專利名稱：一種高精度航標(biāo)雙gps定位的接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種水上助航標(biāo)志的高精度雙GPS的航標(biāo)定位裝置，特別適用于管理部門(航道局、海事局等)對(duì)內(nèi)河、湖泊和近海航道分布廣泛的各種航標(biāo)實(shí)行集中、全天候、高精度和實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程定位測(cè)控。
背景技術(shù)：
隨著科技的飛速發(fā)展，今天航標(biāo)的發(fā)光和能源技術(shù)已經(jīng)有很大的改進(jìn)。但是航標(biāo)的維護(hù)大多還是采用人工定期登標(biāo)巡查的方式，有些重要的標(biāo)志還必須由專人看守。較早國(guó)內(nèi)外也有一些航標(biāo)遙測(cè)遙控系統(tǒng)投入試驗(yàn)，主要采用衛(wèi)星通信或VHF/UHF頻率無線數(shù)傳電臺(tái)方式實(shí)現(xiàn)航標(biāo)的遙測(cè)遙控，但由于以下問題沒有得到廣泛應(yīng)用。大多數(shù)類似系統(tǒng)不具備精確定位功能，不能解決浮標(biāo)的位移和漂失的問題。
發(fā)明內(nèi)容為了提高航標(biāo)的定位精度問題，本實(shí)用新型在原有低功耗普通浮標(biāo)終端基礎(chǔ)上， 增加一路電源管理器、高精度GPS模塊和串口通信模擬開關(guān)三部分，從而提高了航標(biāo)的定位精度率，解決了位移報(bào)警和漂失跟蹤。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，包括浮標(biāo)終端，所述浮標(biāo)終端內(nèi)設(shè)有普通GPS模塊和嵌入式微處理器，所述接口裝置還包括串口通信模擬開關(guān)和高精度GPS模塊， 嵌入式微處理器通過串口通信模擬開關(guān)分別與普通GPS模塊和高精度GPS模塊連接。所述接口裝置還包括電源管理器，電源管理器與普通GPS模塊和/或高精度GPS 模塊連接。所述電源管理器為抵壓差線形穩(wěn)壓器。所述嵌入式微處理器的通信串口與串口通信模擬開關(guān)連接。所述普通GPS模塊和高精度GPS模塊分別配置獨(dú)立的受控電源，受控電源與嵌入式微處理器連接。該裝置在原有低功耗普通浮標(biāo)終端基礎(chǔ)上，增加一路電源管理LD0、高精度GPS模塊和串口通信模擬開關(guān)三部分。即是系統(tǒng)中采用了兩個(gè)GPS模塊，一個(gè)為高精度Crescent OEM GPS模塊，一個(gè)為普通Trimble IQ OEM GPS模塊；兩個(gè)GPS模塊都使用獨(dú)立的受控電源，終端ARM CPU的通信串口和模擬開關(guān)連接，在ARM的控制下，選擇其中某一個(gè)GPS模塊和系統(tǒng)CPU通信。終端有二種工作模式高精度定位模式、普通定位模式，由用戶根據(jù)實(shí)際需要選擇終端的工作模式，如果選擇高精度定位模式，則高精度GPS模塊始終處于工作狀態(tài)，其MCU 實(shí)時(shí)接收和解碼GPS信號(hào)并加以處理運(yùn)算，獲取較高精度GPS定位；選擇普通定位模式時(shí)， 高精度GPS模塊在大部分時(shí)間(不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí))處于斷電不工作狀態(tài)，此時(shí)終端整機(jī)功耗低。 只有在監(jiān)控中心需要高精度定位時(shí)或終端正常上數(shù)時(shí)間到等情況時(shí)才開啟高精度GPS 模塊工作，從而實(shí)現(xiàn)橋區(qū)浮標(biāo)終端的高精度定位和低功耗設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型主要利用了 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)、GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)和 GIS地理信息技術(shù)。由航標(biāo)上安裝的高精度GPS接收機(jī)和低功耗傳感器獲取各種航標(biāo)的工作狀態(tài)信息，包括航標(biāo)的經(jīng)緯度、報(bào)警和各種工作參數(shù)，這些信息經(jīng)過單片機(jī)處理后通過航標(biāo)上面安裝的GSM通信模塊以GPRS/GSM的方式傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)接收、 處理和存儲(chǔ)航標(biāo)信息，管理人員可以在GIS電子航道圖上面查看航標(biāo)的準(zhǔn)確位置及其他操作，實(shí)現(xiàn)了航標(biāo)的精確定位跟蹤和遙測(cè)功能。另一方面監(jiān)控中心人員可以通過GPRS/GSM通訊系統(tǒng)將控制指令發(fā)送到航標(biāo)的監(jiān)控終端上，實(shí)現(xiàn)了遙控功能。一種針對(duì)水上各種助航標(biāo)志的高精度雙GPS的航標(biāo)定位裝置，該裝置固定安裝在航標(biāo)上，在該系統(tǒng)中采用雙GPS定位模式，即在終端上安裝兩套GPS模塊，一套是與普通浮標(biāo)一樣的Trimble IQ OEM GPS模塊，一套是Crescent OEM GPS高精度模塊，兩套GPS模塊協(xié)同工作，終端上數(shù)時(shí)，Crescent OEM GPS高精度模塊工作，終端上傳其定位數(shù)據(jù)，監(jiān)控中心可以據(jù)此對(duì)浮標(biāo)精確定位實(shí)現(xiàn)位移調(diào)整和報(bào)警；其他大部分時(shí)間，Crescent OEM GPS高精度模塊停止工作，由Trimble IQ OEM GPS模塊工作，終端接收其輸出數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)漂移位移時(shí)及時(shí)報(bào)警，配合撞擊報(bào)警傳感器，實(shí)現(xiàn)橋區(qū)浮標(biāo)被撞擊和漂移時(shí)快速報(bào)警。主系統(tǒng)中由GPS全球衛(wèi)星定位模塊測(cè)量航標(biāo)的經(jīng)緯坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)信息，位置信息和航標(biāo)的各種狀態(tài)信息通過GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信調(diào)制解調(diào)器發(fā)射到航標(biāo)遙測(cè)遙控中心，當(dāng)位移、漂移和狀態(tài)異常時(shí)報(bào)警，管理人員可通過計(jì)算機(jī)直觀地查詢和操作，實(shí)現(xiàn)航標(biāo)的定位跟蹤和遙測(cè)遙控功能，解決了航標(biāo)巡檢維護(hù)問題。本實(shí)用新型的有益效果是采用本實(shí)用新型的裝置，航標(biāo)管理人員在機(jī)房就可以對(duì)航標(biāo)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)全天侯、高精度、直觀和隨時(shí)隨地的定位監(jiān)控，航標(biāo)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)處理，保證航標(biāo)的暢通，還能大大節(jié)約航標(biāo)的維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，航標(biāo)終端上面安裝了高精度雙GPS接收機(jī)和天線，能夠?qū)綐?biāo)實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星精確定位，解決了浮標(biāo)的漂失問題，當(dāng)航標(biāo)漂失時(shí)候，在GSM覆蓋區(qū)， 不論漂移的距離有多遠(yuǎn)。都可以找回丟失的航標(biāo)。由于本實(shí)用新型采用GSM通信系統(tǒng)作為航標(biāo)遙測(cè)遙控的無線傳輸平臺(tái)，因此系統(tǒng)的容量、傳輸速率和監(jiān)控的距離取決于GSM的容量、速度和覆蓋面(GSM全國(guó)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，容量大，傳輸速率大于9600波特率并且還在快速發(fā)展)，而采用VHF/UHF專網(wǎng)由于信道有限 (一般為十幾到二十個(gè))，覆蓋范圍通常為十幾公里，數(shù)據(jù)傳輸速度一般不超過2400波特率； 用戶還需要建設(shè)維護(hù)通信基站；終端設(shè)備耗電比GSM終端大(處在發(fā)射工作狀態(tài)時(shí)VHF/UHF 電臺(tái)的工作電流為幾安到十幾安，GSM終端為幾十到一百多毫安)；同時(shí)可靠性、聯(lián)網(wǎng)性和擴(kuò)充性也沒有GSM好。


圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)組成框圖。圖2是本實(shí)用新型的串口通信模擬開關(guān)的連接示意圖。圖3是本實(shí)用新型的電路原理圖之一。圖4是本實(shí)用新型的電路原理圖之二。具體實(shí)施方案一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，包括浮標(biāo)終端，所述浮標(biāo)終端內(nèi)設(shè)有普通GPS模塊和嵌入式微處理器，接口裝置還包括串口通信模擬開關(guān)和高精度GPS模塊，嵌入式微處理器通過串口通信模擬開關(guān)分別與普通GPS模塊和高精度GPS模塊連接。
接口裝置還包括電源管理器，電源管理器與普通GPS模塊和/或高精度GPS模塊連接。電源管理器為抵壓差線形穩(wěn)壓器。嵌入式微處理器的通信串口與串口通信模擬開關(guān)連接。普通GPS模塊和高精度GPS模塊分別配置獨(dú)立的受控電源，受控電源與嵌入式微處理器連接。該裝置在原有低功耗普通浮標(biāo)終端基礎(chǔ)上，增加一路電源管理LD0、高精度GPS模塊和串口通信模擬開關(guān)三部分。即是系統(tǒng)中采用了兩個(gè)GPS模塊，一個(gè)為高精度Crescent OEM GPS模塊，一個(gè)為普通Trimble IQ OEM GPS模塊；兩個(gè)GPS模塊都使用獨(dú)立的受控電源，終端ARM CPU的通信串口和模擬開關(guān)連接，在ARM的控制下，選擇其中某一個(gè)GPS模塊和系統(tǒng)CPU通信。終端有二種工作模式高精度定位模式、普通定位模式，由用戶根據(jù)實(shí)際需要選擇終端的工作模式，如果選擇高精度定位模式，則高精度GPS模塊始終處于工作狀態(tài)，其MCU 實(shí)時(shí)接收和解碼GPS信號(hào)并加以處理運(yùn)算，獲取較高精度GPS定位；選擇普通定位模式時(shí)， 高精度GPS模塊在大部分時(shí)間(不發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí))處于斷電不工作狀態(tài)，此時(shí)終端整機(jī)功耗低。 只有在監(jiān)控中心需要高精度定位時(shí)或終端正常上數(shù)時(shí)間到等情況時(shí)才開啟高精度GPS模塊工作，從而實(shí)現(xiàn)橋區(qū)浮標(biāo)終端的高精度定位和低功耗設(shè)計(jì)。在圖1為航標(biāo)安裝航標(biāo)遙測(cè)遙控裝置的結(jié)構(gòu)框圖，該裝置中的高精度雙GPS裝置監(jiān)測(cè)航標(biāo)的定位信號(hào)，GPS接收模塊與GPS天線連接，GPS天線安裝在沒有遮擋的地方，接收GPS定位信息，GPS模塊將GPS差分定位信息換算成航標(biāo)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，通過串口傳送到主機(jī)系統(tǒng)中，主機(jī)系統(tǒng)按照設(shè)定好的時(shí)間將航標(biāo)的定位信息、各種狀態(tài)參數(shù)通過GSM移動(dòng)通信的GPRS業(yè)務(wù)的方式發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)了中心對(duì)航標(biāo)的衛(wèi)星定位。終端正常守候時(shí)高精度GPS模塊不工作，終端GPS定位數(shù)據(jù)由普通GPS模塊提供，進(jìn)行位置定位和與基準(zhǔn)點(diǎn)偏移檢測(cè)，高精度GPS模塊只是在上傳數(shù)據(jù)時(shí)和報(bào)警需要時(shí)才開啟使用；定時(shí)上數(shù)時(shí)正常定時(shí)上數(shù)前20分鐘(5分鐘一 30分鐘可調(diào))自動(dòng)開啟高精度 GPS模塊電源，定時(shí)上數(shù)前5分鐘模擬開關(guān)自動(dòng)切換到高精度GPS模塊串口，終端接收并處理使用高精度GPS模塊輸出的數(shù)據(jù)作為終端上數(shù)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)。因此監(jiān)控中心收到的橋區(qū)浮標(biāo)的定位數(shù)據(jù)基本上都是高精度GPS模塊的定位數(shù)據(jù)，服務(wù)器可以據(jù)此統(tǒng)計(jì)分析和調(diào)整浮標(biāo)的精確布設(shè)位置。另外，為了避免普通GPS冷啟動(dòng)重定位時(shí)所耗的時(shí)間，在高精度GPS 模塊工作時(shí)，并不關(guān)閉普通GPS模塊的電源。圖2、圖3、圖4為航標(biāo)定位與遙測(cè)遙控裝置的實(shí)施例電路原理圖，該裝置固定安裝在航標(biāo)抗高溫、防潮濕和鹽霧的地方上(GPS天線上方不能有遮擋物)。高精度雙GPS裝置實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)航標(biāo)的定位信息，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)喚醒主系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警操作，利用主系統(tǒng)中功能較強(qiáng)的電路完成相關(guān)操作。高精度雙GPS裝置的數(shù)據(jù)通過串行方式輸出給主系統(tǒng)的單片機(jī)。主系統(tǒng)通電工作后，GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào)，通過TNC天線接口將信號(hào)傳送給GPS OEM板，GPS OEM板對(duì)定位信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、計(jì)算和平滑處理，然后以串行方式向單片機(jī)CPU輸出航標(biāo)的經(jīng)緯度坐標(biāo)、時(shí)間和 移動(dòng)速度信息；單片機(jī)接收處理定位信息和報(bào)警信號(hào)，并將這些信息傳送到GSM MODEM調(diào)制解調(diào)器；GSM MODEM通過其GPRS信令信道將信息和報(bào)警信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上，監(jiān)控中心也通過GPRS/GSM信令信道將遙控指令發(fā)送到航遙測(cè)遙控裝置上。
權(quán)利要求1.一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，包括浮標(biāo)終端，所述浮標(biāo)終端內(nèi)設(shè)有普通GPS模塊和嵌入式微處理器，其特征是所述接口裝置還包括串口通信模擬開關(guān)和高精度 GPS模塊，嵌入式微處理器通過串口通信模擬開關(guān)分別與普通GPS模塊和高精度GPS模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，其特征是所述接口裝置還包括電源管理器，電源管理器與普通GPS模塊和/或高精度GPS模塊連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，其特征是所述電源管理器為抵壓差線形穩(wěn)壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，其特征是所述嵌入式微處理器的通信串口與串口通信模擬開關(guān)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，其特征是所述普通 GPS模塊和高精度 GPS模塊分別配置獨(dú)立的受控電源，受控電源與嵌入式微處理器連接。
專利摘要一種高精度航標(biāo)雙GPS定位的接口裝置，包括浮標(biāo)終端，所述浮標(biāo)終端內(nèi)設(shè)有普通GPS模塊和嵌入式微處理器，其特征是所述接口裝置還包括串口通信模擬開關(guān)和高精度GPS模塊，嵌入式微處理器通過串口通信模擬開關(guān)分別與普通GPS模塊和高精度GPS模塊連接。采用本實(shí)用新型的裝置，航標(biāo)管理人員在機(jī)房就可以對(duì)航標(biāo)的工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)全天侯、高精度、直觀和隨時(shí)隨地的定位監(jiān)控，航標(biāo)出現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)處理，保證航標(biāo)的暢通，還能大大節(jié)約航標(biāo)的維護(hù)費(fèi)用。同時(shí)，航標(biāo)終端上面安裝了高精度雙GPS接收機(jī)和天線，能夠?qū)綐?biāo)實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星精確定位，解決了浮標(biāo)的漂失問題，當(dāng)航標(biāo)漂失時(shí)候，在GSM覆蓋區(qū)，不論漂移的距離有多遠(yuǎn)。都可以找回丟失的航標(biāo)。
文檔編號(hào)G01S19/42GK202018511SQ201120041170
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月18日
發(fā)明者張揚(yáng), 施勤, 李術(shù)元, 董華, 阮大興 申請(qǐng)人:福州閩郵吉星數(shù)碼科技有限公司, 長(zhǎng)江南京航道局, 長(zhǎng)江航道局