基于TMS320F2812物探GPS接收机设计与实现

1、基于TMS320F2812物探GPS接收机设计与实现摘 要:设计了一种专门用于物探测量且经济实用的GPS接收机。该接收机采用TI公司的TMS320F2812芯片为核心处理器,对GPS-OEM板进行二次开发,给出了详细的软硬件设计思路和实现方案。测试结果表明,在天气情况良好的条件下,单机定位精度小于1 m,能够满足大多数物探平面测量精度要求。关键词:地球物理勘探测量; GPS-OEM; TMS320F2812; GPS接收机中图分类号:TN713+.8-34文献标识码:A文章编号:1004-373_(2021)21-0079-04Design and Implementation of Geop

2、hysical E_ploration GPS Receiver Based on TMS320F2812QIAO _iao-rui1, LIU Li-li2(1.Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2.Unit 91180 of PLA, Dalian 116041, China)Ab(转载自：www.BdfQy.Com 千 叶帆 文摘:基于TMS320F2812物探GPS接收机设计与实现)stract: A suitable and practical geophysical e_ploration GPS recei

3、ver was designed.This system consists of GPS data receiving unit and TMS320F2812 core processor.GPS data receiving adopts the selected GPS-OEM board.The design and implementation scheme of hardware circuit and software program are introduced.The test results show that the position accuracy can reach

4、 to 1 m, which can fulfill the accuracy requirement of plane measurement for geophysical e_ploration.Keywords: geophysical e_ploration; GPS-OEM; TMS320F2812; GPS receiver0 引 言地球物理勘探野外工作在进行地球物理场测量的同时,需进行点位及其高程测量。 GPS定位技术与常规测量技术相比,具有观测站间无需通视、速度快、测量组人员投入少等优势1,已成为物探测地工作首选。地球物理勘探测量中,要求平面定位精度小于3 m。目前,市场上低

5、价格GPS接收机的精度不能保障;高精度GPS接收机可满足精度要求,但价格昂贵。为满足地球物理勘探测地需求,地球物理勘探者往往必须选用高精度GPS接收机,显然增加了测地工作的成本。针对目前GPS接收机发展现状,本文旨在研制一种专用GPS接收机,要求价格适中、能实时定位、且在短时间内单机定位精度能达到13 m,满足大多数地球物理勘探测地精度需求。数字信号处理器DSP 运算速度高,有较高的数字信号处理能力,高可靠性的特点,非常适于GPS实时信号的处理2-3。利用GPS-OEM进行二次开发,设计相应接口软件、适配显示器、键盘等用户终端与控制处理器,构成GPS一体化接收机,已成为一种发展趋势4-5。通过

6、调研,选用一种GPS-OEM板,与一种蝶形接收天线配合使用时,单机定位精度能达到1 m左右,为进一步设计提供了基本依据。 1 系统硬件设计该接收机由GPS数据接收单元、核心处理单元、及存储和显示单元三部分组成。其中,GPS数据接收部分采用选定的GPS-OEM板设计,核心处理单元采用TI公司的DSP,接口部分主要由转换芯片及相应软件组成。所设计的系统总体硬件框架如图1所示。图1 系统总体硬件框图1.1 GPS数据接收模块设计目前在市场上GPS-OEM模块种类较多,在选型时要根据:(1) 设计系统所能达到的定位精度;(2) 数据链路的通讯方式和覆盖范围;(3) 性能价格比等因素来选择合适的OEM模

7、块。经权衡比较,设计采用合众思壮公司在20_6年正式推出的一款GPS-OEM模块新月-HC12A。该模块是合众思壮公司生产的一款单频12通道接收机,采用了最新的ASIC芯片和Coast等专利软件算法,同时具有20 Hz的原始数据、定位数据更新率,信标接收功能,差分基准站/移动站,L-Dif,E-Dif,1 pps/Event Marker等多种功能,其单机定位误差小于25 m(2DRMS),代表了当前GPS行业的最新技术趋势6。新月-HC12A模块主要由低噪声下变频器、信号通道、微处理器、存储器等组成,其内部结构如图2所示。图2 新月-HC12A模块内部结构图另外,根据天线的供电电压、信噪比(

8、噪声系数15 dB左右)及增益(增益28 dB左右),选用了右旋极化陶瓷介质天线,该GPS信号接收天线具有在同一时刻观测到较多GPS卫星数、快速定位的特点。1.2 DSP核心处理模块设计为满足接收机系统具备定位速度快,可靠性高及实时性的要求,选用DSP芯片作为中央处理单元的核心,根据中央处理单元对运算量的需求数据本身结构(要求处理的有效数字最大为11位),综合考虑DSP芯片的运算速度、运算精度、DSP芯片的硬件资源及开发工具、功耗及价格等因素7。选用了TI公司的TMS320F2812芯片作为主处理器,主要基于以下几点考虑:(1) 它的主频高,时钟频率可达150 MHz,可以满足系统的需要; (

9、2) 本身具有的大容量片内FLASH可方便系统实现、降低成本; (3) 有着较多通用I/O口可以灵活配置,可以很方便地实现与其他器件接口;(4) TMS320F2812芯片系统采用高性能静态CMOS技术,功耗非常低8 。1.3 存储、显示和控制单元为了能实时提供给用户定位信息,本文设计中采用LCD液晶显示屏和SD卡存储器作为人机对话窗口。能实时、快速地输出定位信息,通过软件编程设计了简单方便的、友好的人机操作界面。测量时可按照简单的操作提示进行。另外,还可以将必要的数据存入SD卡存储内部设备,方便后续查询。2 系统软件设计本文所设计的软件程序采用C语言和汇编语言进行混合编程,对每一个功能模块的子程序进行编译和调试。程序设计主要部分包括:主程序部分;接收子程序;数据处理子程序;存储部分子程序。所设计的具体软件流程如图3所示。 图3 软件流程图(1) 主程序部分:主要完成DSP 的CPU初始化、建立中断向量表、SD卡初始化、给OEM板初始化等,还有对各个子程序进行调用。(2) 接收子程序:使程序指向接收数据缓冲区首地址,让DSP处于读接收状态。当新月-HC12A OEM板接收到一帧信号时,就引串口接收中断,将中断信号送给DSP的中断控制器,在其判断中断源后,DSP就会找到与之相应的中断服务程序的入口地址。采用中断