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(多图) 基于GPS时钟的打铃仪设计

漳州师范学院 张华林 葛水焕?? 2010年01月22日 ?? 收藏0

  引言

  长期以来,学校、工厂等单位常用的打铃仪多采用单片机计时,计时误差每天达0.5 s,日积月累走时误差会达数分钟,甚至十多分钟,给管理造成不便。近几年来,高校、企业规模不断扩大,多校区、多厂区的企事业单位不断增多。这些学校、企事业单位强烈要求多校区、多厂区的上下课、上下班铃声保持同步,可实际情况因现有打铃仪走时误差而极难同步。本文提出的基于GPS信号接收和PIC单片机的智能打铃仪,走时精确,误差极小。只要多校区、多厂区的企事业单位的响铃时间设置相同,便可使铃声保持同步,误差小于1 s。

  1打铃仪硬件设计

  本文介绍的打铃仪电路结构框图如图1所示。它主要由电源电路、微处理器、GPS接收、按键电路、液晶显示、温度检测、声光提示、控制输出电路构成。

打铃仪电路结构框图

  1.1 GPS接收电路

  G.PS(Global Positioning System,全球定位系统)是美国从20世纪70年代开始研制的,历时20年,耗资200亿美元,于1994年全面建成;是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS具有全天候、高精度、自动化、高效率等显著特点,具有定位导航、授时校频、精密测量等多方面的强大功能。

  本设计方案是利用GPS接收电路接收解调GPS信号,从中提取时问信号作为打铃仪的时间基准。因GPS信号中的时间是由铯原子钟产生的,时间精度极高,故而可使打铃仪的计时精度很高,计时误差远小于1 s。

  GPS接收电路如图2所示,由GPS天线和GPS模块组成。

GPS接收电路

  GPS 天线将1 575.42 MHz的高频信号接收下来,送往GPS模块进行低噪声放大、变频转换为中频信号;中频信号经采样、量化后,转换为数字中频信号;数字中频信号进入相关通道,经过处理后,解译出导航电文;GPS模块内微处理器接收导航电文数据,并进行相应处理后串行输出定位、时间、速度等信息。

  GPS模块采用GS-312。该模块内的基带处理采用SiRF公司的Star III架构芯片组。该芯片组配备20万个相关器,具有-159 dBm的接收灵敏度,且功耗低。该模块的各个引脚功能如表1所列。

模块的各个引脚功能

  GS- 312的8脚应当外接电池。如不接电池,当系统主电源断电后重新上电时,GS-312为冷启动,其初次接收GPS信号并成功输出定位时间信息最长时间达 42 s;若接上电池,当系统主电源断电后重新上电时,GPS模块为热启动,其初次接收GPS信号并成功输出定位时间信息仅需1 s。

  在某些使用场合,GPS天线与系统线路板之间距离较远才能较好地接收到GPS信号,故而采用RS422标准进行较远距离的GPS解调输出信号的传送。电路如图2所示,在具体工程中将IC2和GPS模块单独制作成室外单元,通过八芯电缆与室内主电路的IC1及电源相连。

  RS422 是EIA推荐的“平衡式电压数字接口电路的电气特性标准”。该标准是为改善RS-232C且与RS-232C兼容而制定的。它的特点是采用平衡传送,差分接收方式。其中发送接收一个信号均用两条线,而完全不使用信号地,且数据传送更远,抗干扰能力更强。Maxim公司的MAX488收发器芯片满足RS- 232、RS-422、RS-485通信标准,该芯片内含有1个驱动器和1个接收器,同时具有低功耗、单+5 V供电、驱动器过载保护、无需外接元件等特点,其共模输入电压范围为-7~+12 V,因而应用广泛。MAX488的引脚功能如表2所列。

MAX488的引脚功能

  MAX488 通过传输线驱动器把逻辑电平转换为电位差信号以完成初始端的信息传送,而通过传输线接收器把电位差转换为逻辑电平实现终端的信息接收,该传输形式能提高系统的抗干扰能力以及传输距离。图2中IC1的驱动器反相输出端(6Z)和非反相输出端(5Y)接到IC2接收器反相输入端(7B)和非反相输入端 (8A),而把ICl的接收器反相输入端(7B)和非反相输入端(8A)接到IC2的驱动器反相输出端(6Z)和非反相输出端(5Y),从而构成一个较远距离的全双工通信。该电路的通信速率最高可达0.25 Mbps,经实验可靠通信距离可达20 m以上。

  1.2其他硬件电路

  微处理器采用Microchip公司的PIC16F873。该芯片采用14位类RISC指令系统,片内资源丰富,内含A/D转换器、EEPROM等,使打铃仪省去外接A/D转换电路和EEPROM芯片,简化了系统电路。该芯片还支持在线编程,易于进行软件调试、升级。


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GPS时钟? 打铃仪? MAX488?

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