Odbiornik GPS

01 sierpnia 2007

Nawigacja satelitarna GPS jest coraz powszechniejsza, w głównej mierze za sprawą systemów nawigacji samochodowych. Z reguły są to rozbudowane systemy wyposażone wyświetlacz do wizualizacji trasy na mapie. Jednak informacje odbierane przez odbiornik GPS można wykorzystać także do prostszych zastosowań. Oprócz informacji o pozycji dostępne są dane, między innymi o: aktualnym czasie i dacie, prędkości, wysokości, itp. Informacje te można wykorzystać do prostych urządzeń sterowanych mikrokontrolerem.

Podstawowe parametry:

Odbiór sygnału z max. 12 satelit
Interfejs wyjściowy RS232
Prędkość transmisji 38,4 kb/s
Standard danych NMEA0183
Czułość –185 dWb
Czas ustalania pozycji: 45 s (zimny start), 38 s (ciepły start), 5 s (gorący start)
Zewnętrzna antena GPS
Zasilanie 5 V/150 mA

Do takich zastosowań najlepiej jest wykorzystać odbiornik zintegrowany z anteną i umieszczony w jednej obudowie. Chcąc zastosować gotowy odbiornik GPS można jednak napotkać problem w postaci braku takich odbiorników wyposażonych w port szeregowy. Dlatego proponujemy wykonanie odbiornika prezentowanego w artykule. Wyposażono go w port szeregowy RS232 i jest on przeznaczony do współpracy z mikrokontrolerem. Nie ma jednak przeszkód, aby dołączyć go do także komputera wyposażonego w port szeregowy.

Zbudowany jest on z wykorzystaniem modułu odbiornika firmy Navsync, co ogranicza całą konstrukcję do obwodów zasilania i konwertera napięć dla portu szeregowego.

Schemat elektryczny odbiornika GPS przedstawiono na rys. 1. Jego głównym elementem jest moduł odbiornika U1. Zawarto w nim wszystkie bloki funkcjonalne obsługujące cały proces ustalania pozycji poczynając od wejściowego sygnału antenowego, a kończąc na danych cyfrowych dostępnych na wyjściu szeregowym.

Rys. 1. Schemat elektryczny odbiornika GPS

Napięcie zasilania jest pobierane z wyjścia stabilizatora U2. Diody świecące D1 i D2 sygnalizują stan pracy modułu. Obwód dołączony do wejścia VBATT stanowi podtrzymanie pamięci w przypadku braku zasilania. Kondensator C14 o dużej pojemności (0,1 F) po naładowaniu stanowi źródło napięcia umożliwiające kilkugodzinne podtrzymanie zawartości pamięci. Dzięki temu po powrocie zasilania możliwe jest szybsze ustalenie pozycji. Dane wyjściowe kierowane są z portu TXD0 na wejście konwertera napięć (U3) dopasowującego poziomy napięć dostępne na złączu CON1 do standardu RS232. Do prawidłowego odbioru danych wystarczający jest tylko sygnał wyjścia danych TX, ale na złączu CON1 dostępne jest też wejście danych odbiornika GPS (RX) kierowane na port RXD0. Dane wejściowe mogą służyć do konfiguracji pracy odbiornika, ale w większości zastosowań domyślne parametry są wystarczające i nie ma potrzeby ich zmieniania.

Rozmieszczenie elementów na płytce przedstawiono na rys. 2.

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce odbiornika GPS

Montaż elementów należy rozpocząć od przylutowania modułu odbiornika GPS. W dalszej kolejności należy montować pozostałe układy scalone oraz rezystory i kondensatory SMD. W ostatnim etapie montowane jest kondensator C14 oraz złącza CON1 i CON2. Do zasilania modułu jest wymagane napięcie o wartości zbliżonej do +5 V i wydajności prądowej minimum 150 mA. Do sprawdzenia poprawności działania modułu można dołączyć go do portu szeregowego komputera i na terminalu odczytać wysyłane przez niego dane. Sposób wykonania takiego połączenia przedstawiono na rys. 3.

Rys. 3. Sposób dołączenia odbiornika do portu szeregowego komputera

Dodatkowo do złącza CON2 należy dołączyć antenę GPS. Antena musi znajdować się na zewnątrz budynku, ponieważ sygnał w pomieszczeniach jest zbyt silnie tłumiony. Konsekwencją tego jest częsty brak możliwości ustalenia pozycji. Jeśli pozycja zostanie ustalona, to nawet w pomieszczeniach możliwe jest odbieranie prawidłowych danych. Jest to jednak uwarunkowane konstrukcją budynku a także warunkami pogodowymi. Do testu można wykorzystać program HyperTerminal, który należy skonfigurować zgodnie z rys. 4.