CN102176040A - 一种高精度航标双gps定位的接口装置 - Google Patents

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李术元
施勤
阮大兴
董华
张扬
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Abstract

一种高精度航标双GPS定位的接口装置，包括浮标终端，所述浮标终端内设有普通GPS模块和嵌入式微处理器，其特征是所述接口装置还包括串口通信模拟开关和高精度GPS模块，嵌入式微处理器通过串口通信模拟开关分别与普通GPS模块和高精度GPS模块连接。采用本发明的装置，航标管理人员在机房就可以对航标的工作状态实现全天侯、高精度、直观和随时随地的定位监控，航标出现故障时及时处理，保证航标的畅通，还能大大节约航标的维护费用。同时，航标终端上面安装了高精度双GPS接收机和天线，能够对航标实现全球卫星精确定位，解决了浮标的漂失问题，当航标漂失时候，在GSM覆盖区，不论漂移的距离有多远。都可以找回丢失的航标。

Description

一种高精度航标双GPS定位的接口装置
技术领域
本发明涉及一种水上助航标志的高精度双GPS的航标定位装置，特别适用于管理部门（航道局、海事局等）对内河、湖泊和近海航道分布广泛的各种航标实行集中、全天候、高精度和实时远程定位测控。
背景技术
随着科技的飞速发展，今天航标的发光和能源技术已经有很大的改进。但是航标的维护大多还是采用人工定期登标巡查的方式，有些重要的标志还必须由专人看守。较早国内外也有一些航标遥测遥控***投入试验，主要采用卫星通信或VHF/UHF频率无线数传电台方式实现航标的遥测遥控，但由于以下问题没有得到广泛应用。
大多数类似***不具备精确定位功能，不能解决浮标的位移和漂失的问题。
发明内容
为了提高航标的定位精度问题，本发明在原有低功耗普通浮标终端基础上，增加一路电源管理器、高精度GPS模块和串口通信模拟开关三部分，从而提高了航标的定位精度率，解决了位移报警和漂失跟踪。
本发明的技术方案是：
一种高精度航标双GPS定位的接口装置，包括浮标终端，所述浮标终端内设有普通GPS模块和嵌入式微处理器，所述接口装置还包括串口通信模拟开关和高精度GPS模块，嵌入式微处理器通过串口通信模拟开关分别与普通GPS模块和高精度GPS模块连接。
所述接口装置还包括电源管理器，电源管理器与普通GPS模块和/或高精度GPS模块连接。
所述电源管理器为抵压差线形稳压器。
所述嵌入式微处理器的通信串口与串口通信模拟开关连接。
所述普通GPS模块和高精度GPS模块分别配置独立的受控电源，受控电源与嵌入式微处理器连接。
该装置在原有低功耗普通浮标终端基础上，增加一路电源管理LDO、高精度GPS模块和串口通信模拟开关三部分。即是***中采用了两个GPS模块，一个为高精度Crescent OEM GPS模块，一个为普通Trimble IQ OEM GPS模块；两个GPS模块都使用独立的受控电源，终端ARM CPU的通信串口和模拟开关连接，在ARM的控制下，选择其中某一个GPS模块和***CPU通信。
终端有二种工作模式：高精度定位模式、普通定位模式，由用户根据实际需要选择终端的工作模式，如果选择高精度定位模式，则高精度GPS模块始终处于工作状态，其MCU实时接收和解码GPS信号并加以处理运算，获取较高精度GPS定位；选择普通定位模式时，高精度GPS模块在大部分时间（不发送数据时）处于断电不工作状态，此时终端整机功耗低。只有在监控中心需要高精度定位时或终端正常上数时间到等情况时才开启高精度GPS模块工作，从而实现桥区浮标终端的高精度定位和低功耗设计。
本发明主要利用了GSM数字蜂窝移动通信技术、GPS全球卫星定位技术和GIS地理信息技术。由航标上安装的高精度GPS接收机和低功耗传感器获取各种航标的工作状态信息，包括航标的经纬度、报警和各种工作参数，这些信息经过单片机处理后通过航标上面安装的GSM通信模块以GPRS/GSM的方式传送到监控中心，监控中心计算机接收、处理和存储航标信息，管理人员可以在GIS电子航道图上面查看航标的准确位置及其他操作，实现了航标的精确定位跟踪和遥测功能。另一方面监控中心人员可以通过GPRS/GSM通讯***将控制指令发送到航标的监控终端上，实现了遥控功能。
一种针对水上各种助航标志的高精度双GPS的航标定位装置，该装置固定安装在航标上，在该***中采用双GPS定位模式，即在终端上安装两套GPS模块，一套是与普通浮标一样的Trimble IQ OEM GPS模块，一套是Crescent OEM GPS高精度模块，两套GPS模块协同工作，终端上数时，Crescent OEM GPS高精度模块工作，终端上传其定位数据，监控中心可以据此对浮标精确定位实现位移调整和报警；其他大部分时间，Crescent OEM GPS高精度模块停止工作，由Trimble IQ OEM GPS模块工作，终端接收其输出数据，实现漂移位移时及时报警，配合撞击报警传感器，实现桥区浮标被撞击和漂移时快速报警。
主***中由GPS全球卫星定位模块测量航标的经纬坐标和运动信息，位置信息和航标的各种状态信息通过GSM数字蜂窝移动通信调制解调器发射到航标遥测遥控中心，当位移、漂移和状态异常时报警，管理人员可通过计算机直观地查询和操作，实现航标的定位跟踪和遥测遥控功能，解决了航标巡检维护问题。
本发明的有益效果是：
采用本发明的装置，航标管理人员在机房就可以对航标的工作状态实现全天侯、高精度、直观和随时随地的定位监控，航标出现故障时及时处理，保证航标的畅通，还能大大节约航标的维护费用。同时，航标终端上面安装了高精度双GPS接收机和天线，能够对航标实现全球卫星精确定位，解决了浮标的漂失问题，当航标漂失时候，在GSM覆盖区，不论漂移的距离有多远。都可以找回丢失的航标。
由于本发明采用GSM通信***作为航标遥测遥控的无线传输平台，因此***的容量、传输速率和监控的距离取决于GSM的容量、速度和覆盖面（GSM全国一个网络，容量大，传输速率大于9600波特率并且还在快速发展），而采用VHF/UHF专网由于信道有限（一般为十几到二十个），覆盖范围通常为十几公里，数据传输速度一般不超过2400波特率；用户还需要建设维护通信基站；终端设备耗电比GSM终端大（处在发射工作状态时VHF/UHF电台的工作电流为几安到十几安，GSM终端为几十到一百多毫安）；同时可靠性、联网性和扩充性也没有GSM好。
附图说明:
图1是本发明的***组成框图。
图2是本发明的串口通信模拟开关的连接示意图。
图3是本发明的电路原理图之一。
图4是本发明的电路原理图之二。
具体实施方案：
一种高精度航标双GPS定位的接口装置，包括浮标终端，所述浮标终端内设有普通GPS模块和嵌入式微处理器，接口装置还包括串口通信模拟开关和高精度GPS模块，嵌入式微处理器通过串口通信模拟开关分别与普通GPS模块和高精度GPS模块连接。
接口装置还包括电源管理器，电源管理器与普通GPS模块和/或高精度GPS模块连接。
电源管理器为抵压差线形稳压器。
嵌入式微处理器的通信串口与串口通信模拟开关连接。
普通GPS模块和高精度GPS模块分别配置独立的受控电源，受控电源与嵌入式微处理器连接。
该装置在原有低功耗普通浮标终端基础上，增加一路电源管理LDO、高精度GPS模块和串口通信模拟开关三部分。即是***中采用了两个GPS模块，一个为高精度Crescent OEM GPS模块，一个为普通Trimble IQ OEM GPS模块；两个GPS模块都使用独立的受控电源，终端ARM CPU的通信串口和模拟开关连接，在ARM的控制下，选择其中某一个GPS模块和***CPU通信。
终端有二种工作模式：高精度定位模式、普通定位模式，由用户根据实际需要选择终端的工作模式，如果选择高精度定位模式，则高精度GPS模块始终处于工作状态，其MCU实时接收和解码GPS信号并加以处理运算，获取较高精度GPS定位；选择普通定位模式时，高精度GPS模块在大部分时间（不发送数据时）处于断电不工作状态，此时终端整机功耗低。只有在监控中心需要高精度定位时或终端正常上数时间到等情况时才开启高精度GPS模块工作，从而实现桥区浮标终端的高精度定位和低功耗设计。
在图1 为航标安装航标遥测遥控装置的结构框图，该装置中的高精度双GPS装置监测航标的定位信号，GPS接收模块与GPS天线连接，GPS天线安装在没有遮挡的地方，接收GPS定位信息，GPS模块将GPS差分定位信息换算成航标的经纬度数据，通过串口传送到主机***中，主机***按照设定好的时间将航标的定位信息、各种状态参数通过GSM移动通信的GPRS业务的方式发送到监控中心服务器上，实现了中心对航标的卫星定位。
终端正常守候时高精度GPS模块不工作，终端GPS定位数据由普通GPS模块提供，进行位置定位和与基准点偏移检测，高精度GPS模块只是在上传数据时和报警需要时才开启使用；定时上数时：正常定时上数前20分钟（5分钟－30分钟可调）自动开启高精度GPS模块电源，定时上数前5分钟模拟开关自动切换到高精度GPS模块串口，终端接收并处理使用高精度GPS模块输出的数据作为终端上数的经纬度数据。因此监控中心收到的桥区浮标的定位数据基本上都是高精度GPS模块的定位数据，服务器可以据此统计分析和调整浮标的精确布设位置。另外，为了避免普通GPS冷启动重定位时所耗的时间，在高精度GPS模块工作时，并不关闭普通GPS模块的电源。
图2、图3、图4为航标定位与遥测遥控装置的实施例电路原理图，该装置固定安装在航标抗高温、防潮湿和盐雾的地方上（GPS天线上方不能有遮挡物）。高精度双GPS装置实时在线监测航标的定位信息，出现异常时及时唤醒主***进行报警操作，利用主***中功能较强的电路完成相关操作。高精度双GPS装置的数据通过串行方式输出给主***的单片机。
主***通电工作后，GPS天线接收卫星信号，通过TNC天线接口将信号传送给GPS OEM板，GPS OEM板对定位信号进行解调、计算和平滑处理，然后以串行方式向单片机CPU输出航标的经纬度坐标、时间和移动速度信息；单片机接收处理定位信息和报警信号，并将这些信息传送到GSM MODEM调制解调器；GSM MODEM通过其GPRS信令信道将信息和报警信号发送到监控中心计算机上，监控中心也通过GPRS/GSM 信令信道将遥控指令发送到航遥测遥控装置上。

Claims (5)

1.一种高精度航标双GPS定位的接口装置，包括浮标终端，所述浮标终端内设有普通GPS模块和嵌入式微处理器，其特征是所述接口装置还包括串口通信模拟开关和高精度GPS模块，嵌入式微处理器通过串口通信模拟开关分别与普通GPS模块和高精度GPS模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种高精度航标双GPS定位的接口装置，其特征是所述接口装置还包括电源管理器，电源管理器与普通GPS模块和/或高精度GPS模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种高精度航标双GPS定位的接口装置，其特征是所述电源管理器为抵压差线形稳压器。
4.根据权利要求1所述的一种高精度航标双GPS定位的接口装置，其特征是所述嵌入式微处理器的通信串口与串口通信模拟开关连接。
5.根据权利要求1所述的一种高精度航标双GPS定位的接口装置，其特征是所述普通GPS模块和高精度GPS模块分别配置独立的受控电源，受控电源与嵌入式微处理器连接。
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