外围相关引脚的连接如图3所示。请注意：无源天线和有源天线只接其中之一即可。

3．1 供电设置

对itrax02芯片来说，为让接收达到最后的结果，对射频部分和基带部分要分开供电，图4是供电部分的参考电路。dc-dc电源片用的是ti公司的ps77127dgk-ic/" title="tps77127dgk">tps77127dgk和tps77027，这2个电源片均可将5v转换为稳定的2.7v，满足itrax02的低轼耗要求。在这里，用ps77127dgk还有一个好处就是可以提供reset信号。此reset信号和电源上电之间最少有200ms的延迟，可以完全满足itrax02 gps接收机对复位信号的要求，这样就大大简化了电路。有关ps77127dgk-ic/" title="tps77127dgk">tps77127dgk和tps77027更详细的介绍可参阅其详细的资料。 3．2 典型应用

硬件连接框图如图5所示。上电复位后，itrax02 gps接收机开始正常工作，通过uart0发数据。pda接收到数据后，根据italk协议将有用数据解析出来，获取定位信息。

3．3 设计要点

在设计pcb板时，要考虑到接收模块和天线之间的阻抗匹配问题，pcb板上，推荐在无源天线和接口之间接一个50ω的pcb带状线，其连接方式如图6所示。 这个50ω带状线的宽度依靠pcb板的材料和厚度而定，以fr4板材（约1.5ghz）而言，带状线的宽度应是板厚的2倍。如板厚是0.8mm，那么带状线的宽度应是1.6mm，依此类推，如图7所示。

itrax02 gps接收机还可以在38脚v_antenna外接有源天线，有源天线的电压依所用的天线类型而定，而供应电流最大不能超过100ma。

4 软件实现方法

我们所用的手持式pda是联想公司的xp天玑100，它所采用的操作系统是windows ce。windows ce是32位的多线程操作系统，具有能够使用各种设备的开放性体系。它整体紧凑，在小内存的情况下可提高性能，并具有伸缩性，能够支持未来的嵌入式移动或多媒体产品的开展潮流。它是微软公司的新成员，是基于掌上型电脑类电子设备的操作系统。它是一个抢先式多任务并具有强大通信能力的嵌入式操作系统。

itrax02接收模块可以支持两种协议，在windows ce的软件平台上开发支持italk协议（或nmea协议）。软件的基本流程如图8所示。

结语

本系统在我们开发的车载导航系统中得到了应用，有效解决了功耗问题，操作方便，定位及时准确，所占空间小，效果良好。