通过iTrax02的GPS接收机模块实现GPS数据导航系统设计

1 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字形式来实现，便于数字化管理，因而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。目前，GPS的应用已进入与定位有关的领域，并获得了巨大的经济效益和社会效益。我国从肋年代起开始引进GPS接收机及其技术，目前GPS也在我国得到了全面广泛地应用。 GPS的作用是昼夜不停地发送导航定位信息，以在地球的任何地方和任何时间实现定位。这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，对信号只收不发，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接收机可以按照不同的要求进行分类，但总起来说，可分两大类：导航型和测地型。

导航型接收机结构简单、体积小、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，可用于航空、航海和陆地的实时导航。本文将介绍一种基于iTrax02的GPS接收机模块和联想公司手持式设备PDA一起实现导航定位的系统。该方法硬件设计简单，精度高，功耗低，能满足实时定位要求。

2 iTrax02GPS接收机的性能特点

iTrax02GPS接收机模块是芬兰FastraX公司生产的超低功耗、小体积接收机模块，适宜于便携式、手提式设备，它只需要连接简单的外围电路即可工作，而且占用空间小，工作时间长。iTrax02GPS接收机模块的内部结构框图如图1所示。iTrax02接收模块共有40个管脚。各管脚功能见表1所列。

iTrax02GPS接收机模块的主要性能特点如下：

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)；
 

超低功耗，在连续工作状态下为100mW@2．7V；
 

是一种12信道的并行接收机；
 

集成有20脚QLP封装的射频前端芯片UN8021和144脚BGA封装的基带处
理器芯片UN8031；
 

采用0．35UCMOS技术的标准ASIS(Application Specific Integrated System)结构；
 

具有极快的信号获取专门搜索引擎；
 

独有的超低功耗，以及32MIPS集成的16比特DSP核；
 

实时操作系统控制(VSDSP ROTOS)类似于RISC的编程；
 

带有通用的小型系统连接器(包括射频和I／0口)；
 

具有片内存储器(X／Y数据和程序SRAM)；
 

自带低功耗实时时钟；
 

具有16比特通用输入输出口(GPIO)以及2个通用异步收发报机口(UART)，同时具有SPI总线接口；
 

采用双脉冲检测输入。

3 iTrax02 CPS接收机的接口信号

3．1 SPI接口

对iTrax02 GPS接收机来说，其SPI接口主要有两个作用：第一是通过外部的EEPROM来启动接收机，第二是控制射频前端芯片UN8021。对iTrax02来说，基带处理芯片UN8031永远是主设备，其它的有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，其数据或命令时序如图2所示。

3．2 UART接口

iTrax02接收机芯片带有两个UART接口，这两个接口可支持不同的协议，且均可用于串行通信。UART 0口支持FastraX公司自行开发的iTALK协议，其数据率为115．2kbps；UART l口则支持通用的无线电NMEA协议，它的数据率为4．8kbps。iTrax02接收芯片的早期版本支持iTALK协议，新的版本则统一改为支持NMEA协议。

3．3 GPIO接口信号

iTrax02与外部接口中有一个16bit的GPIO口，每一个GPIO信号都可以编程产生中断。一些GPIO接口信号是iTrax02GPS接收机内部的保留信号管脚，其中内留的GPl014和GPl015可用于启动方式的选择，具体用法如表2所列。

iTrax02GPS接收机的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。GPl013用来控制内部LNA的开启，GPl012用来控制内部FLASH的开启，GPl011则用来接收外部的唤醒信号，引脚电平由1到0或由0到1的跳变均可作为唤醒命令。

4 iTrax02 GPS接收机的应用电路

要使iTrax02GPS模块正常工作，其外部天线、Reset及供电电路是必不可少的。其天线的接人和外围相关引脚的连接见图3所示。请注意：无源天线和有源天线只接其中之一即可。

4．1 供电设置

为了让接收达到最好的效果，对iTrax02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芯片可选用TI公司的TPS77127DGK和TPS77027，这两个电源芯片均可将5V电压转换为稳定的2．7V电压，并可满足iTrax02的低功耗要求。用TPS77127DGK的另一个好处是可以提供一个RESET复位信号，此RESET信号和电源上电之间最少有200ms的延迟，因此，完全可以满足iTrax02GPS接收机对复位信号的要求，这样就大大简化了电路。有关TPS77127DGK和TPS77027的详细情况可参阅其它相关资料。
 

4．2典型应用

图5所示是该GPS接收机的硬件系统连接框图，它在上电复位后，iTrax02GPS接收机即可开始正常工作，并可通过UART0发送数据，当PDA接收到数据后，即可根据iTALK协议将有用数据解析出来，以获取定位信息。

4．3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。在PCB板上，推荐在无源天线和接口之间接一个50Ω的PCB带状线，这个50Ω的带状线的宽度依靠PCB板的材料和厚度而定，对于FR4板材(约1．5GHz)而言，其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。

实际上，同样也可以在iTrax02GPS接收机的38脚V_ANTENNA上外接有源天线，有源天线的电压依所用的天线类型而定，但供应电流最大不能超过100mA。

5 软件实现方法

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，是一种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发展潮流。它是微软公司的新产品，是基于掌上型电脑类电子设备的操作系统，同时也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接收模块能够支持两种协议。笔者在Windows CE的软件平台上开发的可支持iTALK协议(或NMEA协议)的软件基本流程如图6所示。

6 结束语

通过将本GPS接收机模块用于车载导航系统的具体实践证明：该模块可有效解决功耗问题，而且操作方便，定位及时准确，所占空间小，效果良好。