基于GPS的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究
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其中：$為語句起始標志；GPRMC為識別符；逗號為數(shù)據(jù)區(qū)分隔符；*為效驗和識別符；hh為效驗和；CR>LF>為語句結(jié)束符。
秒脈沖的上升沿對應(yīng)著一精準的UTC時刻。可以先對GPS接收機的1PPS秒脈沖進行整形，用經(jīng)過整形信號的上升沿對DSP中斷進行控制或觸發(fā)計數(shù)器進行分頻處理，同時從RS-232接口傳輸來的GPRMC語句通過DSP的串口輸入可以方便提取到UTC時刻，地理經(jīng)緯度信息。本文中使用GPS25 OEM板其授時精度優(yōu)于200ns，定位精度可達5 m以內(nèi)基本可以滿足異地同步數(shù)據(jù)采集的需求。
2 采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)采用的核心芯片是美國TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812 DSP處理器，它采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和地址總線，支持多級流水線操作片上集成了定時器，鎖相環(huán)，通用I／O接口和串行通信接口等。與單片機相比具有更為強大的數(shù)字處理和控制能力特別適合結(jié)合GPS接收機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
如圖2所示，整個系統(tǒng)主要分為GPS信號接受模塊，DSP控制模塊，模擬量輸入模塊，采樣脈沖發(fā)生模塊和數(shù)據(jù)通信模塊。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/192861.htm
文中基于GPS的同步數(shù)據(jù)采集方法基本過程是通過GPS25 OEM接收機輸出的1PPS秒脈沖信號作為DSP外部中斷輸入源來觸發(fā)分頻計數(shù)器來產(chǎn)生采樣脈沖設(shè)備來保證被測信號在同一個時刻開始采樣。為保證點采樣頻率的高度一致性，可以采用高精度溫補晶體振蕩器TCOX，其工作頻率為10 MHz，頻差不大于2 ppm。輸出的振蕩信號經(jīng)過整形、電平轉(zhuǎn)換后經(jīng)計數(shù)器分頻得到滿足采樣率的同步高精度的采樣信號。為了進一步消除晶振電路給采樣頻率帶來的累積誤差，晶振產(chǎn)生的時鐘鐘信號每隔1 s被1PPS信號的上升沿同步一次，使得被測的模擬輸入量經(jīng)過低通濾波后被嚴格建立在GPS時間基準上的同步采樣系統(tǒng)所采樣。模擬量采樣后經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換依次轉(zhuǎn)換后按順序放入固定RAM區(qū)。DSP通過SCI接口從GPS25OEM接收機的串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TX中提取到秒脈沖上升沿所對應(yīng)的UTC時刻和地理經(jīng)緯度坐標，從第一個采樣點按順序為每一個采樣點置以便于識別的時間標簽和地理位置坐標，最終將各測量量連同其對應(yīng)的時間地理標簽按照一定的數(shù)據(jù)格式，經(jīng)過USB2.0數(shù)據(jù)線上傳到上位機。
3 通信接口設(shè)計
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸大多采用RS 232、RS 485接口傳送，但是對于異地同步大容量的數(shù)據(jù)上傳傳統(tǒng)的通信模式就暴露出傳輸輸速度較慢，時延大，易出錯的缺點。利用USB接口就能有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程海量的雙向傳輸，而且USB傳輸速度可高達480 Mbps支持單點的熱插拔可以有效地實現(xiàn)本地數(shù)據(jù)的攜帶轉(zhuǎn)移。
本系統(tǒng)通信接口電路采用USB2．0接口，其控制器芯片選用CYPRESS公司的CY7C68013。CY7C68013遵從USB2．0規(guī)范，包括一個增強型的51內(nèi)核與8051指令集兼容，USB2．0串行接口引擎SIE、USB收發(fā)器、8．5KB片上RAM、4KBFIFO以及一個通用可編程接口GPIF。CY7C68013與外設(shè)有兩種接口方式：GPIF和SlaveFIFO。GPIF是主機方式，可以由軟件設(shè)置讀寫控制波形，靈活性很大，幾乎可以對任何8／16bits接口的控制器、存儲器和總線進行數(shù)據(jù)的主動讀寫，使用非常靈活。而Slave FIFO方式是從機方式，工作方式可設(shè)為同步或異步，外部控制器DSP可象對普通FIFO一樣對FX2的多層緩沖FIFO進行讀寫。本文采取的是Slave FIFO接口方式。電路中CY7C68013作為TMS320F2812的外設(shè)，它采用異步存儲器接口與DSP相連接，上位PC機可以喚醒CY7C68013并對USB芯片。DSP2812將CY7C68013配置在其子空間采用異步讀寫方式完成二者之間的數(shù)據(jù)和命令的交換。
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