一种AIS航标终端设备的制作方法

本实用新型涉及船舶航海技术领域，特别是一种ais航标终端设备。

背景技术：

船舶自动识别系统（automaticidentificationsystem，简称ais系统），由岸基（基站）设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。经过近年来的建设，中国沿海的ais岸基网络系统已经基本建成，初步形成对我国沿海水域的连续覆盖，ais在沿海已得到广泛应用，为ais航标的应用打下了坚实基础；近年来，由于ais技术广阔的前景和人们对海上安全的需要，ais相关技术的标准和应用工作发展迅速，各沿海国家为加强对海上交通的监管，已广泛建立ais岸基设备。船舶自动识别系统的建立也将为传统的航标带来革命性的改变。

目前,国内已经自主研发出ais船载设备并投入市场,经过实际测试和使用，相关技术也趋于成熟。但是传统ais航标采用分离电子元器件搭建ais射频电路，结构复杂、易受干扰、稳定性差。本项目通过调研国内外ais航标产品的现状及应用情况，提出了一种ais航标终端设备设计，简化安装和维护。

技术实现要素：

为克服上述问题，本实用新型的目的是提供一种ais航标终端设备，提高了发送的射频信号质量，信号稳定性高。

本实用新型采用以下方案实现：一种ais航标终端设备，包括上壳体和下壳体，其特征在于：所述上壳体和下壳体内设置有pcb电路板，所述pcb电路板上设置有控制模块、gps模块、本振及放大模块、太阳能板充电模块、电源管理模块以及485输出模块；所述控制模块采用微控制器stm32f103cbt6，所述本振及放大模块包括本振电路和功率放大器模块，所述gps模块、本振电路、485输出模块均与所述控制模块连接，所述功率放大器模块与所述本振电路连接；所述太阳能板充电模块分别与所述电源管理模块和控制模块连接，所述电源管理模块为所述ais航标终端设备供电。

进一步的，所述设备还包括风速风向传感器、超声波流速传感器、以及电罗经传感器，所述风速风向传感器、超声波流速传感器、电罗经传感器均经过85输出模块与所述微控制器stm32f103cbt6连接。

进一步的，所述微控制器stm32f103cbt6接收gps模块、风速风向传感器、超声波流速传感器、电罗经传感器信息进行解析，并按照ais消息的标准格式进行编码、调制通过本振及放大模块进行输出。

进一步的，所述太阳能板充电模块采用太阳能控制芯片dsc-cn3722。

进一步的，所述本振电路采用si4463芯片。

进一步的，所述功率放大器模块采用二级放大方式，第一级为2sk3475场效应管，第二级为rqa0009场效应管。

进一步的，所述gps模块采用neo-m8n模块。

进一步的，所述485输出模块采用max3485芯片。

进一步的，所述电源管理模块包括锂电池、3.3v降压电路、三个rt9193-30gb低压差线性稳压器，所述锂电池与所述3.3v降压电路连接，所述3.3v降压电路分别与三个rt9193-30gb低压差线性稳压器连接，三个rt9193-30gb低压差线性稳压器中第一rt9193-30gb低压差线性稳压器分别与控制模块和485输出模块连接，第二rt9193-30gb低压差线性稳压器与gps模块连接，第三rt9193-30gb低压差线性稳压器与所述本振及放大模块连接。

进一步的，所述3.3v降压电路采用tlv62150芯片。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型采用新型低功耗射频集成本振电路si4463芯片方案，si4463芯片是高性能的低电流收发器，其覆盖了119mhz至1050mhz的sub-1ghz频段；其中，将本振电路和功率放大器模块集成，提高了射频信号质量、电路高度集成、稳定性更好，且体积更小，便于安装和维护，减少人力成本。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例中设备涉及的电路结构示意图。

图2是本实用新型第一实施例中电源管理模块的详细结构示意图。

图3是本实用新型第二实施例中设备涉及的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

请参阅图1和图2所示，本实用新型的第一实施例中一种ais航标终端设备，包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体内设置有pcb电路板，所述pcb电路板上设置有控制模块1、gps模块2、本振及放大模块3、太阳能板充电模块4、电源管理模块5以及485输出模块6；所述控制模块1采用微控制器stm32f103cbt6，所述本振及放大模块3包括本振电路31和功率放大器模块32，所述gps模块2、本振电路31、485输出模块6均与所述控制模块1连接，所述功率放大器模块32与所述本振电路31连接；所述太阳能板充电模块4分别与所述电源管理模块5和控制模块1连接，所述电源管理模块5为所述ais航标终端设备供电。

其中，低功耗微控制器stm32f103cbt6，其arm32位cortex™-m3cpu核心，最高频率72mhz，片内有64或128k的闪存，20k的sram，三个16位定时器，每个最多4个ic/oc/pwm或脉冲计数器及正交(增量)编码器输入,串口为2个spi接口、2个i2c接口(smbus/pmbus)、3个usart接口(提供：智能卡iso7816接口，lin主从能力，irda能力和调制解调器控制)，7个通道dma控制器，9个通信接口，can接口(2.0b激活)。

所述太阳能板充电模块4采用太阳能控制芯片dsc-cn3722。太阳能充电模块采用一块太阳能板为锂电池充电，开路电压21.7v，功率36w，尺寸为440*340*23mm，充电时长约为2h。

电源管理模块采用一块锂电池供电，7.4v供电电压，容量6800mah。3.3v降压电路采用tlv62150降压转换器实现电压转换，将8.3v输入转为3.3v输出给控制模块、本振及放大模块3、gps模块以及485输出模块。所述本振电路31采用si4463芯片。

其中，485输出模块采用max3485芯片，其是3.3v用于rs-485和rs-422通信的低功耗收发器。每一个部件包括一个驱动器和一个接收器。max3485芯片的传输速率可达10mbps，适用于半双工通信。

另外，所述功率放大器模块32采用二级放大方式，第一级为2sk3475场效应管，第二级为rqa0009场效应管，二者都是专门为vhf/uhf射频功率放大器应用而设计的mosfet型晶体管。

进一步的，所述gps模块2采用高灵敏度、低耗电量ublox的neo-m8n模块。

所述电源管理模块5包括锂电池51、3.3v降压电路52、三个rt9193-30gb低压差线性稳压器53，所述锂电池51与所述3.3v降压电路52连接，所述3.3v降压电路52分别与三个rt9193-30gb低压差线性稳压器53连接，三个rt9193-30gb低压差线性稳压器53中第一rt9193-30gb低压差线性稳压器分别与控制模块1和485输出模块6连接，第二rt9193-30gb低压差线性稳压器与gps模块2连接，第三rt9193-30gb低压差线性稳压器53与所述本振及放大模块3连接。所述3.3v降压电路采用tlv62150芯片。

在本实用新型中各个部件的工作原理为：（1）控制模块

控制模块是整个设计的核心，采用法半导体提供低功耗微控制器stm32f103cbt6，其对gps模块获取的信息以及多个传感器信息进行解析，并按照ais消息的标准格式进行编码、调制输出通过本振及放大模块输出，以及对启动指示等控制信息的综合处理。ais航标启动后，微控制器stm32f103cbt6会将定时发送的ais消息。

（2）gps模块

gps模块采用低功耗与高性能结合的neo-m8n模块，其拥有并行的gnss引擎，用于接收来自gps卫星发送的信号，经过滤波、放大、混频等处理，实现对gps信号的捕获、跟踪、及导航数据的提取，且neo-m8n提供了最好的性能和更简单的rf射频集成，然后将产生的位置、时间、速度等导航定位信息数据通过串口按照nmea-0183协议输出；导航精度为167dbm。

在gps模块电源电路上，首先，通过控制neo-m8n模块的vcc，实现gps模块的开启或关闭功能。其次，在neo-m8n模块vbat管脚一直提供3.3v电源供电，实现gps模块1.5s热启动功能。

（3）本振及放大模块

本振电路拟采用si4463芯片方案。si4463芯片是高性能的低电流收发器，其覆盖了119mhz至1050mhz的sub-1ghz频段。硬件引脚主要有电源、射频部分组成，软件引脚主要分为spi、芯片是能以及gpio。芯片的12-15引脚为spi引脚，最大支持速率达到10mhz。芯片支持标准的spi总线协议。

（4）功率放大器模块

本设计采用二级放大方式，第一级为2sk3475场效应管，输出功率：po=630mw(min)，增益：gp=14.9db(min)，排水效率：ηd=45%(min)。

第二级为rqa0009场效应管，增益：gp=13.2db(min)。

（5）太阳能板充电模块

本设计采用cn3722，将21.7v的太阳能板输入电压降成8.3v再输入给3.3v的降压电路。这是一款可使用太阳能电池供电的pwm降压模式充电管理集成电路，具有太阳能电池最大功率点跟踪功能。cn3722具有恒流和恒压充电模式，非常适合锂电池或磷酸铁锂电池的充电。在恒压充电模式，恒压充电电压由外部电阻分压网络设置；在恒流充电模式，充电电流通过一个外部电阻设置。对于深度放电的电池，当电池电压低于所设置的恒压充电电压的66.7%时，cn3722用所设置的恒流充电电流的15%对电池进行涓流充电。在恒压充电阶段，充电电流逐渐减小，当充电电流减小到所设置恒流充电电流的9.5%时，进入充电结束状态。当输入电源掉电或者输入电压低于电池电压时，cn3722自动进入低功耗的睡眠模式。其它功能包括输入低电压锁存，电池温度监测，电池端过压保护和充电状态指示等；cn3722采用16管脚tssop封装。

（6）电源管理模块

所述电源管理模块5包括锂电池51、3.3v降压电路52、三个rt9193-30gb低压差线性稳压器53。

本设计采用rt9193-30gb低压差线性稳压器(ldo)，在太阳板充电模块之后，锂电池通过三个ldo分给本振及放大模块、gps、控制模块和485输出模块3.3v电压。

降压电路采用tlv62150芯片降压3.3v，然后为整个系统供电。tlv62150同步开关电源转换器基于dc-control，这是一种先进的调节拓扑结构，结合了滞后、电压模式和电流模式控制的优点，包括与输出电压直接相关的交流回路。该控制回路获取有关输出电压变化的信息，并将其直接提供给快速比较器阶段。它设置开关频率，这是恒定的稳态运行条件下，并提供即时响应的动态负载变化。为了获得准确的直流负载调节，采用了电压反馈回路。内部补偿调节网络采用小的外部元件和低esr电容，实现了快速稳定的运行。dc-control拓扑支持中、重负载条件下的脉宽调制(pwm)模式和轻负载下的省电模式。在pwm过程中，它以其标称开关频率在连续导电模式下工作。该频率通常约为2.5mhz或1.25mhz，根据输入电压控制频率变化。内部电流极限支持最大1a的额定输出电流。tlv62150提供了优秀的直流电压和卓越的负载瞬态调节，结合非常低的输出电压纹波，最大限度地减少对射频电路的干扰。

（7）485输出模块

485输出模块共有两路，其中一路是用来配置模块mmsi等参数的通信接口，也会在测试的时候用来接口交互，第二个接口是接传感器、风速风向能见度等，然后可以通过ais做广播，通知过往船舶。

另外，参阅图3所示，是本实用新型第二实施例中设备涉及的电路结构示意图。该第二实施例与第一实施例的区别在于：所述设备还包括风速风向传感器7、超声波流速传感器8、以及电罗经传感器9，所述风速风向传感器7、超声波流速传感器8、电罗经传感器9均经过85输出模块6与所述微控制器stm32f103cbt6连接。其中，电罗经传感器的型号可以为hld-gc100电罗经；超声波流速传感器的型号为：dmf超声波多普勒流速仪；风速风向传感器型号为ec21b风速风向传感器。

该风速风向传感器集成了主要的气象参数测量，包括大气温度，大气湿度，大气压力，风向，风速，降雨量以及扩展的光辐射和紫外线指数的测量。该dmf超声波多普勒流速仪用于测量船舶在水中的流速；电罗经传感器9为船舶提供稳定航向信息。

其中，所述微控制器stm32f103cbt6接收gps模块2、风速风向传感器7、超声波流速传感器8、电罗经传感器9信息进行解析，并按照ais消息的标准格式进行编码、调制通过本振及放大模块进行输出。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。