CN105527633A - 一种基于usb便携式北斗/gps导航授时装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置及方法，该装置包括北斗/GPS接收模块、USB协议转换模块、USB接口模块和便携式计算机，所述USB协议转换模块中将RS232协议的数据格式转换成满足USB协议传输要求的数据格式，并且通过USB接口传输到便携式计算机中，在便携式计算机内使用专用解码窗口，将时间、位置等导航信息提取出来显示以及提供给应用层开发。本发明采用北斗/GPS卫星接收模块，安全性高且体积小、便携，USB接口结构简单，所需要的外部连线少，且传输速率快，为便携式计算机提供更加精确、稳定的开发应用数据。

Description

一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置及方法

技术领域

本发明属于实时卫星导航授时定位技术领域，具体涉及一种采用USB传输协议给便携式计算机传输精确时间定位信息的装置及方法。

背景技术

在信息化和数字化高速发展的今天，在军事武器定位、汽车导航和交通管理、电力和通讯等网络时间同步等方面，用北斗/GPS双模授时定位来保证工程实施的精确性方法已经获得很多国家的认可，北斗/GPS的导航数据需要经过解码的方式来提取需要的信息，这些信息在解码之前都是卫星发送的不同码流，通过天线接收，传输到北斗/GPS的芯片中，传统的解码方式是通过采用不同的微型处理器在计算机外部实施解码功能，这种解码方式的不足之处是增加了工程成本，而且整个***体积都会增大，降低这种***的便利性。在科技工作的探索过程中发现，采用USB协议给计算机传输北斗/GPS双模授时定位信息对于便携式计算机更加适用、便利。

与本发明最为接近的已有技术是由苏州科技学院杨会玲等同志于2014年3月发表在“苏州科技学院学报工程技术版”中第1期68-70页的题为“基于PCI-E的北斗/GPS双模授时***设计”的文章，其技术方案如图1所示：包括北斗/GPS双模授时模块1、B码解码模块2、双口RAM模块3、PCI-E总线硬件接口模块4和上位机5，在北斗/GPS双模授时模块1或者时间码IRIG-B对B码解码模块2输入的情况下，对码流中相关信息进行提取，再通过PCI-E总线硬件接口模块4传送给上位机5用于功能显示，并在硬件中得以使用。

该北斗/GPS卫星导航信息传输***存在的主要问题是：适用范围仅仅局限于具有PCI插槽的台式计算机，面对目前信息化时代，便携式计算机急剧增加，这种依赖PCI-E传输模式的***并不能在便携式计算机中得到应用，且使用外部硬件解码，模块体积较大，便携性较差。

发明内容

为了克服上述技术的缺陷，本发明的目的在于满足北斗/GPS卫星导航信息的传输要求，针对便携式计算机设计一种基于USB协议的便携式传输方式，并通过计算机应用软件对北斗/GPS双模导航芯片接收到的卫星信息进行解码并显示。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，该装置包括北斗/GPS双模授时模块、USB接口转换模块和计算机解码模块，其中：

所述北斗/GPS双模授时模块配置用于接收卫星传输的电磁波并将其转换成NMEA协议的卫星导航数据；

所述USB接口转换模块连接北斗/GPS双模授时模块的数据输出端，配置用于将读取的卫星导航数据格式从RS232协议转换成满足USB协议的数据；

所述计算机解码模块通过一串口接收模块连接USB接口转换模块，配置用于对以USB协议传输过来的卫星导航数据进行解码并且将码流中所携带的信息提取出来。

进一步的，所述USB接口转换模块由RS232协议转换模块、USB协议转换模块、USB接口模块和外部晶振模块组成，其中：

所述RS232协议转换模块的输入端连接北斗/GPS双模授时模块的数据输出端，用于接收以RS232协议传输的卫星导航数据，所述USB协议转换模块的输入端连接RS232协议转换模块的输出端，用于将以RS232协议传输的卫星导航数据转换为以USB协议传输的卫星导航数据，所述外部晶振模块连接USB协议转换模块的输入端，用于提供基准频率，所述USB接口模块连接USB协议转换模块的输出端口，用于将以USB协议传输的卫星导航数据传输给计算机解码模块。

进一步的，所述北斗/GPS双模授时模块采用UM220芯片。

进一步的，所述RS232协议转换模块采用MAX232芯片。

进一步的，所述USB协议转换模块采用PL2303。

一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时方法，卫星导航数据通过串口接收模块以USB协议传输给计算机解码模块后进行串口读取数据初始化和对卫星导航数据解码，包括以下步骤：

步骤1）串口读取数据初始化；

步骤1.1）SetCommport()函数设置端口，运用类函数库中个函数指定初始端口为COM1；

步骤1.2）SetlnputMode()函数设置输入方式，输入数据模式为二进制的形式；

步骤1.3）SetSetting()函数设置传输参数，波特率设为9600bps；

步骤1.4）SetOutbuffersize()函数设置输出缓冲区，输出缓存空间分配为512字节；

步骤1.5）Setlnput()函数设置接受区数据长度，设置为无校验位、8个数据位、1个停止位；

步骤1.6）Setlnbuffersize()函数设置输入缓冲区，输入缓存空间分配为1024字节；

步骤2）卫星导航数据解码；

步骤2.1）接收完数据后将数据进行缓存，然后判别选出以$GPRMC为帧头的数据，判别方式是判定数组帧头符号是否为“$”，若是，则将该数组进入下一步骤的判定，若否，则舍弃该数组，继续进行本步骤判定；

步骤2.2）以逗号“，”将数组中的每种参数隔开，通过所记逗号的个数来做依据，逗号个数的变化即为数据类型的改变，当计数到1时，且此刻串口接收数组中对应的数值不是ASCLL码0x24，即可确定时间数值被放在数组里面，进行提取；

步骤2.3）定义一个CString类型的变量，用这个变量来存储时间的数值，时间数值提取出来后对数值进行分离，按小时、分钟、秒的顺序依次对数组进行提取和缓存；

步骤2.4）将所得到的时间做时区变换，将北斗/GPS双模授时模块内部传达的格林尼治时区的时间变为北京时间，即将解码后所得到的时间上再加上8个小时来获得准确的北京时间。

本发明的有益效果是:

本发明利用USB接口和UM220芯片的便携性，为便携式计算机提供可靠的卫星导航数据，给便携式计算机的应用层开发提供了可靠精度的时间和位置信息。

附图说明

图1是现有技术中“基于PCI-E的北斗/GPS双模授时***”的结构框图；

图2是本发明的硬件框图；

图3是图2中USB接口转换模块结构示意框图；

图4是计算机串口接收模块读取数据初始化流程图；

图5是计算机解码模块对卫星导航数据解码流程图。

图中标号说明：1、6.北斗/GPS双模授时模块，2.B码解码模块，3.双口RAM模块，4.PCI-E总线硬件接口模块，5.上位机，7.USB接口转换模块，8.串口接收模块，9.计算机窗口显示模块，10.RS232协议转换模块，11.USB协议转换模块，12.GPRMC定位信息，13.USB接口模块，14.计算机解码模块。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

参照图2所示，一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，该装置包括北斗/GPS双模授时模块6、USB接口转换模块7和计算机解码模块14，其中：

所述北斗/GPS双模授时模块6配置用于接收卫星传输的电磁波并将其转换成NMEA协议的卫星导航数据；

所述USB接口转换模块7连接北斗/GPS双模授时模块6的数据输出端，配置用于将读取的卫星导航数据格式从RS232协议转换成满足USB协议的数据；

所述计算机解码模块14通过一串口接收模块8连接USB接口转换模块7，配置用于对以USB协议传输过来的卫星导航数据进行解码并且将码流中所携带的信息提取出来；

在本实施例中，计算机解码模块14的输出端连接有计算机窗口显示模块9，用于显示解码出的数据。

参照图3所示，所述USB接口转换模块7由RS232协议转换模块10、USB协议转换模块11、USB接口模块12和外部晶振模块13组成，其中：

所述RS232协议转换模块10的输入端连接北斗/GPS双模授时模块6的数据输出端，用于接收以RS232协议传输的卫星导航数据，所述USB协议转换模块11的输入端连接RS232协议转换模块10的输出端，用于将以RS232协议传输的卫星导航数据转换为以USB协议传输的卫星导航数据，所述外部晶振模块13连接USB协议转换模块11的输入端，用于提供基准频率，所述USB接口模块12连接USB协议转换模块11的输出端口，用于将以USB协议传输的卫星导航数据传输给计算机解码模块14。

所述北斗/GPS双模授时模块6采用UM220芯片。

所述RS232协议转换模块10采用MAX232芯片。

所述USB协议转换模块11采用PL2303。

参照图4和图5所示，一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时方法，卫星导航数据通过串口接收模块以USB协议传输给计算机解码模块后进行串口读取数据初始化和对卫星导航数据解码，包括以下步骤：

步骤1）串口读取数据初始化；

步骤1.1）SetCommport()函数设置端口，运用类函数库中个函数指定初始端口为COM1；

步骤1.2）SetlnputMode()函数设置输入方式，输入数据模式为二进制的形式；

步骤1.3）SetSetting()函数设置传输参数，波特率设为9600bps；

步骤1.4）SetOutbuffersize()函数设置输出缓冲区，输出缓存空间分配为512字节；

步骤1.5）Setlnput()函数设置接受区数据长度，设置为无校验位、8个数据位、1个停止位；

步骤1.6）Setlnbuffersize()函数设置输入缓冲区，输入缓存空间分配为1024字节；

步骤2）卫星导航数据解码；

步骤2.1）接收完数据后将数据进行缓存，然后判别选出以$GPRMC为帧头的数据，判别方式是判定数组帧头符号是否为“$”，若是，则将该数组进入下一步骤的判定，若否，则舍弃该数组，继续进行本步骤判定；

步骤2.2）以逗号“，”将数组中的每种参数隔开，通过所记逗号的个数来做依据，逗号个数的变化即为数据类型的改变，当计数到1时，且此刻串口接收数组中对应的数值不是ASCLL码0x24，即可确定时间数值被放在数组里面，进行提取；

步骤2.3）定义一个CString类型的变量，用这个变量来存储时间的数值，时间数值提取出来后对数值进行分离，按小时、分钟、秒的顺序依次对数组进行提取和缓存；

步骤2.4）将所得到的时间做时区变换，将北斗/GPS双模授时模块内部传达的格林尼治时区的时间变为北京时间，即将解码后所得到的时间上再加上8个小时来获得准确的北京时间。

本发明原理

外部双模天线与卫星双模导航授时芯片UM220（即北斗/GPS双模授时模块6）相连接，北斗/GPS双模授时模块6的接收端通过天线接收卫星传输的电磁波，转换成电信号通过导线传输到模块端口上，经过处理后，可从UM220芯片的COM1口读到满足NMEA协议的卫星导航数据；读取到数据后需要将数据格式进行转换，最小***板上的数据只是满足RS232协议的数据流，需要USB协议转换模块11进行协议转换，UM220***板上将码流传输到RS232协议转换模块10上，再将RS232协议转换模块10的输出端口连接到USB协议转换模块11上，数据协议转换后，将USB协议转换模块11的输出端口上连接一个USB接口模块12。用USB接口模块12将卫星导航信息传输到计算机中做处理。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，其特征在于，该装置包括北斗/GPS双模授时模块（6）、USB接口转换模块（7）和计算机解码模块（14），其中：

所述北斗/GPS双模授时模块（6）配置用于接收卫星传输的电磁波并将其转换成NMEA协议的卫星导航数据；

所述USB接口转换模块（7）连接北斗/GPS双模授时模块（6）的数据输出端，配置用于将读取的卫星导航数据格式从RS232协议转换成满足USB协议的数据；

所述计算机解码模块（14）通过一串口接收模块（8）连接USB接口转换模块（7），配置用于对以USB协议传输过来的卫星导航数据进行解码并且将码流中所携带的信息提取出来。

2.根据权利要求1所述的基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，其特征在于，所述USB接口转换模块（7）由RS232协议转换模块（10）、USB协议转换模块（11）、USB接口模块（12）和外部晶振模块（13）组成，其中：

所述RS232协议转换模块（10）的输入端连接北斗/GPS双模授时模块（6）的数据输出端，用于接收以RS232协议传输的卫星导航数据，所述USB协议转换模块（11）的输入端连接RS232协议转换模块（10）的输出端，用于将以RS232协议传输的卫星导航数据转换为以USB协议传输的卫星导航数据，所述外部晶振模块（13）连接USB协议转换模块（11）的输入端，用于提供基准频率，所述USB接口模块（12）连接USB协议转换模块（11）的输出端口，用于将以USB协议传输的卫星导航数据传输给计算机解码模块（14）。

3.根据权利要求1所述的基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，其特征在于，所述北斗/GPS双模授时模块（6）采用UM220芯片。

4.根据权利要求2所述的基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，其特征在于，所述RS232协议转换模块（10）采用MAX232芯片。

5.根据权利要求2所述的基于USB便携式北斗/GPS导航授时装置，其特征在于，所述USB协议转换模块（11）采用PL2303。

6.一种基于USB便携式北斗/GPS导航授时方法，其特征在于，卫星导航数据通过串口接收模块以USB协议传输给计算机解码模块后进行串口读取数据初始化和对卫星导航数据解码，包括以下步骤：

步骤1）串口读取数据初始化；

步骤1.1）SetCommport()函数设置端口，运用类函数库中个函数指定初始端口为COM1；

步骤1.2）SetlnputMode()函数设置输入方式，输入数据模式为二进制的形式；

步骤1.3）SetSetting()函数设置传输参数，波特率设为9600bps；

步骤1.4）SetOutbuffersize()函数设置输出缓冲区，输出缓存空间分配为512字节；

步骤1.5）Setlnput()函数设置接受区数据长度，设置为无校验位、8个数据位、1个停止位；

步骤1.6）Setlnbuffersize()函数设置输入缓冲区，输入缓存空间分配为1024字节；

步骤2）卫星导航数据解码；

步骤2.1）接收完数据后将数据进行缓存，然后判别选出以$GPRMC为帧头的数据，判别方式是判定数组帧头符号是否为“$”，若是，则将该数组进入下一步骤的判定，若否，则舍弃该数组，继续进行本步骤判定；

步骤2.2）以逗号“，”将数组中的每种参数隔开，通过所记逗号的个数来做依据，逗号个数的变化即为数据类型的改变，当计数到1时，且此刻串口接收数组中对应的数值不是ASCLL码0x24，即可确定时间数值被放在数组里面，进行提取；

步骤2.3）定义一个CString类型的变量，用这个变量来存储时间的数值，时间数值提取出来后对数值进行分离，按小时、分钟、秒的顺序依次对数组进行提取和缓存；

步骤2.4）将所得到的时间做时区变换，将北斗/GPS双模授时模块内部传达的格林尼治时区的时间变为北京时间，即将解码后所得到的时间上再加上8个小时来获得准确的北京时间。