CN104977595A - 机车北斗卫星、gps双模定位系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机车北斗卫星、GPS双模定位系统及其方法。CIR使用的卫星定位系统通过GPS模块串口直接与主控单元相连，限制了双模定位系统发送给主控的定位数据与既有定位单元定位数据的一致。本发明中，MCU微控制器AVR进行GPS+BD2双模模块的初始化；主控单元经MCU微控制器AVR向GPS+BD2双模模块发送设置命令数据；GPS+BD2双模模块向MCU微控制器AVR发送定位信息数据，经转换的转发至主控单元，未经转换的转发至前面板的原始数据端口；主控单元的公用数据直接转发到前面板的公用数据端口。本发明具有北斗卫星、GPS卫星双套定位导航系统定位能力，可靠性、稳定性、精确性更高，可工作在单GPS定位、单BD2定位、GPS+BD2联合定位三种工作模式下，便于进行模式切换和对比实验。
Description
技术领域
本发明属于铁路通信技术领域，具体涉及一种机车北斗卫星、GPS双模定位系统及其方法。
背景技术
目前机车安装的机车综合无线通信设备的卫星定位系统大多采用美国GPS，负责提供公用位置信息，其中时钟信息作为设备的标准时钟。
北斗导航系统是我国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，从维护国家信息安全的角度出发，迫切需要研制北斗、GPS双模的卫星定位系统，可以使定位更可靠，精度更高，为全路机车提供安全可靠的产品。
目前CIR上使用的卫星定位系统都是通过GPS模块串口直接与主控单元串口相连，即GPS数据传给主控单元，由主控单元进行后续经纬度和时间的提取；前面板原始数据是GPS模块直接发出，前面板公用数据由主控单元发出，电源上是96pin引脚5V取电，无电源冗余设计，具体结构参见图1。这种系统架构就决定了定位系统的功能是为主控单元和原始数据口提供GPS模块的原始数据信息、为主控单元到公用数据口提供通路。同时，也限制了双模定位系统发送给主控的定位数据与既有定位单元定位数据的一致。
发明内容
本发明的目的是提供一种机车北斗卫星、GPS双模定位系统及其方法，解决了现有技术采用单一GPS定位存在的问题，可以将CIR中的GPS卫星定位单元更换为GPS+BD2（美国GPS+北斗2）双模卫星定位单元。
本发明所采用的技术方案是：
机车北斗卫星、GPS双模定位系统，其特征在于：
包括GPS+BD2双模模块、MCU微控制器AVR、主控单元和前面板；
GPS+BD2双模模块接入MCU微控制器AVR，MCU微控制器AVR接入主控单元；
MCU微控制器AVR接入前面板的原始数据端口和公用数据端口。
所述MCU微控制器AVR通过1扩5串口扩展芯片GM8125与4个串口连接，分别为：
主控串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
GPS+BD2双模模块串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
前面板原始数据串口，RS422电平，速率9600bps，格式8N1，采用SP2490芯片进行RS422与TTL的电平转换；
前面板公用数据串口，RS422电平，速率9600bps，格式8N1，采用SP2490芯片进行RS422与TTL的电平转换。
所述GPS+BD2双模模块为UM220和TD3020C双模块。
系统的电源方面采用96pin引脚12V和5V双引电，冗余供电，与主控单元连接；
采用TI TPS5430电源芯片将12V转为5V，采用Micrel Inc MIC37302 电源芯片将5V转为3.3V。
机车北斗卫星、GPS双模定位方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
系统上电后，MCU微控制器AVR进行GPS+BD2双模模块的初始化任务；
主控单元经MCU微控制器AVR向GPS+BD2双模模块发送设置命令数据；
GPS+BD2双模模块向MCU微控制器AVR发送定位信息数据，经MCU微控制器AVR转换的定位信息数据转发至主控单元，未经MCU微控制器AVR转换的定位信息数据转发至前面板的原始数据端口；
来自主控单元的公用数据经MCU微控制器AVR直接转发到前面板的公用数据端口。
系统通过Mode Select拨码开关进行单GPS定位、单BD2定位、GPS+BD2联合定位三种工作模式切换。
系统的电源方面采用96pin引脚12V和5V双引电，冗余供电，与主控单元连接；
采用TI TPS5430电源芯片将12V转为5V，采用Micrel Inc MIC37302 电源芯片将5V转为3.3V。
MCU微控制器AVR每秒通过AVR升级口输出转发统计信息。
本发明具有以下优点：
本发明涉及的定位系统接收GPS和BD2两个卫星系统的信号，从而可以利用两个不同的卫星系统进行授时和定位，具有北斗卫星、GPS卫星双套定位导航系统定位能力，具有更高的可靠性、稳定性、精确性，可以工作在单GPS定位、单BD2定位、GPS+BD2联合定位三种工作模式下，便于进行模式切换和对比实验，其中GPS+BD2联合定位模式下最能保证授时、定位的准确性和连续性，是系统的默认运行模式。
可以预见，机车北斗卫星、GPS双模定位系统将在铁路安全监测系统中得到更加广泛的应用；同时，单独北斗卫星定位虽然在热启动定位时间上不及GPS定位快，但实际使用中也依旧能够为机车提供准确、稳定的位置信息和时钟信息，使用北斗卫星单独定位依旧可以顺利完成运输任务。
附图说明
图1为既有卫星定位系统框图。
图2为本发明的双模定位系统框图。
图3为本发明的数据流程图。
图4为电源部分电路图。
图5为MCU微控制器AVR电路图。
图6为GPS+BD2双模模块电路图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及的机车北斗卫星、GPS双模定位系统，可以接收GPS和BD2两个卫星系统的信号，从而利用两个不同的卫星系统进行授时和定位，考虑到需要将GPS+BD2双模模块数据转换为原来GPS模块格式的数据，增加了一个MCU微控制器AVR，用来进行数据转换。
系统具体包括GPS+BD2双模模块、MCU微控制器AVR、主控单元和前面板几部分。GPS+BD2双模模块接入MCU微控制器AVR，MCU微控制器AVR接入主控单元；MCU微控制器AVR接入前面板的原始数据端口和公用数据端口。
所述MCU微控制器AVR通过1扩5串口扩展芯片GM8125与4个串口连接，分别为：
主控串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
GPS+BD2双模模块串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
前面板原始数据串口，RS422电平，速率9600bps，格式8N1，采用SP2490芯片进行RS422与TTL的电平转换；
前面板公用数据串口，RS422电平，速率9600bps，格式8N1，采用SP2490芯片进行RS422与TTL的电平转换。
所述GPS+BD2双模模块为UM220和TD3020C双模块。
系统的电源方面采用96pin引脚12V和5V双引电，冗余供电，与主控单元连接，最大限度提供电源供给。采用TI TPS5430电源芯片将12V转为5V，采用Micrel Inc MIC37302 电源芯片将5V转为3.3V。
上述机车北斗卫星、GPS双模定位系统的具体定位方法，由以下步骤实现：
系统上电后，MCU微控制器AVR进行GPS+BD2双模模块的初始化任务；
主控单元经MCU微控制器AVR向GPS+BD2双模模块发送设置命令数据；
GPS+BD2双模模块向MCU微控制器AVR发送定位信息数据，经MCU微控制器AVR转换的定位信息数据转发至主控单元，未经MCU微控制器AVR转换的定位信息数据转发至前面板的原始数据端口；
来自主控单元的公用数据经MCU微控制器AVR直接转发到前面板的公用数据端口。
系统通过Mode Select拨码开关进行单GPS定位、单BD2定位、GPS+BD2联合定位三种工作模式切换，便于进行模式切换和对比实验。其中GPS+BD2联合定位模式下最能保证授时、定位的准确性和连续性，是系统的默认运行模式。
MCU微控制器AVR每秒通过AVR升级口输出转发统计信息。
上述内容包括的信息交互参见图3，具体包括：
① 来自主控单元的公用数据处理
② 转发至主控单元的定位信息数据
③ 来自GPS+BD2双模模块的定位信息数据
④ 发向GPS+BD2双模模块的设置命令数据
⑤ 发向原始数据端口的定位信息数据
⑥ 发向公用数据端口的公用数据
⑦ 发向AVR升级口的转发统计信息数据
所述MCU微控制器AVR进行的控制、管理：
1、控制1扩5串口扩展芯片GM8125芯片；
2、4位拨码开关进行模式选择；
3、GPS+BD2双模模块的RESET控制；
4、天线供电检测输入；
5、天线连接检测输入；
6、JTAG程序烧录；
7、AVR程序升级预留串口。
96pin连接器与主控连接，包括：
1、串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
2、定位单元电源检测；
3、天线连接检测；
4、定位单元复位信号。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.机车北斗卫星、GPS双模定位系统，其特征在于：
包括GPS+BD2双模模块、MCU微控制器AVR、主控单元和前面板；
GPS+BD2双模模块接入MCU微控制器AVR，MCU微控制器AVR接入主控单元；
MCU微控制器AVR接入前面板的原始数据端口和公用数据端口。
2.根据权利要求1所述的机车北斗卫星、GPS双模定位系统，其特征在于：
所述MCU微控制器AVR通过1扩5串口扩展芯片GM8125与4个串口连接，分别为：
主控串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
GPS+BD2双模模块串口，TTL电平，速率9600bps，格式8N1；
前面板原始数据串口，RS422电平，速率9600bps，格式8N1，采用SP2490芯片进行RS422与TTL的电平转换；
前面板公用数据串口，RS422电平，速率9600bps，格式8N1，采用SP2490芯片进行RS422与TTL的电平转换。
3.根据权利要求2所述的机车北斗卫星、GPS双模定位系统，其特征在于：
所述GPS+BD2双模模块为UM220和TD3020C双模块。
4.根据权利要求3所述的机车北斗卫星、GPS双模定位系统，其特征在于：
系统的电源方面采用96pin引脚12V和5V双引电，冗余供电，与主控单元连接；
采用TI TPS5430电源芯片将12V转为5V，采用Micrel Inc MIC37302 电源芯片将5V转为3.3V。
5.机车北斗卫星、GPS双模定位方法，其特征在于：
由以下步骤实现：
系统上电后，MCU微控制器AVR进行GPS+BD2双模模块的初始化任务；
主控单元经MCU微控制器AVR向GPS+BD2双模模块发送设置命令数据；
GPS+BD2双模模块向MCU微控制器AVR发送定位信息数据，经MCU微控制器AVR转换的定位信息数据转发至主控单元，未经MCU微控制器AVR转换的定位信息数据转发至前面板的原始数据端口；
来自主控单元的公用数据经MCU微控制器AVR直接转发到前面板的公用数据端口。
6.根据权利要求5所述的机车北斗卫星、GPS双模定位方法，其特征在于：
系统通过Mode Select拨码开关进行单GPS定位、单BD2定位、GPS+BD2联合定位三种工作模式切换。
7.根据权利要求6所述的机车北斗卫星、GPS双模定位方法，其特征在于：
系统的电源方面采用96pin引脚12V和5V双引电，冗余供电，与主控单元连接；
采用TI TPS5430电源芯片将12V转为5V，采用Micrel Inc MIC37302 电源芯片将5V转为3.3V。
8.根据权利要求7所述的机车北斗卫星、GPS双模定位方法，其特征在于：
MCU微控制器AVR每秒通过AVR升级口输出转发统计信息。
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