GPS模块在打铃控制器中的应用

摘要：设计了基于GPS集成模块和单片机最小系统的自动校时打铃控制器。单片机通过对GPS集成模块E531的串行口进行数据采集，得到实时格林威治时间，然后经过时区调整转换为标准北京时间。将其作为打铃控制器的时间基准对系统本地时钟DS1302进行校准。在GPS有效捕获卫星信号时可以及时得到标准时间，当GPS模块捕获卫星信号失效时可以通过本地时钟继续工作，这样既保持了时间的准确性又保证了控制器工作的连续性。
关键词：GPS；打铃控制器；格林威治时间；单片机；本地时钟

定时打铃器广泛应用于工厂、车站、学校、机关、部队等企事业单位实现作息打铃。目前打铃控制系统主要有两种形式，一种为使用计算机声卡输出打铃信号，利用串口控制打铃设备的电源。另一种以单片机为核心辅助时钟芯片构成的定时打铃器。由于计算机控制的打铃器使用的灵活性差及价格较高因此市场占有率较低，而单片机最小系统构成的打铃器使用灵活且操作方便因此在市场中具有很大的优势。目前单片机为核心的打铃器主要利用时钟芯片作为定时基准，因此时钟芯片晶振选择的好坏直接影响到时间精度，但即使选择再好的晶振系统总是存在误差。随着时间的推移累积误差将越来越大，因此要求隔一段时间对时钟必须进行手动校准。这样无形中增加了打铃器的应用复杂性，也给人们对打铃器的信任度大打折扣。为了解决该问题本文提出了一种利用GPS信号作为时钟基准源的方案，它省去了人为校时，并始终和北京基准时间处于基本同步状态。

1 控制器结构总体设计
系统以C8051F330D为主控芯片，供电范围为2．7～3．6 V，集成有24．54 MHz可±2％的精度调节的振荡器，同时内置8k Flash存储器和768字节的数据存储器不需外扩存储芯片，可方便地构成单片机最小系统。系统结构如图1所示。

单片机读取E531数据从而获得标准的格林威治时间，将格林威治时间加上八小时即得到标准的北京时间。用该时间对DS1302实时时钟芯片校时，这样DS1302的时钟始终不会偏离标准北京时间。当系统电源停止时DS1302利用备用电源在低功耗下计时，一旦系统上电DS1302会得到新的校时信息，从而保证了时间的连续性和准确性。打铃驱动部分采用继电器输出，这样可以适应不同的电铃电源接口。

2 硬件结构设计
2．1 系统电源设计
考虑到打铃器的使用方便，系统电源由交流220 V供电，内部通过开关电源得到DC5V电源。系统中打铃控制继电器由DC5V供电，C8051F 330D单片机、DS1302和E531模块均为3．3 V电源。电路中采用低压差线性稳压芯片AS1117—33CX作为电源转换模块，其电路如图2所示。输入DC5V电压输出直流3．3 V最大电流负载为800 mA，其内部主要由启动、偏置和过热过流保护电路以及功率管及其驱动电路组成。当系统电流大于1．4 A或芯片温度大于140℃时电源将自动进行过流和过热保护可以保证后级芯片和电路的安全。

2．2 控制器时间基准电路设计
控制器时间基准主要由GPS接收模块和时钟芯片DS1302两部分电路组成。GPS即全球定位系统，主要由空间部分、控制部分和用户部分组成。用户部分是各种定位工具的主要构成核心也就是常说的GPS接收模块。按照接收模块的不同用途主要分为测地型型接收模块、导航型接收模块和定时型接接收模块。在本控制器中采用GPS接收模块E531用作定时型方式。E531为12通道的GPS接收模块，可以同时跟踪多达12颗GPS卫星；它具有两个CMOS电气特性的串行接口，波特率可由软件设置为4 800、9 600、19 200等；串口0输入输出为NMEA0183协议的ASCII语句，串口1为二进制协议。E531的接口定义如图3所示，单片机仅需与其中的串口0的TX0、RX0、复位和硬件唤醒4根连线即可。