基于Motorola M12 GPS接收机实现继电保护同步检测(图)

硬件系统
该系统分为上位机和下位机两大部分，m12作为定时模块接入，其基本的框图如图1所示。

上位机是具有一定配置的pc机，at89c58作为下位机主控cpu与上位机相连接，完成控制数据与信号数据的交互。与at89c58相连的可以划分为五个模块，它们分别是：dds(直接频率合成)模块，采用ad9852来实现；电流电压输出模块，采用tms320vc5402定点dsp来实现；同步定时模块，采用m12 gps接收器来实现；开入动作变化量检测模块，采用at89c2051来实现；开出动作变化量计时模块，采用8255定时器来实现。
本文主要介绍作为同步定时模块的m12是如何与主控设备完成软硬件连接，并且协调工作的。此处硬件的连接是通过标准异步串口来完成的，需要指出的是，m12的标准异步串行接口采用的是3v逻辑电平，而主控设备输出的逻辑电平却是5v，因此采用maxim公司生产的max3370作为逻辑电平转换模块，起到衔接的作用；主控设备与m12之间采用模拟串行通信。硬件连接简单，主要功能由软件来实现。m12的初始化编程以及定时数据的采集、比较、反馈的详细过程见软件实现。

模块特点
m12接入系统如图2所示。

该系统使用motorola 公司生产的m21 gps接收器作为定时源。m12接收器的并行通道已经扩展到12个，提供码跟踪和载波辅助跟踪，可同时跟踪12颗卫星，可串行输出纬度、经度、高度、速度、航向和时间信息。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的电压，支持逆向差分，可以通过设置差分基站的方法来改良定位效果。支持rtcm sc-104(美国海用无线电技术委员会)格式的差分功能，naea 0183(美国国家海洋电子学会)格式输出，双通信串口，用户可控制的速度滤波器和一个天线检测回路。用户还可以选择使用垂直于电路板或者是平行于电路板的数据/电源连接器。基本的控制流程如图3所示。

在主控设备与m12通信过程中，建议采用其特有的motorola二进制数据与指令格式，通信速率可以保证在9600bps(取决于m12)，而采用nmea-0183格式时，通信速率只有4800bps，同时在初始化gps时还需要加入由motorola二进制转化为nmea-0183的指令，相比之下较为繁琐，而motorola二进制是默认通信模式。
在此设计当中，关键的环节在于两个方面，一是m12的初始化，二是主控设备与m12之间采用的模拟串口通信是否可靠。对于m12初始化而言，重点在于理解motorola二进制数据格式的结构，其次是设置初始化时间。实时时钟是m12的特征之一，它用于缩小ttff（捕获时间），在主电源被切断而后备电源工作时，数据和时间信息将被存储在rtc寄存器中。因此存在初始化在gps锁定第一颗卫星之前，或是让让卫星自动搜索两种初始化时间信息的方式。实践证明，第一种方案得到的ttff较小，所以建议采用。gps默认提供的是gmt(格林威治时间)，因此用户需要根据当地的情况设置时区的偏移量(中国为东8区，+8)。具备以上知识后，就可以从数据包中提取时间信息。此处选用短位置消息。

@@hbmdyyhmsffffaaaaoooohhhhmmmm vvvvhhddntssrrvvvvvvc
下面仅仅分析它有关定时信息的部分。
实例如下。
@@hb021c07d4092d280001121a000000000000 00000000000000000000000000000000000000016088 0000503035463039
转化成16进制的数是021c07d4092d280001，对应的时间是2.28.2004.9:45:40:0001。
对于模拟串口而言，首先应当明确采用哪一种执行方式。其次，就是选定通信波特率。最后就是确定具体的硬件结构。这里采用起始位为1bit，终止位为1bit，无奇偶校验位，波特率为9600，晶振频率为11.0592mhz。处理流程如图4所示。
mrxd代表一个1比特的位地址，它用于检测串口通信起始位，终止位的有效性；mtxd代表一个1比特的位地址，它用于发送串口通信所需的起始位，终止位；cont代表一个计数器，用于控制所发比特的个数。
源代码。
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： ；发送@@gb数据帧，初始化时间偏移
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： ；发送@@hb数据帧，启动gps
jnb ti，swait2
clr ti
inc dptr
djnz r7，send2
mov r5，#00h
stop_here： ；检测接收到的数据帧是否有效
jnb int_ok,stop_here
mov dptr,#tab3
mov ro,#65h
mov r7,#03h
time_1： ；与规定的时间相比较，相等时置中断标志位
clr a ；不相等时重新接收
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，校验，置中断标志位的功能
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；前两个字节若为@@继续，
否则，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；置中断标志位
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

总结
本文主要介绍了如何使用motorola公司生产的m12 gps接收器来完成继电保护检测装置的异地双端同步试验，该模块大大提高了继电保护测试水平和工作效率，并且有效减少了人为误差，防止了继电保护及其安全自动装置的不正确动作。