一种基于网络传输的北斗定位设备的制作方法

本发明涉及通信领域，特别是一种基于网络传输的北斗定位设备。

背景技术：

随着我国民用和军用信息化网络建设的不断加强，越来越多的系统要求现场信息实时监控功能，特别是基于北斗的位置感知，但定位设备一般采用串口传输方式，其传输距离短不能适应现代监控系统的要求，当前采用增加一套串口转网络设备，但存在连接复杂、体积大、单兵展开撤收困难的问题。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于网络传输的北斗定位设备。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于网络传输的北斗定位设备，包括主芯片、北斗模块和网络模块，北斗模块和网络模块分别与主芯片连接，北斗模块包括北斗天线和北斗定位芯片，网络模块包括以太网控制器和网络变压器，主芯片还分别连接晶振模块、复位电路、电源、存储器、指示灯和配置调试串口。工作时，北斗模块通过北斗天线获取到定位信息，定位信息被送入主芯片进行分析处理，主芯片通过网络模块输出相应链路侦测消息和定位数据信息。过程中，可随时通过以太网口访问和修改配置，也可通过串口进行参数修改和系统固件升级，设备参数保存在内部存储器中，掉电数据不丢失；操作过程中，工作指示灯通过不同闪烁模式提示当前状态；设备支持宽电压输入和一键复位。

本发明中，工作流程如下：

步骤s1：初始化，默认配置北斗定位芯片为北斗工作模式，主芯片控制以太网控制器进行初始化配置，创建udp连接、配置ip地址和端口号，在主循环中持续调用lwip_periodic_handle()协议内核定时处理子函数和lwip_pkt_handle()协议内核接收数据包处理子函数保证lwip协议网络内核持续工作；

步骤s2：等待北斗模块发送定位信息定时到，主芯片调用发送定位信息子程序，解析nmea0183格式的北斗数据，当北斗数据有效时通过网口+串口向外围的信息接入设备发送定位数据，其中定时计时参考时钟来自晶振模块并通过定时器中断处理子函数tim_irqhandler()实现；

步骤s3：等待网络模块链路侦测定时到，主芯片向外围的用户信息设备发送链路侦测消息，其中定时计时通过定时器中断处理子函数tim_irqhandler()实现，参考时钟来自晶振模块，链路侦测消息由消息头和链路侦测数据包组成，采用udp协议，设定发送方每隔5分钟发送一次链路侦测消息；

步骤s4：用户通过web页面登陆访问设备、修改网络参数，主芯片持续监测网络参数是否变化，若网络参数发生变化，则断开当前网络连接，用户重新通过新的地址访问设备，用户各类数据均保存在eeprom存储器中，掉电数据不丢失；

步骤s5：支持用户随时通过串口输入输出，进行定位数据发送、定位芯片工作模式配置和网络模块参数配置，通过串口中断处理子函数usart_irqhandler()来实现。

本发明中，步骤s1中lwip协议实现流程如下：

lwip_comm_init()协议初始化lwip协议，设置lwip协议的远端ip地址remoteip、mac地址、本地ip地址、mask子网掩码、gateway网关，登陆username用户名、passwd密码；

在主循环中持续调用lwip_periodic_handle()协议内核定时处理子函数和lwip_pkt_handle()协议内核接收数据包处理子函数保证lwip网络内核持续工作；

通过网页服务器功能初始化子函数httpd_init()，将本定位设备配置为webserver网页服务器，fsdata.*子文件内保存网页数组，通过cgi公共网关接口手段和ssi服务器端嵌入手段实现浏览器和服务器的交互；

通过新建子函数udp_new()创建一个新的协议控制块udppcb，通过连接子函数udp_connect()连接到指定的远端端口，通过绑定子函数udp_bind()绑定到本地地址和端口；

通过发送子函数udp_send()向外发送数据，通过回调函数udp_recv()接收数据；

若网络参数发生变化，通过切断子函数udp_disconnect()断开udp连接，重新通过lwip_comm_init()协议端口初始化子函数来初始化lwip协议。

本发明中，主芯片是stm32处理芯片。

本发明中，北斗定位芯片型号为um220-iii，usart3与北斗定位芯片um220-iii芯片收发交叉对接。

本发明中，北斗天线为无源天线，北斗定位芯片um220采用无源天线与rf_in管脚直接相连。

本发明中，以太网控制器型号为dm9000。

本发明中，网络变压器型号为ph163539。

本发明中，存储器型号为at24cxx系列eeprom。

本发明中，解析串口nmea0183格式的北斗定位数据转换为网络传输，适应现代网络监控的需求；同时支持以太网口和串口进行数据收发和功能配置，接口多样、使用灵活、功能丰富；采用udp协议传输，包括链路侦测消息和定位数据消息，通信协议轻巧、数据传输简单有效；支持浏览器web页面登陆访问设备、修改网络参数，用户操作体验好；掉电数据不丢失，使用方便；支持直流宽电压输入，供电方便；有指示灯模块，操作方便；整机内含北斗无源天线，为半径4厘米的蘑菇头，体积小巧、携带使用方便，价格低廉、实用性好。

有益效果：很好的解决了以太网口接入北斗定位消息时没有一体化设备、转换连接复杂、体积大、功能单一、传输不方便、操作不灵活、不支持北斗+gps灵活配置等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明电路结构示意图。

图2是本发明应用示意图。

图3是本发明实施的程序流程示意图。

图4是本发明实施的网络协议实现示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明。

本发明提供了一种基于网络传输的北斗定位设备，以stm32处理芯片1为核心，包括北斗模块12、网络模块13，以及外围电源供电模块8、eeprom存储器9、配置调试串口11、指示灯10、晶振模块6、复位电路7，北斗模块12包括北斗定位芯片2、北斗天线3，网络模块13包括以太网控制器4、网络变压器5。stm32代表armcortex-m内核的32位微控制器。工作时，北斗模块通过北斗天线获取到定位信息，定位信息被送入主芯片进行分析处理，主芯片通过网络模块输出相应链路侦测消息和定位数据信息。过程中，可随时通过以太网口访问和修改配置，也可通过串口进行参数修改和系统固件升级，设备参数保存在内部存储器中，掉电数据不丢失；操作过程中，工作指示灯通过不同闪烁模式提示当前状态；设备支持宽电压输入和一键复位。

所述的北斗定位芯片2型号为um220-iii，北斗天线3为无源天线，支持gps和北斗双模定位，默认北斗定位模式，支持配置其他工作模式。

所述的以太网控制器4型号为dm9000，网络变压器5型号为ph163539。dm9000是一款完全集成的单芯片快速以太网mac控制器。ph163539是网络变压器高度集成芯片。

所述的存储器9型号为at24cxx系列eeprom，掉电后数据不丢失，可以保存用户的网络配置参数和定位芯片工作模式。

采用udp协议与计算机终端14和信息接入设备16进行通信传输，包含链路侦测消息和定位数据消息，支持web页面修改网络参数。

所述的配置调试口11为串口，参数配置可通过串口进行，定位数据也可通过串口输出。

具体的：

处理芯片stm32的usart1(pa9、pa10)作为配置调试串口，只此串口支持程序下载；usart3(pb10、pb11)作为北斗信号输入，串口波特率可配置，与国产高性能um220-iii芯片收发交叉对接；um220采用无源天线与rf_in管脚直接相连，无需低噪放和滤波电路；通过16位并行数据线(fsmc_d0～d15)与以太网控制器dm9000相连，dm9000的21(eecs)引脚设置其数据位宽，pwrst复位信号，wr(iow)处理器写命令，rd(ior)处理器读命令，cmd命令/数据标志；dm9000接网络变压器ph163539，输出差分网络信号td+、td-、rd+、rd-；eeprom采用at24cxx系列，通过iic接口连接，用于存储用户各类数据；直流宽电压输入5～18v，通过电源转换芯片mp1482转换为3.3v给stm32供电，设计有防误插、反接过压过流保护电路。pcb设计高频信号与低频信号分隔布线，天线线路注意阻抗匹配，大功率器件如网络变压器ph163539、电源转换器件如mp1482要开窗散热，成对信号线和差分线最好等长平行走线。

软件流程如图3所示，本发明软件实施过程中采用模块化和中断设计思想，根据功能划分多个子程序，在主程序中不断循环通过中断来调用相应的子程序来完成整个系统功能。在keil开发环境下进行开发。

选用lwip轻量级ip协议，lwip有无操作系统支持都可运行，在保持tcp协议主要功能的基础上减少对ram的占用，特别适合在低端嵌入式系统使用，选用rawapi接口实现通信。采用udp传输协议，udp不属于连接型协议，因而资源消耗小、处理速度快，使用报头中的校验和保证数据安全，此外定时发送链路侦测消息保证通信连接。

整个流程如下：

步骤s1：初始化，默认配置北斗定位芯片2为北斗工作模式，主芯片1控制以太网控制器4进行初始化配置，创建udp连接、配置ip地址和端口号，在主循环中持续调用lwip_periodic_handle()协议内核定时处理子函数和lwip_pkt_handle()协议内核接收数据包处理子函数保证lwip协议网络内核持续工作；

步骤s2：等待北斗模块12发送定位信息定时到，主芯片1调用发送定位信息子程序，解析nmea0183格式的北斗数据，当北斗数据有效时通过网口+串口11向外围的信息接入设备发送定位数据，其中定时计时参考时钟来自晶振模块6并通过定时器中断处理子函数tim_irqhandler()实现；

步骤s3：等待网络模块13链路侦测定时到，主芯片1向外围的用户信息设备发送链路侦测消息，其中定时计时通过定时器中断处理子函数tim_irqhandler()实现，参考时钟来自晶振模块6，链路侦测消息由消息头和链路侦测数据包组成，采用udp协议，设定发送方每隔5分钟发送一次链路侦测消息；

步骤s4：用户通过web页面登陆访问设备、修改网络参数，主芯片1持续监测网络参数是否变化，若网络参数发生变化，则断开当前网络连接，用户重新通过新的地址访问设备，用户各类数据均保存在eeprom存储器9中，掉电数据不丢失；

步骤s5：支持用户随时通过串口11输入输出，进行定位数据发送、定位芯片2工作模式配置和网络模块13参数配置，通过串口中断处理子函数usart_irqhandler()来实现。

下面结合图4对步骤s1中核心lwip协议实现流程进行详细说明：

lwip_comm_init()协议初始化lwip协议，设置lwip协议的远端ip地址remoteip、mac地址、本地ip地址、mask子网掩码、gateway网关，登陆username用户名、passwd密码；

在主循环中持续调用lwip_periodic_handle()协议内核定时处理子函数和lwip_pkt_handle()协议内核接收数据包处理子函数保证lwip网络内核持续工作；

通过网页服务器功能初始化子函数httpd_init()，将本定位设备配置为webserver网页服务器，fsdata.*子文件内保存网页数组，通过cgi公共网关接口手段和ssi服务器端嵌入手段实现浏览器和服务器的交互；

通过新建子函数udp_new()创建一个新的协议控制块udppcb，通过连接子函数udp_connect()连接到指定的远端端口，通过绑定子函数udp_bind()绑定到本地地址和端口；

通过发送子函数udp_send()向外发送数据，通过回调函数udp_recv()接收数据；

若网络参数发生变化，通过切断子函数udp_disconnect()断开udp连接，重新通过lwip_comm_init()协议端口初始化子函数来初始化lwip协议。

实际应用如图2所示，北斗定位信息由北斗网络传输设备15向信息接入设备16采用udp协议进行单向传输，无需握手机制，定时发送链路侦测消息和定位数据消息。基于网络传输的北斗定位设备15与计算机终端14相连，可通过串口进行定位数据发送、定位芯片工作模式配置和网络参数配置，同时支持web页面修改网络参数。

本发明提供了一种基于网络传输的北斗定位设备，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。