一种船用gps信号接收和同步时钟的装置的制作方法

文档序号:5911304阅读:406来源:国知局
专利名称:一种船用gps信号接收和同步时钟的装置的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种船用GPS信号接收和同步时钟的装置,属于电子技术领域。
背景技术
时间显示是各种显示设备的重要显示内容,广泛出现在汽车、船舶等各种交通工具上,准确的时间是基本的要求,利用船舶GPS卫星同步时钟来获取高精度时间是一种可靠的途径。
发明内容本实用新型的目的是设计一种船用GPS信号接收和同步时钟的装置,利用船用 GPS信号中包含的高精度时间数据和获取该数据的高度实时性,实现船舶信息通告LED显示屏(以下简称LED屏)的时间准确显示。本实用新型的技术方案本实用新型的船用GPS信号接收和同步时钟的装置包括微控制器、船用GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、LED显示屏通信接口电路,其特征在于微控制器的输入端设船用GPS信号输入接口,微控制器的输出端与实时时钟电路连接,微控制器通过通信接口与LED显示屏连接。所述的GPS信号输入接口电路包括全双工RS-422通信芯片似6、422电源芯片U8、 信号隔离光耦U12/U23、通信信号指示灯LED2和三极管Q3 ;RS-422通信芯片U26的引脚1 连接电容Cl7和电源VDD5V_RS422,电容Cl7的另一端接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚2连接到R44与R67的连接点,似6的引脚3连接U12的引脚6,似6的引脚4接RS-422 电平的地GND_RS422,似6的引脚5、6、7、8分别串接电阻R51、R53、R58、R52后连接船用GPS 的RS-422电平信号RS422_Y、RS422_Z、RS422_B、RS422_A,引脚7、8之间还并接电阻R70 ;电源芯片U8引脚1接数字地和电容C57的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C57的另一端, 引脚3接RS-422电平的地GND_RS422和电容C60、C67、C66的一端,引脚4接电源VDD5V_ RS422和电容C60、C67、C66的另一端;信号隔离光耦U23的引脚2接电源VDD5V_RS422,引脚3连接电阻R44的另一端,引脚5接数字地,引脚6连接微控制器的串口 1接收引脚,引脚7和8连接电源VDD3. 3V和电容C22的一端,电容C22的另一端接数字地,其中电阻R44 还串接电阻R67连接到三极管Q3的引脚1,Q3的引脚2接RS-422电平的地GND_RS422,Q3 的引脚3串接电阻R85和发光二极管LED2后连接到电源VDD5V_RS422上;信号隔离光耦 U12的引脚2接电源VDD3. 3V和电容C23的一端,电容C23的另一端接数字地,引脚3串接电阻R34后连接到微控制器的串口 1发送引脚,引脚5接422电平的地GND_RS422,引脚7、 8 接电源 VDD5V_RS422。所述的实时时钟电路包括时钟芯片U27、电池组Ul3、稳压管D1、晶振X4、上拉电阻 R47、R96、R39、滤波电容C30、C44、C50, U27的引脚1连接电容C30和晶振X4的一端,电容 C30的另一端接地,U27的引脚2连接晶振X4的另一端,U27的引脚3连接上拉电阻R47,并和微控制器相连,电阻R47另一端连接3. 3V数字电源VDD,U27的引脚4接地,U27的引脚 5连接上拉电阻R39并输入/输出1 通信的数据信息,U27的引脚6连接上拉电阻R96并输入I2C通信的时钟信号,电阻R39和R96另一端连接3. 3V数字电源VDD,U27的引脚8连接电容C44、C50和稳压管D1,电容C44和C50的另一端接地,稳压管Dl的另一端连接电池组U13的正极和充电电源VDDBAT,电池组U13的负极接地。所述的LED屏通信接口电路包括半双工RS-485通信芯片U4、485电源芯片Ul、信号隔离光耦U9/U10/U11 ;RS-485通信芯片U4的引脚1、2串接电阻R86后连接到光耦Ull 的引脚3,U4的引脚3连接到光耦UlO的引脚6,U4的引脚4连接到光耦U9的引脚6,U4 的引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,U4的引脚6、7分别串接电阻R82、R73后接收LED 显示屏的RS-485电平串口信号RS485_A_1、RS485_B_1,引脚6、7之间还并接电阻R3,U4的引脚8连接电容C3和电源VDD5V_RS485,电容C3另一端接RS-485电平的地GND_RS485 ;信号隔离光耦U9的引脚2接电源VDD3. 3V和电容C29的一端,电容C29的另一端接数字地, 引脚3串接电阻R66后连接到微控制器的串口 2发送引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_ RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485 ;信号隔离光耦UlO的引脚2接电源VDD3. 3V和电容 C41的一端,电容C41的另一端接数字地,引脚3串接电阻R65后连接到微控制器的读/写控制引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485 ;信号隔离光耦Ull的引脚2接电源VDD5V_RS485,引脚5接数字地,引脚6连接到微控制器的串口 2 接收引脚,引脚7、8接电源VDD3. 3V和电容C25的一端,电容C25的另一端接数字地;电源芯片Ul弓丨脚1接数字地和电容以6的一端,引脚2接电源VDD5V和电容以6的另一端,引脚 3接RS-485电平的地GND_RS485和电容C34、C63、C68的一端,引脚4接电源VDD5V_RS485 和电容C34、C63、C68的另一端。本实用新型的优点所述的船用GPS信号接收和同步时钟装置具有集成度高、稳定性好、接口简单和成本低的优点,其时间更新实时性高,获取的时间数据准确。

图1是本实用新型的电路原理框图。图2是本实用新型中船用GPS信号输入接口电路原理图。图3是本实用新型中实时时钟电路的电路原理图。图4是本实用新型中船舶信息通告LED显示屏通信接口电路的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明,以充分说明本实用新型的特征。如图1所示,船用GPS信号接收和同步时钟装置包含微控制器(MCU)、GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、船舶信息通告LED显示屏(以下简称LED屏)通信接口电路。 其特点是GPS信号输入接口电路和微控制器(MCU)连接;实时时钟电路与微控制器(MCU) 连接;LED屏通信接口电路和微控制器(MCU)连接。微控制器(MCU)采用32位微控制器 STM32F103RET6,其具有多路串口(UART)以及I2C接口。[0017]微控制器(MCU)实时接收船用GPS设备信号的报文输入,经过分析提取出GPS信号报文中的时间数据,利用该时间数据,定时对实时时钟电路中实时时钟芯片的时间数据进行更新;然后微控制器(MCU)取出实时时钟芯片中的时间数据,通过LED屏通信接口,定时更新LED屏的显示时间。图2是本实用新型中船用GPS信号输入接口电路原理图GPS信号输入接口电路包括全双工RS-422通信芯片U26、422电源芯片U8、信号隔离光耦U12/U23、通信信号指示灯LED2和三极管Q3 ;RS-422通信芯片U26的引脚1连接电容C17和电源VDD5V_RS422,电容C17的另一端接RS-422电平的地GND_RS422,似6的引脚 2、3分别连接R44、R67的一端和U12的引脚6,似6的引脚4接RS-422电平的地GND_RS422, U26的引脚5、6、7、8分别串接电阻R51、R53、R58、R52后连接船用GPS的RS-422电平信号 RS422_Y、RS422_Z、RS422_B、RS422_A,引脚7、8之间还并接电阻R70 ;电源芯片U8引脚1接数字地和电容C57的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C57的另一端,引脚3接RS-422电平的地GND_RS422和电容C60、C67、C66的一端,引脚4接电源VDD5V_RS422和电容C60、 C67、C66的另一端;信号隔离光耦U23的引脚2接电源VDD5V_RS422,引脚3连接电阻R44 的另一端,引脚5接数字地,引脚6连接微控制器(MCU)的串口 1接收引脚,引脚7和8连接电源VDD3. 3V和电容C22的一端,电容C22的另一端接数字地,其中电阻R44还串接电阻 R67连接到三极管Q3的引脚1,Q3的引脚2接RS-422电平的地GND_RS422,Q3的引脚3串接电阻R85和发光二极管LED2后连接到电源VDD5V_RS422上;信号隔离光耦U12的引脚2 接电源VDD3. 3V和电容C23的一端,电容C23的另一端接数字地,引脚3串接电阻R34后连接到微控制器(MCU)的串口 1发送引脚,引脚5接422电平的地GND_RS422,引脚7、8接电源 VDD5V_RS422。GPS信号输入接口电路采用RS-422串口转TTL串口芯片MAX488ESA,和微控制器 (MCU)进行通信,船用GPS信号通过全双工RS-422通信芯片U26的引脚5、6、7、8转换成数字信号从U26的引脚2、3输出,然后通过隔离光耦U12、U23转换为3. 3V电平的串口信号数据送到微控制器(MCU)的串口 1。图3是本实用新型中实时时钟电路的电路原理图实时时钟电路包括时钟芯片U27、电池组U13、稳压管D1、晶振X4、上拉电阻R47、 R96、R39、滤波电容C30、C44、C50,U27的引脚1连接电容C30和晶振X4的一端,电容C30的另一端接地,U27的引脚2连接晶振X4的另一端,U27的引脚3连接上拉电阻R47,并和微控制器(MCU)相连,电阻R47另一端连接3. 3V数字电源VDD,U27的引脚4接地,U27的引脚5连接上拉电阻R39并输入/输出I2C通信的数据信息,U27的引脚6连接上拉电阻R96 并输入I2C通信的时钟信号,电阻R39和R96另一端连接3. 3V数字电源VDD,U27的引脚8 连接电容C44、C50和稳压管D1,电容C44和C50的另一端接地,稳压管Dl的另一端连接电池组U13的正极和充电电源VDDBAT,电池组U13的负极接地。实时时钟电路采用32. 7468KHZ的高精度晶振、纽扣电池以及实时时钟芯片 PCF8563T,其中实时时钟芯片通过1 接口和微控制器(MCU)进行通信,即U27的引脚5、6, 微控制器(MCU)通过U27的引脚5、6向实时时钟芯片U27发送获取的GPS信号中的高精度时间数据,并每隔5秒从U27中取出时间数据通过LED屏接口电路发送给LED屏。实时时钟电路可保证船用GPS设备在遇到检修等特殊情况时,LED屏仍能正确显示当前时间。[0024]图4是本实用新型中船舶信息通告LED显示屏通信接口电路的原理图LED屏通信接口电路包括半双工RS-485通信芯片U4、485电源芯片U1、信号隔离光耦U9/U10/U11 ;RS-485通信芯片U4的引脚1、2串接电阻R86后连接到光耦Ull的引脚 3,U4的引脚3连接到光耦UlO的引脚6,U4的引脚4连接到光耦U9的引脚6,U4的引脚5 接RS-485电平的地GND_RS485,U4的引脚6、7分别串接电阻R82、R73后接收LED显示屏的 RS-485电平串口信号RS485_A_1、RS485_B_1,引脚6、7之间还并接电阻R3,U4的引脚8连接电容C3和电源VDD5V_RS485,电容C3另一端接RS-485电平的地GND_RS485 ;信号隔离光耦U9的引脚2接电源VDD3. 3V和电容C29的一端,电容C29的另一端接数字地,引脚3串接电阻R66后连接到微控制器(MCU)的串口 2发送引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_ RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485 ;信号隔离光耦UlO的引脚2接电源VDD3. 3V和电容 C41的一端,电容C41的另一端接数字地,引脚3串接电阻R65后连接到微控制器(MCU)的读/写控制引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485 ;信号隔离光耦Ull的引脚2接电源VDD5V_RS485,引脚5接数字地,引脚6连接到微控制器 (MCU)的串口 2接收引脚,引脚7、8接电源VDD3. 3V和电容C25的一端,电容C25的另一端接数字地;电源芯片Ul引脚1接数字地和电容以6的一端,引脚2接电源VDD5V和电容以6 的另一端,引脚3接RS-485电平的地GND_RS485和电容C34、C63、C68的一端,引脚4接电源 VDD5V_RS485 和电容 C34、C63、C68 的另一端。LED屏通信接口电路采用TTL串口转RS-485串口芯片MAX485ESA,和微控制器 (MCU)进行通信,微控制器(MCU)将时间数据通过串口 2连接隔离光耦U9、U10、U11将串口信号转换后送到RS-485通信芯片后转换为485差分信号后发送到远距离的LED显示屏上, LED显示屏接收到时间数据后立即送显示,即可显示当前实时时间。来自船舶GPS设备的具有NMEA0183标准格式的GPS信号报文数据,经过微控制器 (MCU)中的程序分析后,得到GPS的时间信息数据,微控制器(MCU)根据该时间信息数据每隔5秒更新实时时钟芯片中的时间数据,从而保证实时时钟芯片中的时间高度准确。微控制器(MCU)取出实时时钟芯片中的时间数据,通过LED屏通信接口电路,每隔5秒更新LED 屏的时间数据,以确保LED屏的时间准确显示。
权利要求1.一种船用GPS信号接收和同步时钟的装置,包括微控制器、船用GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、LED显示屏通信接口电路,其特征在于微控制器的输入端设船用GPS 信号输入接口,微控制器的输出端与实时时钟电路连接,微控制器通过通信接口与LED显示屏连接。
2.根据权利要求1所述的船用GPS信号接收和同步时钟的装置,其特征在于GPS信号输入接口电路包括全双工RS-422通信芯片U26、422电源芯片U8、信号隔离光耦U12/U23、 通信信号指示灯LED2和三极管Q3 ;RS-422通信芯片似6的引脚1连接电容C17和电源 VDD5V_RS422,电容C17的另一端接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚2连接到R44 与R67的连接点,U26的引脚3连接U12的引脚6,U26的引脚4接RS-422电平的地GND_ RS422,似6的引脚5、6、7、8分别串接电阻R51、R53、R58、R52后连接船用GPS的RS-422电平信号RS422_Y、RS422_Z、RS422_B、RS422_A,引脚7、8之间还并接电阻R70 ;电源芯片U8 引脚1接数字地和电容C57的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C57的另一端,引脚3接 RS-422电平的地GND_RS422和电容C60、C67、C66的一端,引脚4接电源VDD5V_RS422和电容C60、C67、C66的另一端;信号隔离光耦U23的引脚2接电源VDD5V_RS422,引脚3连接电阻R44的另一端,引脚5接数字地,引脚6连接微控制器的串口 1接收引脚,引脚7和8 连接电源VDD3. 3V和电容C22的一端,电容C22的另一端接数字地,其中电阻R44还串接电阻R67连接到三极管Q3的引脚1,Q3的引脚2接RS-422电平的地GND_RS422,Q3的引脚 3串接电阻R85和发光二极管LED2后连接到电源VDD5V_RS422上;信号隔离光耦U12的引脚2接电源VDD3. 3V和电容C23的一端,电容C23的另一端接数字地,引脚3串接电阻R34 后连接到微控制器的串口 1发送引脚,引脚5接422电平的地GND_RS422,引脚7、8接电源 VDD5V_RS4220
3.根据权利要求1所述的船用GPS信号接收和同步时钟的装置,其特征在于实时时钟电路包括时钟芯片U27、电池组U13、稳压管D1、晶振X4、上拉电阻R47、R96、R39、滤波电容C30、C44、C50,U27的引脚1连接电容C30和晶振X4的一端,电容C30的另一端接地,U27 的引脚2连接晶振X4的另一端,U27的引脚3连接上拉电阻R47,并和微控制器相连,电阻 R47另一端连接3. 3V数字电源VDD,U27的引脚4接地,U27的引脚5连接上拉电阻R39并输入/输出I2C通信的数据信息,U27的引脚6连接上拉电阻R96并输入I2C通信的时钟信号,电阻R39和R96另一端连接3. 3V数字电源VDD,U27的引脚8连接电容C44、C50和稳压管D1,电容C44和C50的另一端接地,稳压管Dl的另一端连接电池组U13的正极和充电电源VDDBAT,电池组U13的负极接地。
4.根据权利要求1所述的船用GPS信号接收和同步时钟的装置,其特征在于LED屏通信接口电路包括半双工RS-485通信芯片U4、485电源芯片Ul、信号隔离光耦U9/U10/U11 ; RS-485通信芯片U4的引脚1、2串接电阻R86后连接到光耦Ull的引脚3,U4的引脚3连接到光耦UlO的引脚6,U4的引脚4连接到光耦U9的引脚6,U4的引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,U4的引脚6、7分别串接电阻R82、R73后接收LED显示屏的RS-485电平串口信号RS485_A_1、RS485_B_1,引脚6、7之间还并接电阻R3,U4的引脚8连接电容C3和电源VDD5V_RS485,电容C3另一端接RS-485电平的地GND_RS485 ;信号隔离光耦U9的引脚 2接电源VDD3. 3V和电容C29的一端,电容C29的另一端接数字地,引脚3串接电阻R66后连接到微控制器的串口 2发送引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485 ;信号隔离光耦UlO的引脚2接电源VDD3. 3V和电容C41的一端,电容C41 的另一端接数字地,引脚3串接电阻R65后连接到微控制器的读/写控制引脚,引脚5接 RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485 ;信号隔离光耦Ull的引脚2接电源VDD5V_RS485,引脚5接数字地,引脚6连接到微控制器的串口 2接收引脚,引脚7、8接电源VDD3. 3V和电容C25的一端,电容C25的另一端接数字地;电源芯片Ul弓丨脚1接数字地和电容C26的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C26的另一端,引脚3接RS-485电平的地GND_RS485和电容C34、C63、C68的一端,引脚4接电源VDD5V_RS485和电容C34、C63、 C68的另一端。
专利摘要本实用新型提供一种船用GPS信号接收和同步时钟装置,包含有微控制器(MCU)、船用GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、船舶信息通告LED显示屏(以下简称LED屏)通信接口电路。其中实时时钟电路与微控制器(MCU)连接;船用GPS信号输入接口电路和微控制器(MCU)连接;LED屏通信接口电路和微控制器(MCU)连接。微控制器(MCU)实时接收船用GPS设备信号的报文输入,经过分析提取出GPS信号报文中的时间数据,利用该时间数据,定时对实时时钟电路中实时时钟芯片的时间数据进行更新;然后微控制器(MCU)取出实时时钟芯片中的时间数据,通过LED屏通信接口,定时更新LED屏的显示时间。
文档编号G01S19/14GK202133872SQ20112011032
公开日2012年2月1日 申请日期2011年4月14日 优先权日2011年4月14日
发明者吴志东 申请人:武汉南华高速船舶工程股份有限公司
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