GPS模块说明

2．GPS工作原理24颗GPS卫星在离地面12万km的高空上，以12h的周期环绕地球运行，使得在任意时刻，在地面上的任意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，我们可得到卫星到接收机的距离，利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，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和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。事实上，接收机往往可以锁住4颗以上的卫星，这时，接收机可按卫星的星座分布分成若干组，每组4颗，然后通过算法挑选出误差最小的一组用作定位，从而提高精度。由于卫星运行轨道、卫星时钟存在误差，大气对流层、电离层对信号的影响，以及人为的SA保护政策，使得民用GPS的定位精度只有100m。为提高定位精度，普遍采用差分GPS（DGPS）技术，建立基准站（差分台）进行GPS观测，利用已知的基准站精确坐标，与观测值进行比较，从而得出一修正数，并对外发布。接收机收到该修正数后，与自身的观测值进行比较，消去大部分误差，得到一个比较准确的位置。实验表明，利用差分GPS，定位精度可提高到5m。GPS显示模式：例：$GPRMC,112720.000,A,3639.2868,N,11659.8396,E,,,200305,,*12$GPRMC,235958.999,V,0000.0000,N,00000.0000,E,0.00,,260920,,*0C区域名称例单位说明1信息ID$GPRMCRMC协议开始2UTC时间112720.000格林威治3状态A（资料有效）4纬度3639.2868纬度信息5南/北半球指示NN为北半球6经度11659.8396经度信息7东/西半球指示E东半球8速度9方向10日期2003053．GPS引脚说明：Pin1:TXD2,第二异步串行数据输出口，与TXD1定义相关，输出相位信号Pin2:RXD2,第二异步串行数据输入口，与RXD1定义相同，输入串行差分GPS信号Pin3:PPS秒脉冲输出Pin4:TXD1,第一异步串行数据输出口，0V到VIN，和Pin12并行输出一致。Pin5:RXD1,第一异步串行数据输入口，输入串行初始化/设置数据。Pin6：PWR-DN，外部断电输入Pin7：VAUX,内部辅助电池充电输入Pin8：GROUND，电源和信号地Pin9：VIN，连接Pin10Pin10：VIN电源输入Pin11：NC，不外接引线Pin12：电学规范兼容串行输出。GPS与单片机的连接。连接如下图4.驱动模块电机采用普通的直流电机。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便。调整范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。能满足各种不容的特殊运行要求；驱动部分因为小车电机装有减速齿轮组，考虑不需调速功能，所以采用市面易购的电机驱动芯片L293D，该芯片是利用TTL电平进行控制，对电机的操作方便，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正反转操作，很方便单片机的操作，亦能满足直流减速电机的要求。2.2驱动模块若采用分立元件组成的平衡式驱动电路，可以由单片机直接对其进行操作，但由于分立元件占用的空间比较大，还要配上两个继电器，考虑到小车的空间问题，此方案不够理想。所以驱动模块采用市面易购的电机驱动芯片L293D，如图2.3所示，该芯片是利用TTL电平进行控制，对电机的操作方便，通过改变芯片控制端的输入电平，即可以对电机进行正反转操作，很方便单片机的操作，亦能满足直流减速电机的要求。图2.3电机控制原理图小车电机为直流减速电机，带有齿轮组，采用电机驱动芯片L293D。L293D是著名的SGS公司的产品。为单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用来接收TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)，和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路。其额定工作电流为1A，最大可达1.5A，Vss电压最小4.5V，最大可达36V；Vs电压最大值也是36V，经过实验，Vs电压应该比Vss电压高，否则有时会出现失控现象。其使能、输入引脚和输出引脚的逻辑关系如表1所示。表2.1引脚和输出引脚的逻辑关系电机运行情况ENA（B）IN1（IN3）IN2（IN4）正转HFL反转HLH快速停止H同IN2（IN4）同IN1（IN3）停止LXX速度转向控制方案一：采用舵机和直流电机分别控制小车转向和驱动。舵机控制两个轮的转向，没法控制小车的前进，若想保证既能转弯又能前进，需要更大的功率，对电源要求高。另外，舵机转向方式平缓且灵活，但是转向弧度较大不能实现原地转向，而且费用高。方案二：小车采用双直流电机实现驱动和转向，动力强劲。利用电机差速原理控制小车转向，极易实现原地任意角度的转向。在小车的前方安装一万向轮，可以任意转向，所以选取方案二。2.3电源模块方案一：采用普通电池，选用干电池给直流电机供电，经7805稳压管对单片机、红外传感器、LM339等供电，但对直流电机影响很大，电机转速变化大，对任务的完成极为不利。方案二：采用二节锂电池串联供电，经过7805三端稳压对单片机、红外传感器、LM339等额定电压为5V器件供电，单片机和传感器工作正常，直流电机转速变化不大且平稳行进，且电池体积较小，重量较轻，能够满足系统要求。实验证明，电池组可保持系统稳定，所以选取方案二。2.5稳压模块许多稳压基准的负载能力都很小，端电压调节也不方便，而由TL431构成的稳压基准温漂小，又有相当的负载能力，且输出电压连续可调，电路简单。其典型接线如图2.5所示，输出电压由下式确定：Uo=[1+(R1/R2)]·VR(VR=2.5V)（1）取R1=R2，得Uo=5V,VR=2.5V；电流动态范围为0～[(Ui－Uo)/R0－1]mA。该电路还可以很方便地加入一只扩流管即构成一个性能优良的稳压电源。图2.5稳压器连接电路图提供给比较器LM339稳定电压VR2.5v.选择LM339的原因：1）电压失调小，一般是2mV；2）共模范围非常大，为0v到电源电压减1.5v；3）他对比较信号源的内阻限制很宽；4）LM339vcc电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；5）输出端电位可灵活方便地选用。6）差动输入电压范围很大，甚至能等于vcc；图2.6LM339管脚示意图