專利名稱：航標(biāo)衛(wèi)星定位與遙測遙控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水上助航標(biāo)志的定位跟蹤與遙測遙控裝置，特別適用于管理部門(航道局、海事局等)對內(nèi)河、湖泊和近海航道分布廣泛的各種航標(biāo)實行集中、全天候、高精度和實時遠(yuǎn)程定位測控。
1.衛(wèi)星通信費(fèi)用高昂；數(shù)傳電臺需要自己建基站和申請頻率，投資大，運(yùn)營維護(hù)費(fèi)高，覆蓋面小，系統(tǒng)容量小，傳輸速度慢；遙測遙控發(fā)射設(shè)備耗電大，干擾強(qiáng)。
2.大多數(shù)此類系統(tǒng)不具備精確定位功能，不能解決浮標(biāo)的位移和漂失問題。
同時本實用新型采用了GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)對航標(biāo)實施精確定位，實現(xiàn)了位移報警和漂失跟蹤。技術(shù)方案本實用新型主要利用了GSM數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)、GPS全球衛(wèi)星定位技術(shù)和GIS地理信息技術(shù)。首先由航標(biāo)上安裝的GPS接收機(jī)和各種傳感器獲得航標(biāo)的狀態(tài)信息，包括航標(biāo)的經(jīng)緯度、報警和各種工作參數(shù)，這些信息經(jīng)單片機(jī)處理后通過航標(biāo)上安裝的GSM通信模塊以GSM短信息方式發(fā)送給監(jiān)控中心，監(jiān)控中心計算機(jī)接收、處理和存儲航標(biāo)的信息，管理人員可通過網(wǎng)絡(luò)在GIS電子地圖上直觀地查詢和操作，實現(xiàn)航標(biāo)的定位跟蹤和遙測功能。另一方面監(jiān)控中心也通過GSM通信系統(tǒng)將控制指令發(fā)送到航標(biāo)的監(jiān)控機(jī)上，實現(xiàn)遙控功能。應(yīng)用效果采用本實用新型裝置，航標(biāo)管理人員在機(jī)房就可對航標(biāo)的工作狀況實現(xiàn)全天候、高精度、直觀和隨時隨地的定位監(jiān)控，航標(biāo)出現(xiàn)故障時及時處理，保證航道暢通，還能大大節(jié)省航標(biāo)的維護(hù)費(fèi)用。同時，由于在航標(biāo)上安裝了GPS天線和接收機(jī)，能對航標(biāo)實現(xiàn)全球衛(wèi)星定位，解決了浮標(biāo)的位移問題，當(dāng)航標(biāo)漂走時，在GSM覆蓋區(qū)，不論漂移的距離有多遠(yuǎn)，都有可能找回丟失的航標(biāo)。
由于本實用新型采用GSM通信系統(tǒng)作為航標(biāo)遙測遙控的無線傳輸平臺，因此系統(tǒng)的容量、傳輸速率和監(jiān)控的距離取決于GSM的容量、速度和覆蓋面(GSM全國一個網(wǎng)絡(luò)，容量大，傳輸速率大于9600波特率并且還在快速發(fā)展)，而采用VHF/UHF專網(wǎng)由于信道有限(一般為十幾到二十個)，覆蓋范圍通常為十幾公里，數(shù)據(jù)傳輸速度一般不超過2400波特率；用戶還需要建設(shè)維護(hù)通信基站；終端設(shè)備耗電比GSM終端大(處在發(fā)射工作狀態(tài)時VHF/UHF電臺的工作電流為幾安到十幾安，GSM終端為幾十到一百多毫安)；同時可靠性、聯(lián)網(wǎng)性和擴(kuò)充性也沒有GSM好。
圖中，P1航標(biāo)的供電系統(tǒng)，一般為電池或蓄電池P2航標(biāo)燈控制器，為原來航標(biāo)燈所配的電子閃光器和控制電路P3航標(biāo)燈燈器UA本實用新型裝置的主機(jī)系統(tǒng)U1微型處理器或稱為單片機(jī)芯片，其主要管腳為EA/VPP 程序選擇端WR 寫信號RD 讀信號A8-A17 10位地址總線ALE 地址鎖存信號U2地址鎖存器芯片，其主要管腳為LE 信號鎖存使能端CE 常選中的片選信號A0-A7 8位地址總線U3譯碼器芯片，其主要管腳為A12-A17 6位地址線U4通用異步收發(fā)器UART芯片，其主要管腳為A0-A2 3位地址信號IOW 寫信號端IOR 讀信號端U5GSM調(diào)制解調(diào)模塊，也稱GSM模塊，GSM調(diào)制解調(diào)器U6GPS接收板，也稱GPS OEM板，GPS模塊其它主要管腳VCC 電源端ANT VCC 天線電源端GND 接地端XTAL1，XTAL2晶振輸入端D0-D7 8位數(shù)據(jù)總線TX，TXA，TXB，TXC，TXD 串口輸出DX，RXA，RXB，RXC，RXD 串口輸入INT0，INTA，INTB，INTC，INTD中斷信號CSA，CSB，CSC 片選信號，通道選擇信號ComA連接GSM調(diào)制解調(diào)模塊(U5)的RS232串行通信接口ComB連接GPS接收板(U6)的RS232串行通信接口ComC連接航標(biāo)燈控制器(P2)的RS232串行通信接口T5和T6分別是GSM天線和GPS天線C1，C2，C3，C4電解電容。2C1，2C2，5C1，5C2瓷介電容。N1，N2，N3，N4二極管Q1NPN三極管R1電阻2X1，5X1晶振具體實施方案在

圖1中，主機(jī)系統(tǒng)(UA)與GSM調(diào)制解調(diào)模塊(U5)、GPS接收板(U6)、航標(biāo)燈控制器(P2)分別通過RS232串行通信接口(ComA，ComB，ComC)連接，主機(jī)系統(tǒng)(UA)主要由單片機(jī)(U1)、鎖存器(U2)、譯碼器(U3)、通用異步收發(fā)器(U4)等芯片及其它電路組成。
GPS接收板(U6)與GPS天線(T6)連接，GPS天線(T6)安裝在上方?jīng)]有遮擋物的地方，接收GPS定位衛(wèi)星的信號，GPS接收板(U6)將GPS定位信號解算成航標(biāo)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，通過串口(ComB)傳送到裝置主機(jī)系統(tǒng)(UA)。
航標(biāo)燈控制器(P2)將航標(biāo)燈燈器(P3)的工作參數(shù)和工作狀態(tài)通過串口(ComC)傳送到裝置主機(jī)系統(tǒng)(UA)。
航標(biāo)的供電系統(tǒng)(P1)，一般為電池或蓄電池，為航標(biāo)燈控制器(P2)、航標(biāo)燈燈器(P3)和本系統(tǒng)提供直流電源。
裝置主機(jī)系統(tǒng)(UA)按照預(yù)先設(shè)置的時間將航標(biāo)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)、工作參數(shù)通過串口(ComA)發(fā)送到GSM調(diào)制解調(diào)模塊(U5)，根據(jù)移動通信協(xié)議打包后通過連接的GSM天線(T5)發(fā)送到指定的監(jiān)控中心。
在圖2中，單片機(jī)(U1)是系統(tǒng)的微處理器芯片，鎖存器(U2)用于鎖存來自單片機(jī)(U1)的地址信號，譯碼器(U3)將來自單片機(jī)(U1)的地址信號進(jìn)行譯碼，決定某一時刻某一具體芯片的片選信號，通用異步收發(fā)器(U4)將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行輸出，也可將串行輸入轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)輸入到單片機(jī)(U1)。
單片機(jī)(U1)的8位數(shù)據(jù)總線(D0-D7)和鎖存器(U2)的8位輸入端(D0-D7)、通用異步收發(fā)器(U4)的8位數(shù)據(jù)端(D0-D7)相連；單片機(jī)(U1)的高8位地址線(A10-A17)中的6位(A12-A17)和譯碼器(U3)的地址線(A12-A17)相連；單片機(jī)(U1)的讀寫信號線(WR和RD)分別和通用異步收發(fā)器(U4)信號讀寫相應(yīng)引腳(IOR，IOW)相連，完成對通用異步收發(fā)器(U4)的讀寫操作；單片機(jī)(U1)的地址鎖存信號端(ALE)連接到鎖存器(U2)的信號鎖存使能端(LE)；單片機(jī)(U1)的程序選擇端(EA/VPP)與電源端(VCC)連接；單片機(jī)(U1)的晶振輸入端(XTAL1、XTAL2)分別連接到晶振(2X1)的兩端，并分別通過瓷介電容(2C1、2C2)與接地腳(GND)連接一起后接地。
鎖存器(U2)鎖存的8位地址信號(A0-A7)中的3位(A0-A2)和通用異步收發(fā)器(U4)的3位地址線(A0-A2)相連，控制通用異步收發(fā)器(U4)的當(dāng)前輸入輸出通道；鎖存器(U2)的片選信號端(CE)接地從而常選中。
譯碼器(U3)的片選信號(CSA，CSB，CSC)輸出端分別和通用異步收發(fā)器(U4)的通道選擇信號端(CSA，CSB，CSC)相連。
通用異步收發(fā)器(U4)中的3個串口通道(TXA，RXA、TXB，RXB和TXC，RXC)分別和GSM調(diào)制解調(diào)器模塊(U5)的串(RXD，TXD)、GPS接收板(U6)的串口(RXD，TXD)、航標(biāo)燈控制器(P2)的串(RX，TX))相連，完成對GSM模塊(U5)、GPS接收板(U6)和航標(biāo)燈控制器(P2)的讀寫控制；通用異步收發(fā)器(U4)4個中斷信號端(INTA，INTB，INTC，INTD)分別連接到4個二極管(N1，N2，N3，N4)，4個二極管(N1，N2，N3，N4)的另一端并聯(lián)連接到NPN三極管(Q1)的基極，三極管(Q1)的發(fā)射極接地，三極管(Q1)的集電極通過電阻(R1)連接到電源端+5V，同時，集電極連接到單片機(jī)(U1)的中斷信號(INT0)引腳；通用異步收發(fā)器(U4)晶振輸入端(XTAL1、XTAL2)分別連接到晶振(SX1)的兩端，并分別通過瓷介電容(5C1、5C2)與接地腳(GND)連接一起后接地。
在電路電源方面，單片機(jī)(U1)、GPS接收板(U6)、GSM調(diào)制解調(diào)器模塊(U5)、通用異步收發(fā)器(U4)的電源端(VCC)分別與一個電解電容(C1，C2，C3，C4)的正極和+SV電源端連接，電解電容(C1，C4)的負(fù)極接地，電解電容(C2，C3)的負(fù)極分別與GPS接收板(U6)的接地管腳(GND)、GSM調(diào)制解調(diào)器模塊(U5)的接地管腳(GND)連接后接地，GPS接收板(U6)的電源端(VCC)與其天線電源端(ANT VCC)并聯(lián)連接到+5V電源端，實現(xiàn)向GPS天線(T6)的供電。
權(quán)利要求1.一種航標(biāo)定位和遙測遙控裝置，在裝置的電路中，主機(jī)系統(tǒng)、GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收板、GSM數(shù)字蜂窩移動通信調(diào)制解調(diào)器模塊、航標(biāo)燈控制器通過串口連接起來，其特征是在裝置主機(jī)系統(tǒng)中，單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線和通用異步收發(fā)器的數(shù)據(jù)端相連，單片機(jī)高8位地址中的6位地址線和譯碼器地址線相連，鎖存器的8位地址信號中的3位地址線和通用異步收發(fā)器的3位地址線相連，控制通用異步收發(fā)器的當(dāng)前輸入輸出通道，單片機(jī)的信號讀寫線分別和通用異步收發(fā)器相應(yīng)引腳相連，完成對通用異步收發(fā)器的讀寫操作，通用異步收發(fā)器中的3個串口通道分別和GSM調(diào)制解調(diào)器模塊、GPS接收板的串口、航標(biāo)燈控制器的串口相連，完成對GSM模塊、GPS接收板和航標(biāo)燈的數(shù)據(jù)和指令的讀寫控制。
專利摘要一種針對水上各種助航標(biāo)志的定位跟蹤與遙測遙控裝置，該裝置固定安裝在航標(biāo)上，通過GPS全球衛(wèi)星定位模塊測量航標(biāo)的經(jīng)緯坐標(biāo)和運(yùn)動信息，通過傳感接口電路測量航標(biāo)的狀態(tài)參數(shù)，這些信息通過GSM數(shù)字蜂窩移動通信調(diào)制解調(diào)器發(fā)射到航標(biāo)遙測遙控中心，當(dāng)位移、漂移和狀態(tài)異常時報警，管理人員可通過計算機(jī)直觀地查詢和操作，實現(xiàn)航標(biāo)的定位跟蹤和遙測遙控功能，解決了航標(biāo)巡檢維護(hù)問題。
文檔編號G01S19/42GK2543073SQ0220252
公開日2003年4月2日 申請日期2002年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月25日
發(fā)明者劉華松, 楊紅玉 申請人:劉華松, 楊紅玉