商用低成本低功耗GPS手持机开发

[摘要] 目前GPS手持机、车载导航仪功能齐全，定位精度高，响应速度快，但GPS手持机普遍存在功耗大、待机时间短、成本高的问题。本研究利用AT89S52作为控制芯片，采用天宝新型Lassen SQGPS模块设计GPS手持机，较好地实现了商用低成本低功耗GPS手持机开发工作。

[关键词] 商用GPS手持机低成本低功耗

一、引言

随着科技的日益发展，导航技术的应用也越来越广泛，对导航精度、快速性的要求也日益提高。在导航定位领

域，有几种典型的系统，如早期的子午仪卫星导航系统、GPS全球卫星定位系统以及我国的北斗双星导航系统等。北斗双星导航系统应用时还需要提供其他数据，比较烦琐，因此目前多数导航定位机采用了美国的GPS系统。

GPS是美国全球卫星定位系统的简称，它由主控站、空间部分和用户装置三部分组成。其中主控站负责管理、协调整个控制系统的工作;空间部分由24颗卫星组成；用户装置部分主要由GPS接收机和天线组成。

GPS基本工作原理是在离地面1万2千公里的高空上有24颗GPS卫星，以12小时的周期环绕地球运行，使得地面上的任何一点都可以同时观测到4颗以上的卫星。由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，就可以得到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，用三颗卫星就可以组成三个方程，解出观测点的位置（X，Y，Z），考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和时差，因而需要引入第4颗卫星，形成四个方程式进行求解，从而得到观测点的经度、纬度和高度。这就是GPS卫星系统实现定位的基本原理。目前GPS手持机、车载导航仪等功能齐全，定位精度高，响应速度快，但市场上出售的GPS手持机存在价格高、功耗大、待机时间短的问题，因此进行商用低成本、低功耗、便携式GPS手持机的研究开发非常有意义。

二、硬件设计

将GPS手持机分为五大部分：GPS接收部分(GPS模块和天线）、控制器、显示器、键盘部分、电源。

GPS模块采用体积小、低功耗的天宝新型Lassen SQ GPS模块(体积为26 mmx26mmx6mm）。天宝新型Lassen IQ GPS模块是惟一采用三个普通的标准协议而体积仅相当于邮票大小的GPS产品，所用协议为TSIP、TAIP(天宝标准界面协议)和NMEA0183协议。模块置于一个金属外壳内以便于携带，该外壳起了保护和屏蔽的作用。设置GPS模块采用NMEA0183V3.0协议，波特率为4800bps。并采用天宝紧凑型无封装天线（略大于GPS模块），标准电压3.3V，两者总功耗不大于133mw。

系统采用低功耗的贴片式单片机AT89S52 24-JI作为控制芯片，协调控制整个GPS系统的工作。单片机AT89S52与MCS8051引脚、指令完全兼容，具有低功耗、可直接驱动LED的特点。

采用美视MS0802B双排16位液晶显示器显示输出GPS手持机提供的定位信息、运动状态，可用双排8位点阵字符型液晶显示器显示，既节省空间又节省电能。美视MS0802B液晶显示器内藏控制器为KS0066U，在进行双排显示时，内有80字节的RAM（DDRAM）存放将要显示的数据。

为了进一步简化设计，对于键盘采用四个按键设计，分别为RE（读显示）、Right（右移）、Left（左移）、STO（存储），并按优先级高低设置。在四个按键中，RE键优先级最高，按RE键后，从GPS模块串行口读取最新定位信息，并控制显示器显示;其他情况均不读取最新定位信息；显示器一次只能显示16个数据，按Right键后可显示随后的16个数据；按Left键后将显示上一次按STO键后存储的数据； 按STO键单片机将存储最新定位信息的48字节数据，同时删除旧数据，单片机内最多可存5组数据。

采用3.3V纽扣电池作为单片机的备用电池，用滑动开关作为电源开关,设置两个开关：总开关a和控制GPS模块的开关b。系统采用易于购买的7号干电池供电。

三、软件设计

针对所需完成的GPS定位、显示功能，设计的单片机程序约有二百条指令。程序主要包括单片机内部的初始化；对液晶显示器的初始化；按键扫描；四按键对应的功能；从GPS模块串行口接受并存储48字节的最新定位信息；向液晶显示器发出8次移位指令以显示完整数据；显示旧数据；存储新数据。

四、总结

该GPS手持机按键少，将单片机的几个引脚接上拉电阻后直接作为键盘输入，舍去了一部分软硬件的开销。选用低功耗、体积小的GPS模块、天线、单片机、液晶显示器，简化电路，很好地实现低功耗、低成本的要求。

参考文献:

[1]孙育才王荣兴孙华芳:《ATMEL新型AT89S52系列单片机及其应用》.清华大学出版社,2005版

[2]李明峰冯宝红刘三枝:《GPS定位技术及其应用》.国防工业出版社,2006版

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。