【正文】 天線重量而將天線和前置放大器分開。由天線來信號(hào)分頻器積分器下變頻器下變頻器中放中放開關(guān)電路送碼及載波通道基準(zhǔn)頻率F頻率綜合器36F36F29F7FF/4圖 變頻電路GPS接收機(jī)內(nèi)沒有石英晶體振蕩器產(chǎn)生本機(jī)基準(zhǔn)頻率()，該信號(hào)經(jīng)過頻率綜合影產(chǎn)生多種頻率如：—36F；—36F，29F，7F，F(xiàn)／4等．，一36F和—36F信號(hào)分別送到，F(xiàn)變頻器，經(jīng)過很濾后得到載波為36F的中頻信號(hào)．該信號(hào)的調(diào)制信號(hào)仍為偽碼及數(shù)據(jù)碼．為了分析方便，在此只分析C/A碼調(diào)制信號(hào):式中，；為無線電信號(hào)從衛(wèi)星傳到接收機(jī)的延遲。GPS信號(hào)通道是硬軟件結(jié)合的電路．不同類型的接收機(jī)其通道是不同的。GPS信號(hào)通道的作用：(1) 搜索衛(wèi)星，牽引并跟蹤衛(wèi)星；(2) 對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)，即廣播電文數(shù)據(jù)信號(hào)實(shí)行解擴(kuò)．解調(diào)得到廣播電文；進(jìn)行偽碼反測量；載波相位測量及多普勒頻移測量值。存貯器接收機(jī)內(nèi)設(shè)有存貯器以存貯一小時(shí)—次的衛(wèi)星星歷、衛(wèi)星歷書、接收機(jī)采集到的碼相位偽距觀測值、載波相位觀測值及多普勒頻移。接收機(jī)內(nèi)存數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)接收口傳到微機(jī)上，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)保存。微處理器微處理是GPS接收機(jī)工作的靈魂，GPS接收機(jī)工作都是在微機(jī)指令統(tǒng)一協(xié)同下進(jìn)行的。(2)．接收機(jī)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行搜索，捕捉衛(wèi)星．當(dāng)捕捉到衛(wèi)星后即對(duì)信號(hào)進(jìn)行牽引和跟蹤并將基準(zhǔn)信號(hào)譯碼得到GPS衛(wèi)星星歷。(3)．根據(jù)機(jī)內(nèi)存貯的衛(wèi)星星歷書(若是新的接收機(jī)，機(jī)內(nèi)無歷書．或內(nèi)存中歷書已超過3個(gè)月則需重新審新歷書．這時(shí)．需要接收12．5min衛(wèi)星信號(hào))和測站近似位置，計(jì)算所有在軌衛(wèi)星升降時(shí)間、方位和高度角。(5)．接收用戶輸入信號(hào)，如：測站名，測站號(hào)，作業(yè)員名稱，天線高，氣象參數(shù)．顯示器GPS接收機(jī)都有液晶顯示屏以提供GPS接收機(jī)工作信息。用戶可通過鍵盤控制接收機(jī)工作。另一種為外接電源，這種電源常采用可充電的12V 直流鎳鎘電池組，有的也可采用汽車電瓶。 GPS應(yīng)用現(xiàn)狀由于衛(wèi)星運(yùn)行軌道、衛(wèi)星時(shí)鐘存在誤差，大氣對(duì)流層、電離層對(duì)信號(hào)的影響，以及人為的SA保護(hù)政策，使得民用GPS的定位精度不高。接收機(jī)收到該修正數(shù)后，與自身的觀測值進(jìn)行比較，消去大部分誤差，得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。它已被應(yīng)用于大地測量、航空攝影測量、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、精細(xì)農(nóng)業(yè)、個(gè)人旅游及野外探險(xiǎn)、緊急救生等諸多領(lǐng)域，其應(yīng)用形式也是多種多樣。目前，世界上很多國家及組織均投入巨大的人力物力對(duì)GPS加以研究和開發(fā)。GPS在和平利用也有廣泛的應(yīng)用，若在車輛或船只上安裝GPS接收機(jī)，便能實(shí)現(xiàn)獲知車輛或船只的位置、運(yùn)行速度和運(yùn)動(dòng)方向，再把這些信息通過無線電臺(tái)傳輸給主控中心，在主控中心的電子地圖（或海圖）上，就能清晰的顯示出車輛或船只的運(yùn)動(dòng)軌跡；主控中心根據(jù)車輛或船只的運(yùn)行情況，再發(fā)出調(diào)度指令，以完成對(duì)車輛或船只的管理和控制。美國也早已將GPS系統(tǒng)引入鐵路的運(yùn)行管理之中，大大提高了鐵路的利用率，由于縮小了行車間隔，減少了火車的停滯時(shí)間，提高了貨物、乘客的周轉(zhuǎn)量。同樣，貴重器材的運(yùn)輸管理也采用了GPS車輛調(diào)度系統(tǒng)。作為整個(gè)智能交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)，車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的主要目的就是找出特定車輛在特定時(shí)間的位置。根據(jù)GPS的定位數(shù)據(jù)計(jì)算出公交車的實(shí)時(shí)坐標(biāo)，而后將其坐標(biāo)與站點(diǎn)坐標(biāo)相比較，公交車駛?cè)胝军c(diǎn)一定距離范圍內(nèi)時(shí)，不用人工干預(yù)系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行報(bào)站。在離站、到站和拐彎點(diǎn)閾值范圍內(nèi)進(jìn)行語音信息播報(bào)，給乘客一種全方位的提示與服務(wù)。另一方面是車輛行進(jìn)中產(chǎn)生的偏差造成的，對(duì)于要求定位精度較高的定位系統(tǒng)來說，會(huì)采用多種方法來消除或減少誤差的產(chǎn)生。GPS測量中出現(xiàn)的各種誤差按其來源大致可分為三種類型:a、與衛(wèi)星有關(guān)的誤差主要包括衛(wèi)星星歷誤差、衛(wèi)星鐘的誤差、地球自轉(zhuǎn)的影響和相對(duì)論效應(yīng)的影響等。此外，還有信號(hào)傳播的多路徑效應(yīng)的影響。其穩(wěn)定度為1~，若要精度更高，可采用恒溫晶體振蕩器，但也只能達(dá)到1~。早期GPS接收機(jī)采用恒溫晶體振蕩器，目前都用溫補(bǔ)晶體振蕩器。解決接收機(jī)鐘差辦法如下:在單點(diǎn)定位時(shí)，是將鐘差作為未知數(shù)在方向中求解。在高精度定位時(shí)，可采用外接頻標(biāo)的方法，為接收機(jī)提供高精度時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，如外接艷鐘、鉚鐘等，最后一種方法常用于固定站。而天線對(duì)中都是以天線幾何中心為準(zhǔn)。但是，天線相位中心的瞬時(shí)位置會(huì)承受信號(hào)輸入的強(qiáng)度和方向的不同而發(fā)生變化，所以觀測時(shí)，相位中心的瞬時(shí)位置(稱為視相位中心)與理論上的相位中心會(huì)不一致。所以，在天線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡是減少這一誤差(一般控制在5mm之內(nèi))，并且要求在天線盤上指定指北方向。所以，在野外觀測時(shí)，要求天線要嚴(yán)格對(duì)中、整平，同時(shí)還要將天線盤上方向標(biāo)指北(偏差在3176。之內(nèi))。d. 行走偏差車輛行進(jìn)中產(chǎn)生的偏差由于實(shí)際上車輛行使的路線和指定播報(bào)點(diǎn)總是要有一定差距的，這種情況只有在行進(jìn)方向的左右兩側(cè)產(chǎn)生。車輛行駛中，行走的路線和指定的路線總是要有一定偏差的，這種情況只有在行進(jìn)方向的左右兩側(cè)產(chǎn)生，這種偏差的最大值記為，一般情況下是不會(huì)超過2m的，即≤2m；另一個(gè)影響因素是在運(yùn)行狀態(tài)下，兩次采集時(shí)間間隔中車輛行走可能越過指定播報(bào)點(diǎn)，這種影響只產(chǎn)生在行進(jìn)方向的前后兩個(gè)方向，這種誤差的最大值記為，由于公交快要進(jìn)站的行駛速度是限制在30km/h之內(nèi)的，而GPS數(shù)據(jù)采集間隔小于1s，即≤。一般公交車的長度在8米到12米之間，可見產(chǎn)生的綜合最大誤差相近于一個(gè)車長。E實(shí)際行走路線指定行走路線 圖 行走偏差分析圖3 主處理器及其單元模塊從應(yīng)用角度出發(fā)，在選擇ARM微處理器時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)問題：(1)ARM微處理器的內(nèi)核選擇。由于本系統(tǒng)需要在Linux操作系統(tǒng)上運(yùn)行應(yīng)用程序，所以需要選擇一款帶有MMU功能的、能夠完全支持Linux的ARM微處理器。系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。(3)片內(nèi)外圍電路的選擇。(4)軟件支持工具。(5)是否內(nèi)置調(diào)試工具。 S3C2410微處理器介紹本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，最重要的部分就是中央處理器S3C2410X，因此在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能前，首先要了解它的功能與特性。它采用272腳FBGA封裝，內(nèi)含一個(gè)ARM920T內(nèi)核，支持的系統(tǒng)包括Wince、Linux等。在時(shí)鐘方面S3C2410X也有突出的特色，該芯片集成了一個(gè)具有日歷功能的RTC和具有PLL(MPLL和UPLL)的芯片時(shí)鐘發(fā)生器。這個(gè)工作頻率能夠使處理器輕松運(yùn)行Wince、Linux等操作系統(tǒng)以及進(jìn)行較為復(fù)雜的信息處理。S3C2410X對(duì)于片內(nèi)的各個(gè)部件采用了獨(dú)立的電源供給：，I/。GPS公交自動(dòng)報(bào)站系統(tǒng)硬件上以ARM9 S3C2410X處理器為核心，根據(jù)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的需要包含以下組成模塊：電源、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、GPS模塊、Flash/RAM存儲(chǔ)器、JTAG口、串行接口、USB接口、觸摸屏接口電路、音頻電路等。在正常模式，電源管理模塊為CPU和S3C2410種的所有外圍設(shè)備提供時(shí)鐘，在這種模式下，由于所有的外圍設(shè)備都處于開啟狀態(tài)，因此功耗達(dá)到最大。慢速模式又稱為PLL模式。在掉電模式下，電源管理模塊斷開內(nèi)部電源，因此，除喚醒邏輯以外，CPU和內(nèi)部邏輯都不會(huì)產(chǎn)生功耗。通過EINT[15:0]或RTC報(bào)警中斷可以從掉電模式喚醒S3C2410。系統(tǒng)掉電時(shí)后備電源開始工作，以供RTC電源所需，同時(shí)使用發(fā)光二極管指示電源狀態(tài)。復(fù)位的目的是為了在仿真時(shí)將設(shè)計(jì)強(qiáng)制定位在一個(gè)可知狀態(tài)，因此，合理選擇復(fù)位方式是電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。： 復(fù)位原理圖 IMP811T的引腳說明引腳功能GND接地RESET復(fù)位輸出端。當(dāng)本管腳接地時(shí)，RESET端產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)Vcc電源輸入IMP811的復(fù)位電平門根據(jù)其型號(hào)后綴有6種規(guī)格。 IMP811的規(guī)格后綴LMJTSR電壓/Vl 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)CPU部分需要兩路時(shí)鐘電路，一路是CPU工作時(shí)鐘輸入，另一路是供給RTC電路。 時(shí)鐘電路原理圖 JTAG調(diào)試接口電路的設(shè)計(jì)JTAG(Joint Test Action Group，聯(lián)合測試行動(dòng)小組)是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議，主要用于芯片內(nèi)部測試及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真、測試，JTAG技術(shù)是一種嵌入式調(diào)試技術(shù)，它在芯片內(nèi)部封裝了專門的測試電路TAP(Test Access Port，測試訪問口)，通過專用的JTAG測試工具對(duì)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。通過JTAG接口，可對(duì)芯片內(nèi)部的所有部件進(jìn)行訪問，因而是開發(fā)調(diào)試嵌入式系統(tǒng)的一種簡潔高效的手段。JTAG調(diào)試方法主要通過ARM芯片的JTAG邊界掃描進(jìn)行調(diào)試。另外，由于JTAG調(diào)試的目標(biāo)程序是在目標(biāo)板上執(zhí)行，仿真更接近于目標(biāo)硬件，因此許多接口問題，如高頻操作限制、AC和DC參數(shù)不匹配、電線長度的限制等被最小化了。在本設(shè)計(jì)中，采用14腳JTAG仿真接口，電路圖設(shè)計(jì)圖如下： JTAG電路原理圖： JTAG各個(gè)引腳及其定義引腳1/13 2/4/6/8/10/1435791112名稱VDDGNDnTRSTTDITMSTCKTDONC定義接電源接地測試系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)測試數(shù)據(jù)串行輸入測試模式選擇測試時(shí)鐘測試數(shù)據(jù)串行輸出未連接芯核邏輯旁路寄存器TAP寄存器指令寄存器器件ID寄存器輸入使能I/O輸出TDITMSTCKTRSTTDO輸入使能 JTAG調(diào)試接口示意圖 SDRAM/FLASH模塊的設(shè)計(jì)Flash存儲(chǔ)器是一種可在系統(tǒng)進(jìn)行電擦寫，掉電后信息不丟失的存儲(chǔ)器。作為一種非易失性存儲(chǔ)器，F(xiàn)lash在系統(tǒng)中用于存放程序代碼、常量表以及一些在系統(tǒng)掉電后需要保護(hù)的用戶數(shù)據(jù)等。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，CPU首先從復(fù)位地址0x0處讀取啟動(dòng)代碼，在完成系統(tǒng)的初始化后，程序代碼一般應(yīng)調(diào)入SDRAM中運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度，同時(shí)，系統(tǒng)及用戶堆棧、運(yùn)行數(shù)據(jù)也都放在SDRAM中。該器件存儲(chǔ)容量為16M8位，除此之外還有512K8位的空閑存儲(chǔ)區(qū)。8位I/O端口采用地址、數(shù)據(jù)和命令復(fù)用的方法，這樣既可減少引腳數(shù)，又可使接口電路簡潔。由于其所有的尋址、刷新等操作都由集成在芯片內(nèi)部的控制系統(tǒng)完成，因而使用非常簡單。對(duì)于普通的視頻應(yīng)用綽綽有余，并且它加快了存取速度，因此可以在多媒體系統(tǒng)、視頻采集與編輯系統(tǒng)等方面廣泛應(yīng)用。早期它被應(yīng)用于計(jì)算機(jī)和終端通過電話線和MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸，隨著微型計(jì)算機(jī)和微控制器的發(fā)展，近距離也采用該通信方式。RS232C標(biāo)準(zhǔn)采用的接口是9芯或25芯的D型插頭，常用9芯D型插頭。要完成最基本的串行通信功能，實(shí)際上只需要RXD、TXD和GND即可，但由于RS232C標(biāo)準(zhǔn)所定義的高、低電平信號(hào)與S3C2410X系統(tǒng)的LVTTL電路所定義的高、低電平信號(hào)完全不同LVTTL的標(biāo)準(zhǔn)邏輯“1”對(duì)應(yīng)2V~，標(biāo)準(zhǔn)邏輯“0”對(duì)應(yīng)+5V~+15V電平，顯然，兩者間要進(jìn)行通信必須經(jīng)過信號(hào)電平的轉(zhuǎn)換，這里選用MAX3232。l RXD 接收數(shù)據(jù)線，用于接受外部設(shè)備送來的是數(shù)據(jù)。l DTR 數(shù)據(jù)終端就緒。l SG 信號(hào)地。當(dāng)此引腳為高電平時(shí)，通知計(jì)算機(jī)Modem已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。此引腳由計(jì)算機(jī)來控制，用于通知Modem立即傳送數(shù)據(jù)至計(jì)算機(jī)；否則Modem將收到的數(shù)據(jù)暫時(shí)放入緩沖區(qū)中。此引腳由Modem控制，用于通知計(jì)算機(jī)將要傳送的數(shù)據(jù)送至Modem。Modem通知計(jì)算機(jī)有呼叫進(jìn)來，是否接聽呼叫由計(jì)算機(jī)決定。由于不需要進(jìn)行信號(hào)電平轉(zhuǎn)換，所以串口1不用使用MAX3232。Garmin公司的產(chǎn)品一直以來都是居于領(lǐng)導(dǎo)者的地位。具備12個(gè)平行接收頻道，最多能同時(shí)解算12顆衛(wèi)星信息，以供快速定位與導(dǎo)航。所有GPS 15系列產(chǎn)品皆具有低耗電設(shè)計(jì)。~40V的大范圍輸入電壓承載設(shè)計(jì)及輸出介面選擇，針對(duì)不同領(lǐng)域提供全方位更靈活的運(yùn)用，即便是在公交車上電壓不穩(wěn)定的環(huán)境下也不會(huì)受到影響。 GPS模塊接口定義PIN1PIN2PIN3PIN4PIN5PIN6BACKUPGROUNDPOWERTXDRXDRF BIAS系統(tǒng)外擴(kuò)一個(gè)USB口，使用廉價(jià)的1GB或2GB的U盤作為海量存儲(chǔ)器來存放站點(diǎn)信息及廣告等多媒體文件。USB設(shè)備分為HOST（主設(shè)備）和SLAVE（從設(shè)備）。只有當(dāng)一臺(tái)HOST與一臺(tái)SLAVE連接時(shí)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。 USB接口原理圖IIS(InterIC Sound)總線是Philips公司提出的串行數(shù)字音頻總線協(xié)議。IIS總線只處理聲音數(shù)據(jù),其他信號(hào)（控制信號(hào)）必須單獨(dú)傳輸。本系統(tǒng)采用Philips基于IIS音頻總線的UDA1341型音頻CODEC。由于IIS總線只處理音頻數(shù)據(jù)，因此UDA1341還內(nèi)置了用于傳輸控制信號(hào)的L3總線接口。 UDA1341內(nèi)部結(jié)構(gòu)，UDA1341對(duì)外提供兩組音頻信號(hào)輸入接口，每組包括左右2個(gè)聲道。因?yàn)橄Ｍㄟ^軟件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)輸入音量大小的調(diào)節(jié)，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用第二組輸入音頻信號(hào)，通過L3總線接口控制AGC來實(shí)現(xiàn)。L3控制接口接在S3C2410X的GPGGPGGPG10引腳上，利用這3個(gè)I/O口模擬L3總線的全部時(shí)序和協(xié)議。Vxworks是一個(gè)運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的高性能、可裁減的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。相對(duì)于Windows CE系統(tǒng)，Linux用作嵌入式操作系統(tǒng)，具有如下的優(yōu)勢： (1)Linux具備更靈活的可裁減性，用戶可以依照需要自行對(duì)Linux系統(tǒng)進(jìn)行裁減，這對(duì)于在功能、可靠性、體積、成本和功耗方面有嚴(yán)格要求的專用終端系統(tǒng)來說是一個(gè)非常重要的特點(diǎn)。 (2)可以用于多種硬件平臺(tái)，如X8ARM、MIPS、ALPHA、SPARC等，Linux已經(jīng)被移植到多種硬件平臺(tái)，使硬件開發(fā)者選擇元件的余地也更大。Linux下面有C、C++、Java以及其它很多的開發(fā)工具，而且開發(fā)者可以免費(fèi)獲得。 (4)使用成本低。