基于Motorola M12 GPS接收機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)同步檢測(cè)(圖)

硬件系統(tǒng)
該系統(tǒng)分為上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分，m12作為定時(shí)模塊接入，其基本的框圖如圖1所示。

上位機(jī)是具有一定配置的pc機(jī)，at89c58作為下位機(jī)主控cpu與上位機(jī)相連接，完成控制數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)的交互。與at89c58相連的可以劃分為五個(gè)模塊，它們分別是：dds(直接頻率合成)模塊，采用ad9852來實(shí)現(xiàn)；電流電壓輸出模塊，采用tms320vc5402定點(diǎn)dsp來實(shí)現(xiàn)；同步定時(shí)模塊，采用m12 gps接收器來實(shí)現(xiàn)；開入動(dòng)作變化量檢測(cè)模塊，采用at89c2051來實(shí)現(xiàn)；開出動(dòng)作變化量計(jì)時(shí)模塊，采用8255定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)。
本文主要介紹作為同步定時(shí)模塊的m12是如何與主控設(shè)備完成軟硬件連接，并且協(xié)調(diào)工作的。此處硬件的連接是通過標(biāo)準(zhǔn)異步串口來完成的，需要指出的是，m12的標(biāo)準(zhǔn)異步串行接口采用的是3v邏輯電平，而主控設(shè)備輸出的邏輯電平卻是5v，因此采用maxim公司生產(chǎn)的max3370作為邏輯電平轉(zhuǎn)換模塊，起到銜接的作用；主控設(shè)備與m12之間采用模擬串行通信。硬件連接簡(jiǎn)單，主要功能由軟件來實(shí)現(xiàn)。m12的初始化編程以及定時(shí)數(shù)據(jù)的采集、比較、反饋的詳細(xì)過程見軟件實(shí)現(xiàn)。

模塊特點(diǎn)
m12接入系統(tǒng)如圖2所示。

該系統(tǒng)使用motorola 公司生產(chǎn)的m21 gps接收器作為定時(shí)源。m12接收器的并行通道已經(jīng)擴(kuò)展到12個(gè)，提供碼跟蹤和載波輔助跟蹤，可同時(shí)跟蹤12顆衛(wèi)星，可串行輸出緯度、經(jīng)度、高度、速度、航向和時(shí)間信息。m12接收器的核心硬件mrfic1504是基于mmc2003的32位risc控制器。m12接收器提供2.75～3.2v的電壓，支持逆向差分，可以通過設(shè)置差分基站的方法來改良定位效果。支持rtcm sc-104(美國(guó)海用無線電技術(shù)委員會(huì))格式的差分功能，naea 0183(美國(guó)國(guó)家海洋電子學(xué)會(huì))格式輸出，雙通信串口，用戶可控制的速度濾波器和一個(gè)天線檢測(cè)回路。用戶還可以選擇使用垂直于電路板或者是平行于電路板的數(shù)據(jù)/電源連接器。基本的控制流程如圖3所示。

在主控設(shè)備與m12通信過程中，建議采用其特有的motorola二進(jìn)制數(shù)據(jù)與指令格式，通信速率可以保證在9600bps(取決于m12)，而采用nmea-0183格式時(shí)，通信速率只有4800bps，同時(shí)在初始化gps時(shí)還需要加入由motorola二進(jìn)制轉(zhuǎn)化為nmea-0183的指令，相比之下較為繁瑣，而motorola二進(jìn)制是默認(rèn)通信模式。
在此設(shè)計(jì)當(dāng)中，關(guān)鍵的環(huán)節(jié)在于兩個(gè)方面，一是m12的初始化，二是主控設(shè)備與m12之間采用的模擬串口通信是否可靠。對(duì)于m12初始化而言，重點(diǎn)在于理解motorola二進(jìn)制數(shù)據(jù)格式的結(jié)構(gòu)，其次是設(shè)置初始化時(shí)間。實(shí)時(shí)時(shí)鐘是m12的特征之一，它用于縮小ttff（捕獲時(shí)間），在主電源被切斷而后備電源工作時(shí)，數(shù)據(jù)和時(shí)間信息將被存儲(chǔ)在rtc寄存器中。因此存在初始化在gps鎖定第一顆衛(wèi)星之前，或是讓讓衛(wèi)星自動(dòng)搜索兩種初始化時(shí)間信息的方式。實(shí)踐證明，第一種方案得到的ttff較小，所以建議采用。gps默認(rèn)提供的是gmt(格林威治時(shí)間)，因此用戶需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r設(shè)置時(shí)區(qū)的偏移量(中國(guó)為東8區(qū)，+8)。具備以上知識(shí)后，就可以從數(shù)據(jù)包中提取時(shí)間信息。此處選用短位置消息。

@@hbmdyyhmsffffaaaaoooohhhhmmmm vvvvhhddntssrrvvvvvvc
下面僅僅分析它有關(guān)定時(shí)信息的部分。
實(shí)例如下。
@@hb021c07d4092d280001121a000000000000 00000000000000000000000000000000000000016088 0000503035463039
轉(zhuǎn)化成16進(jìn)制的數(shù)是021c07d4092d280001，對(duì)應(yīng)的時(shí)間是2.28.2004.9:45:40:0001。
對(duì)于模擬串口而言，首先應(yīng)當(dāng)明確采用哪一種執(zhí)行方式。其次，就是選定通信波特率。最后就是確定具體的硬件結(jié)構(gòu)。這里采用起始位為1bit，終止位為1bit，無奇偶校驗(yàn)位，波特率為9600，晶振頻率為11.0592mhz。處理流程如圖4所示。
mrxd代表一個(gè)1比特的位地址，它用于檢測(cè)串口通信起始位，終止位的有效性；mtxd代表一個(gè)1比特的位地址，它用于發(fā)送串口通信所需的起始位，終止位；cont代表一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于控制所發(fā)比特的個(gè)數(shù)。
源代碼。
pcon equ 87h
head equ 20h
int_ok bit 08h
org 0000h
ljmp start
org 0023h
ljmp recieve
org 0100h
start: mov psw,#00h
mov sp,#70h
mov tmod,#20h
mov th1,#0fah
mov tl1,#0fah
mov pcon.#80h
setb ea
setb tr1
setb es
setb p1.0
clr int_ok
mov scon,#70h
mov dptr,#tab1
mov r7,#11h
send1： clr a
movc a,@a+dptr
mov sbuf,a
swait1： ；發(fā)送@@gb數(shù)據(jù)幀，初始化時(shí)間偏移
jnb ti，swait1
clr ti
inc dptr
djnz r7，send1
mov dptr，#tab2
mov r7，#08h
send2： clr a
movc a ，@a+dptr
mov sbuf,a
swait2： ；發(fā)送@@hb數(shù)據(jù)幀，啟動(dòng)gps
jnb ti，swait2
clr ti
inc dptr
djnz r7，send2
mov r5，#00h
stop_here： ；檢測(cè)接收到的數(shù)據(jù)幀是否有效
jnb int_ok,stop_here
mov dptr,#tab3
mov ro,#65h
mov r7,#03h
time_1： ；與規(guī)定的時(shí)間相比較，相等時(shí)置中斷標(biāo)志位
clr a ；不相等時(shí)重新接收
movc a ,@a+dptr
mov @ro,a
inc ro
inc dptr
djnz r7,time_1
mov ro,#36h
mov r1,#65h
mov r7,#03h
acall cmp
cjne a ,#00h,wait
cpl p1.0
wait： clr int_ok
ajmp stop_here
recieve： ；接收程序，完成接收，校驗(yàn)，置中斷標(biāo)志位的功能
push psw
push acc
clr es
clr ri
mov psw,#08h
mov a,sbuf
cjne a ,#40h,stop
rr1： jnb ri,rr1
clr ri
mov a ,sbuf
cjne a ,#40h,stop；前兩個(gè)字節(jié)若為@@繼續(xù)，
否則，跳出
mov ro,#30h
mov r7,#34h
rr2： jnb ri,rr2
clr ri
mov a ,sbuf
mov @ro,a
inc ro
djnz r7,rr2
mov ro,#30h
mov r7,#30h
acall test
mov a,@ro
cjne a ,20h,stop
setb int_ok；置中斷標(biāo)志位
stop： pop acc
pop psw
setb es
reti
test： mov a,@ro
mov 20h,a
inc ro
tt1： mov a,@ro
xrl 20h,a
inc ro
djnz r7,tt1
ret
cmp： mov a ,@ro
mov b,a
mov a,@r1
cjne a ,b,cmp1
inc r0
inc r1
djnz r7,cmp
mov a,#00h
ljmp cmp3
cmp1： jc cmp2
mov a,#offh
ljmp cmp3
cmp2： mov a,#01h
cmp3： ret
tab1： db
40h,40h,47h,62h,01h,01h,07h,0d4h,0ch,00h,00h,00h,08h, 00h,0d9h,0dh.0ah
tab2： db 40h,40h,48h,62h,01h,2bh.0dh,0ah
tab3： db 0bh,10h,01h
end

總結(jié)
本文主要介紹了如何使用motorola公司生產(chǎn)的m12 gps接收器來完成繼電保護(hù)檢測(cè)裝置的異地雙端同步試驗(yàn)，該模塊大大提高了繼電保護(hù)測(cè)試水平和工作效率，并且有效減少了人為誤差，防止了繼電保護(hù)及其安全自動(dòng)裝置的不正確動(dòng)作。