基于GPS时钟的打铃仪设计

1．2 其他硬件电路
    微处理器采用Microchip公司的PIC16F873。该芯片采用14位类RISC指令系统，片内资源丰富，内含A／D转换器、EEPROM等，使打铃仪省去外接A／D转换电路和EEPROM芯片，简化了系统电路。该芯片还支持在线编程，易于进行软件调试、升级。图3打铃仪电路中的电源电路部分含有60 插件电感mAh充电电池构成的备份电源。单片机由R1和R2的分压电压可判断主电源是否掉电。当主电源有电时，5 V直流电压经D1后为GPS接收模块和单片机供电，经R3限流后为电池BAT1提供涓流充电；当主电源掉电时，电池BAT1经D2后为单片机和GPS接收模块供电，以保证系统主电源掉电时系统依然能正常走时，但系统停止其他功能。R4和热敏电阻Rt1的分压电压随环境温度的变化而变化，单片机对该分压电压进行A／D转换，再查表可测出环境温度。蜂鸣器BAK1和发光二极管LED1为按键按下有效及响铃输出的声光提示。单片机控制继电器J1决定外接电铃是否响铃。接按键的5个I／O引脚的内部上拉电阻打开。液晶显示模块YDS12864与单片机采用串行口相连，以中文方式显示当前年、月、日、时、分、秒、星期、温度等信息及系统设置时的提示信息。



2 打铃仪软件设计
2．1 GPS协议
    几乎所有GPS接收模块的串行输出数据格式都遵循美国国家海洋电子协会NMEA(National Marine Elec-tronics Association)所指定的标准规格。这一标准制订所有航海电子仪器间的通信标准，其中包含传输资料的格式以及传输资料的通信协议。NMEA协议有0180、0182和0183三种，0183可以认为是前两种的超集，现正广泛使用。NMEA-0183协议的数据格式为1个起始位、8个数据位、1个停止位、无奇偶校验位，波特率为300、600、1 200、2 400、4 800、9 600、19 200；其输出数据为ASCII码，语句包括GPGGA、GPGLL、GPGSA、GPRMC、GPGSV、GPVTG等，各语句内含内容各不一样。含有年月日时分秒数据的GPRMC语句输出格式为：$G-PRMC，<1>，<2>，<3>，<4)，<5>，<6>，<7>，<8&电感厂家gt;，<9>，<10>，<11>。以“LF”表示该帧数据结束。例如：$GPRMC，102521．231，A，3143．2679，N，13432．2134，E，0．9，309．62，101299，，*10。具体意义如表3所列。



2．2 GPS数据读取
    GS-312每秒更新输出数据1次，可用串口中断方式读取。NMEA-0183协议每一语句内含的各个内容均以逗号隔开，可以通过判塑封电感断逗号的个数，识别时间数据和日期数据，其流程如图4所示。



2．3 主程序设计
    打铃仪主程序流程如图5所示模压电感器，程序结构采用散转结构，该结构抗干扰能力强，程序跑飞能自动重入。按键子程序含有长按功能，在设置响铃时间时利用按键长按功能便于快速设置。用户可长按即时响铃键实现即时响铃功能，以避免误按响铃。


3 打铃仪设计的注意问题
    天线部分的PCB设计很重要，它直接关系到GPS信号的接收效果。本设计采用的是无源天线，天线接收下来的信号进入GPS模块的RF引脚之前的一段PCB走线要求具有50Ω的匹配阻抗。GPS模块GPS-312串行输出默认波特率为4 800，通常情况下，该波特率满足需求。GPS模块GPS-312输出时间为格林尼治时间，应转换为北京时间，电感单位即在GS-312输出时间的小时位加上8。应注意，在格林尼治时间的16：00—24：00之问加8后时间格式的转变，同时日期要加1。


结 语
    采用GPS时间为基准的打铃仪已经批量生产。用户实用证明，该机走时精确、使用方便、人机交互友好；缺点是在收不到GPS信号的场合，依靠晶振分频计时与普通打铃仪一样存在计时误差。本设计采用RS422协议将GPS接收到的信号进行较远距离传送，只要将室外单元放在开阔地，便可较好地解决收不到GPS信号的问题。本方案稍加改进，即可方便地应用于走时极为准确的万年历或时间控制器。该时间控制器可以方便地实现多机同步控制。可见，本方案具有一定的推广价值。

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