专利名称：基于虚拟差分技术的全球定位系统接收机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全球定位系统(Global Position System，以下简称GPS)接收机，特别是涉及一种基于虚拟差分技术的全球定位系统接收机。
背景技术：
在精准农业中，对采集的各种田间数据和信息实施精准管理依赖于精确的位置信息，而目前GPS技术是进行定位测量的最快速、最便捷有效的方式，已经成为实施精准农业支持农业现代化实践的重要条件。
进一步提高GPS接收机实时定位精度是目前需要研究的课题之一。由于GPS接收机，单机定位精度太低，不能满足实际应用尤其是精准农业的要求，通常采用差分的方式来提高定位精度。目前GPS接收机常采用卫星差分、信标差分或自主差分方式来提高定位精度，然而这三种方式的实际应用均受到很大限制。卫星差分服务是有偿的，需要按使用时间付费，而且这种服务不能覆盖全国范围；信标台只在我国沿海地区才有，例如在北京虽然可以接收天津信标台发射的差分改正信号，但因距离远，信号不够稳定，所以使用也受到限制；采用自主差分方式建立的差分参考站是一种没有地区限制的方案，但这种差分参考站的覆盖范围与发送差分信号的数传电台功率成正变关系，而且测量误差随参考站和移动站间的距离增加而增加，难以满足高精度的定位要求。
在这种情况下，美国Trimble公司所提出的虚拟参考站VRS(Virtual ReferenceStation，简称VRS)的概念打破了上述限制。在使用时，参考站数据的系统误差被减少或消除，这样不仅意味着用户可以增加移动站和参考站间的距离，也增加了系统的可靠性，并减少了初始化的时间。与常规RTK(Real-Time-Kinematic，GPS实时载波相位差分的简称)不同，在VRS网络中，各固定参考站不直接向移动用户发送任何改正信息，而是将所有的原始数据通过数据通讯线发给控制中心。同时，移动用户在工作前，先通过无线网络(如GSM网络、或GPRS网络、或CDMA网络等)向控制中心发送一个概略坐标，控制中心收到这个位置信息后，根据用户位置，由计算机自动选择最佳的一组固定参考站，根据这些站发来的信息，整体地改正GPS的轨道误差、电离层、对流层和大气折射引起的误差，将高精度的差分信号发给移动站。这个差分信号的效果相当于在移动站旁边，生成一个虚拟的参考站，从而解决了RTK作业距离上的限制问题，并保证了用户的精度；同时用户也免去购买及架设GPS参考站了。目前，北京市全球卫星综合应用服务系统已经初步建设了5个参考站，1个数据中心，服务范围可以覆盖北京市城八区，并计划将参考站扩展到28个，以覆盖北京所有城区和远郊区县。建成后的系统，可通过网络差分方式为移动定位用户提供差分数据，不受距离的限制，可以满足不同行业不同精度要求的用户需求。
目前，对于移动用户，Trimble公司所推出的高精度的GPS接收机已经具备接收虚拟差分信息的功能，如5700等型号的产品，但这类产品的价格普遍较高；价格较低的GPS接收机，又不具备接收这种以无线网络形式发送的差分信息的能力，使得VRS的应用受到了很大的限制，同时也限制了GPS接收机的广泛应用。在此情况下，就需要设计、开发一种成本低、具有接收虚拟差分信息、同时又具备定位数据处理和存储功能的GPS接收系统。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种基于虚拟差分技术的全球定位系统接收机，该系统成本低、简单便携，能实时采集并显示具有差分信息的高精度GPS信息，并可以存储在存储设备中。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案如图1所示，该全球定位系统接收机包括一微处理器1，用于系统的初始化、数据处理和对整个系统的监控；一无线网络通信模块2与微处理器1相连接，该模块通过无线网络与虚拟参考站控制中心(图1中未示出)之间发送和接收信息；一GPS接收电路3，用于接收GPS数据，该电路具有包括第一串口和第二串口的至少两个串口；一扩展串口电路7与微处理器1相连接，扩展出包括第一串口和第二串口的至少两个串口，经过第一电压转换电路9后分别与GPS接收电路3的第一串口和第二串口相连接；一客户识别模块6与无线网络通信模块2相连接，用于识别客户身份，客户通过它完成与无线网络系统的连接和信息交换；
一电源8与微处理器1、GPS接收电路3、扩展串口电路7和第一电压转换电路9相连接，经过第二电压转换电路10与无线网络通信模块2相连接，为系统中各部分电路与模块提供稳定的工作电压。
上述技术方案中，还包括一显示模块5，通过并行接口电路11，与微处理器1相连接，用于实时显示采集的GPS信息。
上述技术方案中，还包括一存储设备4，与微处理器1相连接，用于存储GPS数据。
上述技术方案中，所述客户识别模块6由一客户识别卡卡座和客户识别卡组成。
上述技术方案中，所述无线网络是指GSM网络，或GPRS网络，或CDMA网络。
本实用新型的工作过程为微处理器1通过扩展串口电路7的第一串口对GPS接收电路3进行初始化设置之后，GPS接收电路3开始接收GPS数据。此GPS数据因为没有进行差分校正，误差较大，定位精度低。微处理器1经由控制命令来控制无线网络通信模块2，利用无线网络通信模块2通过无线网络将该全球定位系统接收机之前接收到的GPS数据发送至VRS控制中心，VRS控制中心根据此信息进行误差计算，又将RTCM(Radio Technical Commission for Maritime Services，简称RTCM)差分信息用无线网络实时传输至该全球定位系统接收机中的微处理器1；微处理器1再通过扩展串口电路7的第二串口将此RTCM差分信息从GPS接收电路3的第二串口输入，GPS接收电路3的第一串口的输出便是经过差分校正后的GPS数据。数据再经过微处理器1处理之后，一方面可以在显示模块5中显示，用户可实时了解自身所处位置；另一方面，此GPS数据也可存储在存储设备4中。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是本实用新型具有成本低，可靠性高，功耗低的特点；能采集经过差分校正后的高精度GPS数据，并且能够实时显示采集的高精度GPS数据，便于用户实时了解自身所处位置，还可以将采集的数据存储在大容量的存储设备中，供用户对数据的后续分析、处理使用。
图1为本实用新型的一个最佳实施例的电路框图；
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，微处理器1采用美国ATMEL公司生产的高性能8位单片机AT89S51。该芯片价格低、功耗低，Flash程序存储器的容量为4KB，使用寿命最少为1000次写/擦循环，是目前性能价格比较高的CPU芯片之一。振荡电路采用CPU内部振荡器和外部石英晶体构成，晶体振荡频率选为11.0592MHz。
无线网络通信模块2选择SIEMENS公司的MC35i，它不仅能够支持GSM900/1800MHz双频工作模式，能提供数字、语音、短消息和传真功能，而且能够支持GPRS数据业务。在尺寸规格上，体积较小，易于集成。如果要利用GPRS网络，可采用SIEMENS公司的TC45，它设计小巧、功耗非常低，内置TCP/IP协议栈，支持JAVA编程，可以为很多通信应用提供经济高效的解决方案。如果要利用CDMA网络通信，可采用WAVECOM公司的Q2358C，它是单频800MHZ，CDMA20001xRTT模块。本
GPS接收电路3选用GARMIN公司的GPS 25LVS板，这是一款性能稳定，性价比比较高的产品。此型号的GPS OEM板体积小，重量轻，单一5V供电，内置保护电池，RS232电平自动输出NMEA0183语句(ASCII字符型)，RTCM差分输入，1PPS秒脉冲集于一身，其单点定位精度小于15米，差分定位精度2-5米，可以基本满足精细农业不同情况下的应用需要。此外，GPS 25LVS板无复杂时序控制，开发较方便。
显示模块5采用北京青云创新公司生产的LCM12232B，工作电压5V，最大工作电流1mA，不带字库，主控制器芯片是SED1520的图形点阵式液晶模块。以16*16显示一个汉字和16*8显示一个字符，可以显示两行，每行7.5个汉字或者15个字符。接口电路采用间接控制的方式，八条数据线与并行接口电路11相连，另外用微处理器1的I/O口来控制其读写和使能。
客户识别模块6采用一客户识别卡卡座和客户识别卡组成，其输入端与无线网络通信模块2相连接，由无线网络通信模块2产生电压为3V的电源。其中客户识别卡，也称为智能卡，采用A级加密方法制作，存储着用户的数据、鉴权方法及密钥，供无线网络系统对用户身份进行鉴别。同时，用户通过它完成与系统的连接和信息的交换。
电源8将提供大部分芯片正常工作所需的5V电压；第一电压转换电路9可将微处理器1的TTL电平转化为GPS接收电路3的RS232电平；本实施例中，无线网络通信模块2的电源有特殊要求，第二电压转换电路10将5V电压转换为其正常工作时所需的电压4.2V。
GPS数据的采集需要的存储容量较大，若采用RAM或EEPROM，会受到寻址空间、功耗和体积等因素的限制，而且价格也很贵。因此，本实施例中的存储设备4使用CF卡来存储GPS数据。CF卡容量大，读写速度快，可与多种电脑操作系统平台兼容，结实耐用，可多次读写。另外，它支持3.3V和5V两种电源，耗电量小，在断电后数据依然能够保存。
扩展串口电路7和并行接口电路11采用常规方式接入。
本实施例的工作过程为微处理器1通过扩展串口电路7的第一串口对GPS接收电路3进行初始化设置之后，GPS接收电路3开始接收GPS数据。此GPS数据因为没有进行差分校正，误差较大，定位精度低。微处理器1经由AT命令(AT即Attention，AT命令集是从TE(Terminal Equipment)或DET(Data TerminalEquipment)向TA(Terminal Adapter)或DCE(Data Circuit Terminating Equipment)发送的。通过TA、TE发送AT命令来控制MS(Mobile Station)的功能，与GSM网络业务进行交互。用户可以通过AT命令进行呼叫、短信、电话、数据业务、补充业务、传真等方面的控制)控制无线网络通信模块2，利用无线网络通信模块2通过无线网络将全球定位系统接收机之前接收到的GPS数据发送至VRS控制中心，VRS控制中心根据此信息进行误差计算，又将RTCM(Radio Technical Commission forMaritime Services，简称RTCM)差分信息用无线网络实时传输至全球定位系统接收机中的微处理器1；微处理器1再通过扩展串口电路7的第二串口将此RTCM差分信息从GPS接收电路3的第二串口输入，GPS接收电路3的第一串口的输出便是经过差分校正后的GPS数据。数据再经过微处理器1处理之后，一方面可以在显示模块5中显示，用户可实时了解自身所处位置；另一方面，此GPS数据也可存储在存储设备4中。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.基于虚拟差分技术的全球定位系统接收机，包括一GPS接收电路(3)，用于接收GPS数据；其特征是，还包括一微处理器(1)，用于系统的初始化、数据处理和对整个系统的监控；一无线网络通信模块(2)与微处理器(1)相连接，该模块通过无线网络与虚拟参考站控制中心之间发送和接收信息；一客户识别模块(6)与无线网络通信模块(2)相连接，用于识别客户身份，客户通过它完成与无线网络系统的连接和信息交换；一扩展串口电路(7)与微处理器(1)相连接，扩展出包括第一串口和第二串口的至少两个串口，经过第一电压转换电路(9)后分别与所述GPS接收电路(3)的第一串口和第二串口相连接；一电源(8)与微处理器(1)、GPS接收电路(3)、扩展串口电路(7)和第一电压转换电路(9)相连接，并经过第二电压转换电路(10)与无线网络通信模块(2)相连接，为系统中各个电路与模块提供稳定的工作电压。
2.根据权利要求1所述的全球定位系统接收机，其特征是，还包括一显示模块(5)，通过并行接口电路(11)，与微处理器(1)相连接，用于实时显示采集的GPS信息。
3.根据权利要求1或2所述的全球定位系统接收机，其特征是，还包括一存储设备(4)，与微处理器(1)相连接，用于存储GPS数据。
4.根据权利要求1所述的全球定位系统接收机，其特征是，所述客户识别模块(6)由一客户识别卡卡座和客户识别卡组成。
5.根据权利要求1所述的全球定位系统接收机，其特征是，所述无线网络是指GSM网络。
6.根据权利要求1所述的全球定位系统接收机，其特征是，所述无线网络是指GPRS网络。
7.根据权利要求1所述的全球定位系统接收机，其特征是，所述无线网络是指CDMA网络。
专利摘要本实用新型涉及一种全球定位系统接收机，特别是涉及一种基于虚拟差分技术的全球定位系统接收机。该系统由GPS接收电路、微处理器、无线网络通信模块、显示及存储设备以及串口扩展和电压转换电路组成。本实用新型能通过无线网络通信模块与虚拟参考站通信获得差分信息，从而使得GPS接收电路输出经过差分校正后的高精度GPS信息，并能实时显示和存储GPS数据。本实用新型成本低，简单便携，适合用于例如实施精准农业等领域的定位装置。
文档编号G01S1/08GK2795873SQ20052000580
公开日2006年7月12日 申请日期2005年3月8日 优先权日2005年3月8日
发明者汪懋华, 何月芳, 张漫, 刘刚, 高华江, 曾祥钟, 司永胜, 王 琦, 张淼, 郑典萍, 张俊宁 申请人:中国农业大学