一种使用USB接口的卫星授时模块的制作方法

本实用新型属于水利水文监测、测绘领域，涉及无线通信技术，具体涉及一种使用usb接口的卫星授时模块。

背景技术：

在实时监测、测量测绘、高速测控等领域，精度和速度是一直是衡量数据质量的重要技术指标。授时性能是控制这些指标的关键因素之一，需满足快速、准确、操作使用方便等要求。在实际应用中，环境复杂，现有的授时模块常常存在的下列问题：

①由于不同的有源天线供电需求不同，且有时受制于现场使用条件，馈线需在增益控制范围内做适当延长，会导致馈电压降，影响授时模块工作性能，不方便修改电路或采用其它补偿措施；

②当前授时模块只支持rs-232及ttl-232或预留rs485接口，需要通过二次接口转换，才能与便携式上位机连接，操作麻烦，因需要外接转换电路而导致可靠性降低并增加了复杂度。

③现有模块授时脉冲稳定性易受环境气温、高频电磁波辐射的影响，特别不适合在温度落差大、风力资源丰富或附近有高压线、雷达站的条件下使用；

④不能显示当前授时信号状态，包括授时信号等级、脉冲占空比，也不能在授时状态不佳时自动切换授时模式，不利于上层系统的优化调整及问题查找。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型公开了一种使用usb接口的小尺寸卫星授时模块，经实际应用验证，上述问题均能克服。

一种使用usb接口的卫星授时模块，包括金属屏蔽外壳、处理器以及分别与处理器连接的导航定位单芯片及配置电路、多电源芯片组、存储芯片，所述导航定位单芯片还连接有脉冲占空比与授时状态led显示电路、卫星信号预处理模块、切换开关，卫星信号预处理模块连接有接收天线，所述多电源芯片组还与接收天线、卫星信号预处理模块、导航定位单芯片、rs-232通信转换电路、rs-485通信转换电路、usb通信转换电路相连，所述切换开关连接着rs-232通信转换电路、rs-485通信转换电路和usb通信转换电路。其中，处理器、导航定位单芯片及配置电路、多电源芯片组、卫星信号预处理模块、存储芯片均设置在金属屏蔽外壳内；所述导航定位单芯片及配置电路用于获取定位与授时等信息，所述多电源芯片组用于提供多种电源电压，所述存储芯片用于存储数据，所述切换开关用于在rs-232通信转换电路、rs-485通信转换电路和usb通信转换电路之间切换，所述脉冲占空比与授时状态led显示电路利用了定位芯片输出的脉冲信号点亮led灯，所述卫星信号预处理模块用于对卫星天线信号进行预处理。

进一步的，所述处理器采用mcu或arm。

进一步的，所述处理器通过ttl-232管脚与切换开关连接。

进一步的，所述多电源芯片组包括彼此并联的三块电源芯片，分别输出3v，5v和介于3-5v之间的电压。

进一步的，所述三块电源芯片型号分别为ams1117cd-3.3、ams1117cd-adj、ams1117cd-5.0。

进一步的，所述金属屏蔽外壳焊接在pcb地网络上。

为了达到以上目的，本实用新型提供如下技术方案：

1.具有可直接连接上位机或其它设备的usb接口、rs-232接口和rs-485接口，以及与其它控制处理芯片对接的ttl-232接口。四个接口均为通信接口，传输卫星信息、解调解算的数据及通信命令，其中usb接口、rs-232接口和rs-485接口不能同时使用，三者之间须通过开关切换使用，而这三个接口的任意一个与ttl-232接口之间可同时使用。这样，既可满足与笔记本等上位机的usb或rs-232直连通信，也可实现与其它设备的常用通信接口对接，并同时能通过ttl-232管脚与其它pcb板的cpu进行控制通信。

2.采用一体式全金属密封焊接频蔽罩防护设计，提升了授时模块对外界电磁波辐射、温度变化、风力变化的抗干扰能力。

3.采用脉冲占空比与授时状态led显示设计，以及授时模式自动调整功能保护。定位单芯片设置在授时状态较好时才输出脉冲，以一定的占空比点亮led灯。

4.本实用新型还能通过处理器控制多电源电压芯片，依次给天线加载不同输入电压，通过读取定位授时状态信息，选择授时状态值最好的电压作为最终馈电电压输出，实现对外接有源天线的馈电自适应功能保护。

5.控制芯片可在判断授时状态不佳时，自动切换授时模式，根据状态信息选择最佳模式。

附图说明

图1为本实用新型提供的使用usb接口的卫星授时模块整体结构示意图。

图2为导航定位单芯片电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本实用新型提供的一种使用usb接口的卫星授时模块，其模块电路结构如图1所示，包括全金属密封焊接屏蔽外壳1以及电子元件，其中部分设置在外壳内部，部分设置在外壳外部。具体的说，电子元件包括处理器、以及分别与处理器连接的导航定位单芯片及配置电路、多电源芯片组、存储芯片，导航定位单芯片还连接有卫星信号预处理模块、脉冲占空比与授时状态led显示电路、切换开关，卫星信号预处理模块连接有接收天线，多电源芯片组还与接收天线、卫星信号预处理模块、导航定位单芯片、rs-232通信转换电路、rs-485通信转换电路、usb通信转换电路相连，切换开关连接着rs-232通信转换电路、rs-485通信转换电路、usb通信转换电路，存储芯片与处理器连接用于存储数据。其中，处理器、导航定位单芯片及配置电路、多电源芯片组、卫星信号预处理模块、存储芯片均设置在金属屏蔽外壳内；而切换开关、脉冲占空比与授时状态led显示电路、rs-232通信转换电路、rs-485通信转换电路、usb通信转换电路均设置在金属屏蔽外壳外部。

本实用新型采用金属频蔽外壳，能够提升定位数据和授时脉冲在温度变化和电磁辐射环境中的稳定性。外壳采用低导电率的加厚全金属罩密封焊接在pcb地网络上。显著减少外界高频噪声带来的影响，减小授时脉冲的温漂度。

接收天线用于接收卫星信号，卫星信号预处理模块其相连，用于对卫星信号进行噪声滤除和信号放大。卫星信号预处理模块由滤波器和放大器串联组成，滤波器型号参考hmc890a，放大器型号参考hmc1049lp5e，卫星信号预处理电路将处理后的信号输出至导航定位单芯片at6558d射频输入管脚。导航定位单芯片将授时状态信息传输至处理器。处理器宜采用mcu或arm。本例中，使用型号为s3c6410的arm处理器。多电压电源芯片组用于提供3.3v(或3v)、4.2v(或介于3.3v至5v间的电压值)、5v多种电压。本例中，多电源电压芯片彼此并联，型号分别为ams1117cd-3.3、ams1117cd-adj、ams1117cd-5.0。其中供给rs-232芯片、rs-485芯片和usb芯片电源电压通常为5v，供给其余芯片一般为3.3v或3v。

rs-485、rs-232、usb通信转换电路用于授时模块与传输终端或上位机连接。本例中，rs-485、rs-232、usb通信转换电路核心芯片型号分别为：sn75lbc184、max232ese、ch340。本模块增加了usb接口电路，并可与ttl-232同时使用。与现有授时模块相比，本实用新型通过mcu增加了一路串口输出，用于将数据转换为usb信号输出。由于当前上位机越来越少的直接使用232串口，并且有时需要在不影响板级工作的情况下查看数据和对模块进行即时二次设置。因此在模块里增设usb通信转换，既可满足用笔记本等上位机直接连接查看消息或更改设置需要，又可以同时与pcb的cpu进行ttl-232通信。usb接口同rs-232或rs-485接口之间通过手动开关ndir-06-tv进行切换，导航定位单芯片通过串口与该手动切换开关连接。

本实用新型利用脉冲占空比与授时状态led显示电路(电路图详见图2中右下角，其中包含led灯)利用定位芯片输出的脉冲信号，点亮led灯，通过led灯的不同颜色和点亮时间显示授时状态和信号占空比。

作为改进，授时模块连接有源天线前，还可以先确定有源天线电压输入范围指标，避免超标输入；控制芯片依次让多电源芯片组向有源天线输出电压3.3v至5v，根据导航定位芯片信号质量判断输出效果最好的馈电电压。由此，控制芯片根据不同电压条件下导航定位单芯片返回的定位与授时质量信息，自动选择信息质量最好时的馈电电压并输出(此为简单程序，极易实现)。在实际应用中此设计可以让授时模块适用于不同馈电电压的有源天线，且避免因较长馈线引起电压衰减阻碍授时模块正常工作，并无需手动补偿。此外，控制芯片还可读取并查找定位芯片中授时状态，程序自动调整授时模式的切换。授时模式以单系统性能为佳，默认北斗授时，次选gps授时、第三选择galiieo授时或组合导航授时。需要说明的是，授时模式及其调整为方法现有授时模块中已有功能。

本实用新型提供的卫星授时模块适用于实时监测、测量测绘、高速测控等领域，特别是水利、水文多机联合测量与监测，多机目标识别与测控，rtk定位、本地校时等。与其它现有常规授时模块相比，本专利可提升授时精度和现场应用的稳定性，增强对恶劣环境的适应能力，提高安装操作和运维的效率。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。