摘要：設(shè)計(jì)了一種專門用于物探測(cè)量且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的GPS接收機(jī)。該接收機(jī)采用TI公司的TMS320F2812芯片為核心處理器，對(duì)GPS-OEM板進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，給出了詳細(xì)的軟硬件設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方案。測(cè)試結(jié)果表明，在天氣情況良好的條件下，單機(jī)定位精度小于1 m，能夠滿足大多數(shù)物探平面測(cè)量精度要求。
關(guān)鍵詞：地球物理勘探測(cè)量；GPS-OEM；TMS320F2812；GPS接收機(jī)
0 引言
地球物理勘探野外工作在進(jìn)行地電感器的用途球物理場(chǎng)測(cè)量的同時(shí)，需進(jìn)行點(diǎn)位及其高程測(cè)量。GPS定位技術(shù)與常規(guī)測(cè)量技術(shù)相比，具有觀測(cè)站間無(wú)需通視、速度快、測(cè)量組人員投入少等優(yōu)勢(shì)，已成為物探測(cè)地工作首選。
地球物理勘探測(cè)量中，要求平面定位精度小于3 m。目前，市場(chǎng)上低價(jià)格GPS接收機(jī)的精度不能保障；高精度GPS接收機(jī)可滿足精度要求，但價(jià)格昂貴。為滿足地球物理勘探測(cè)地需求，地球物理勘探者往往必須選用高精度GPS接收機(jī)，顯然增加了測(cè)地工作的成本。針對(duì)目前GPS接收機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，本文旨在研制一種專用GPS接收機(jī)，要求價(jià)格適中、能實(shí)時(shí)定位、且在短時(shí)間內(nèi)單機(jī)定位精度能達(dá)到1～3 m，滿足大多數(shù)地球物理勘探測(cè)地精度需求。
數(shù)字信號(hào)處理器DSP運(yùn)算速度高，有較高的數(shù)字信號(hào)處理能力，高可靠性的特點(diǎn)，非常適于GPS實(shí)時(shí)信號(hào)的處理。利用GPS-OEM進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)相應(yīng)接口軟件、適配顯示器、鍵盤等用戶終端與控制處理器，構(gòu)成GPS一體化接收機(jī)，已成為一種發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)調(diào)研，選用一種GPS-OEM板，與一種蝶形接收天線配合使用時(shí)，單機(jī)定位精度能達(dá)到1m左右，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供了基本依據(jù)。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
該接收機(jī)由GPS數(shù)據(jù)接收單元、核心處理單元、及存儲(chǔ)和顯示單元三部分組成。其中，GPS數(shù)據(jù)接收部分采用選定的GPS-OEM板設(shè)計(jì)，核心處理單元采用TI公司的DSP，接口部分主要由轉(zhuǎn)換芯片及相應(yīng)軟件組成。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體硬件框架如圖1所示。
1．1 GPS數(shù)據(jù)接收模塊設(shè)計(jì)
目前在市場(chǎng)上GPS-OEM模塊種類較多，在選型時(shí)要根據(jù)：
(1)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所能達(dá)到的定位精度；
(2)數(shù)據(jù)鏈路的通訊方式和覆蓋范圍；
(3)性能價(jià)格比等因素來(lái)選擇合適的OEM模塊。
經(jīng)權(quán)衡比較，設(shè)計(jì)采用合眾思?jí)压驹?006年正式推出的一款GPS-OEM模塊新月-HC12A。該模塊是合眾思?jí)压旧a(chǎn)的一款單頻12通道接收機(jī)，采用了最新的ASIC芯片和Coast等專利軟件算法，同時(shí)具有20Hz的原始數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)更新率，信標(biāo)接收功能，差分基準(zhǔn)共模電感站／移動(dòng)站，L-Dif，E-Dif，1 pps／Event Marker等多種功能，其單機(jī)定位誤差小于2．5 m(2DRMS)，代表了當(dāng)工字電感器前GPS行業(yè)的最新技術(shù)趨勢(shì)。
新月-HC12A模塊主要由低噪聲下變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。
另外，根據(jù)天線的供電電壓、信噪比(噪聲系數(shù)1．5 dB左右)及增益(增益28 dB左右)，選用了右旋極化陶瓷介質(zhì)天線，該GPS信號(hào)接收天線具有在同一時(shí)刻觀測(cè)到較多GPS衛(wèi)星數(shù)、快速定位的特點(diǎn)。
1．2 DSP核心處理模塊設(shè)計(jì)
為滿足接收機(jī)系統(tǒng)具備定位速度快，可靠性高及實(shí)時(shí)性的要求，選用DSP芯片作為中央處理單元的核心，根據(jù)中央處理單元對(duì)運(yùn)算量的需求數(shù)據(jù)本身結(jié)構(gòu)(要求處理的有效數(shù)字最大為11位)，綜合考慮DSP芯片的運(yùn)算速度、運(yùn)算精度、DSP芯片的硬件資源及開(kāi)發(fā)工具、功耗及價(jià)格等因素。
選用了TI公司的TMS320F2812芯片作為主處理器，主繞行電感器要基于以下幾點(diǎn)考慮：
(1)它的主頻高，時(shí)鐘頻率可達(dá)150 MHz，可以滿足系統(tǒng)的需要；
(2)本身具有的大容量片內(nèi)FLASH可方便系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)、降低成本；
(3)有著較多通用I／O口可以靈活配置，可以很方便地實(shí)現(xiàn)與其他器件接口；
(4)TMS320F2812芯片系統(tǒng)采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，功耗非常低。
1．3 存儲(chǔ)、顯示和控制單元
為了能實(shí)時(shí)提供給用戶定位信息，本文設(shè)計(jì)中采用LCD液晶顯示屏和SD卡存儲(chǔ)器作為人機(jī)對(duì)話窗口。能實(shí)時(shí)、快速地輸出定位信息，通過(guò)軟件編程設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單方便的、友好的人機(jī)操作界面。測(cè)量時(shí)可按照簡(jiǎn)單的操作提示進(jìn)行。另外，還可以將必要的數(shù)據(jù)存入SD卡存儲(chǔ)內(nèi)部設(shè)備，方便后續(xù)查詢。 大功率電感廠家 |大電流電感工廠
