CN202133872U - 一种船用gps信号接收和同步时钟的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种船用GPS信号接收和同步时钟装置,包含有微控制器(MCU)、船用GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、船舶信息通告LED显示屏(以下简称LED屏)通信接口电路。其中实时时钟电路与微控制器(MCU)连接;船用GPS信号输入接口电路和微控制器(MCU)连接;LED屏通信接口电路和微控制器(MCU)连接。微控制器(MCU)实时接收船用GPS设备信号的报文输入,经过分析提取出GPS信号报文中的时间数据,利用该时间数据,定时对实时时钟电路中实时时钟芯片的时间数据进行更新;然后微控制器(MCU)取出实时时钟芯片中的时间数据,通过LED屏通信接口,定时更新LED屏的显示时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种船用GPS信号接收和同步时钟的装置,属于电子技术领域。
背景技术
时间显示是各种显示设备的重要显示内容,广泛出现在汽车、船舶等各种交通工具上,准确的时间是基本的要求,利用船舶GPS卫星同步时钟来获取高精度时间是一种可靠的途径。
发明内容
本实用新型的目的是设计一种船用GPS信号接收和同步时钟的装置,利用船用GPS信号中包含的高精度时间数据和获取该数据的高度实时性,实现船舶信息通告LED显示屏(以下简称LED屏)的时间准确显示。
本实用新型的技术方案:
本实用新型的船用GPS信号接收和同步时钟的装置包括微控制器、船用GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、LED显示屏通信接口电路,其特征在于:微控制器的输入端设船用GPS信号输入接口,微控制器的输出端与实时时钟电路连接,微控制器通过通信接口与LED显示屏连接。
所述的GPS信号输入接口电路包括全双工RS-422通信芯片U26、422电源芯片U8、信号隔离光耦U12/U23、通信信号指示灯LED2和三极管Q3;RS-422通信芯片U26的引脚1连接电容C17和电源VDD5V_RS422,电容C17的另一端接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚2连接到R44与R67的连接点,U26的引脚3连接U12的引脚6,U26的引脚4接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚5、6、7、8分别串接电阻R51、R53、R58、R52后连接船用GPS的RS-422电平信号RS422_Y、RS422_Z、RS422_B、RS422_A,引脚7、8之间还并接电阻R70;电源芯片U8引脚1接数字地和电容C57的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C57的另一端,引脚3接RS-422电平的地GND_RS422和电容C60、C67、C66的一端,引脚4接电源VDD5V_RS422和电容C60、C67、C66的另一端;信号隔离光耦U23的引脚2接电源 VDD5V_RS422,引脚3连接电阻R44的另一端,引脚5接数字地,引脚6连接微控制器的串口1接收引脚,引脚7和8连接电源VDD3.3V和电容C22的一端,电容C22的另一端接数字地,其中电阻R44还串接电阻R67连接到三极管Q3的引脚1,Q3的引脚2接RS-422电平的地GND_RS422,Q3的引脚3串接电阻R85和发光二极管LED2后连接到电源VDD5V_RS422上;信号隔离光耦U12的引脚2接电源VDD3.3V和电容C23的一端,电容C23的另一端接数字地,引脚3串接电阻R34后连接到微控制器的串口1发送引脚,引脚5接422电平的地GND_RS422,引脚7、8接电源VDD5V_RS422。
所述的实时时钟电路包括时钟芯片U27、电池组U13、稳压管D1、晶振X4、上拉电阻R47、R96、R39、滤波电容C30、C44、C50,U27的引脚1连接电容C30和晶振X4的一端,电容C30的另一端接地,U27的引脚2连接晶振X4的另一端,U27的引脚3连接上拉电阻R47,并和微控制器相连,电阻R47另一端连接3.3V数字电源VDD,U27的引脚4接地,U27的引脚5连接上拉电阻R39并输入/输出I2C通信的数据信息,U27的引脚6连接上拉电阻R96并输入I2C通信的时钟信号,电阻R39和R96另一端连接3.3V数字电源VDD,U27的引脚8连接电容C44、C50和稳压管D1,电容C44和C50的另一端接地,稳压管D1的另一端连接电池组U13的正极和充电电源VDDBAT,电池组U13的负极接地。
所述的LED屏通信接口电路包括半双工RS-485通信芯片U4、485电源芯片U1、信号隔离光耦U9/U10/U11;RS-485通信芯片U4的引脚1、2串接电阻R86后连接到光耦U11的引脚3,U4的引脚3连接到光耦U10的引脚6,U4的引脚4连接到光耦U9的引脚6,U4的引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,U4的引脚6、7分别串接电阻R82、R73后接收LED显示屏的RS-485电平串口信号RS485_A_1、RS485_B_1,引脚6、7之间还并接电阻R3,U4的引脚8连接电容C3和电源VDD5V_RS485,电容C3另一端接RS-485电平的地GND_RS485;信号隔离光耦U9的引脚2接电源VDD3.3V和电容C29的一端,电容C29的另一端接数字地,引脚3串接电阻R66后连接到微控制器的串口2发送引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485;信号隔离光耦U10的引脚2接电源VDD3.3V和电容C41的一端,电容C41的另一端接数字地,引脚3串接电阻R65后连接到微控制器的读/写控制引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485;信号隔离光耦U11的引脚2接电源 VDD5V_RS485,引脚5接数字地,引脚6连接到微控制器的串口2接收引脚,引脚7、8接电源VDD3.3V和电容C25的一端,电容C25的另一端接数字地;电源芯片U1引脚1接数字地和电容C26的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C26的另一端,引脚3接RS-485电平的地GND_RS485和电容C34、C63、C68的一端,引脚4接电源VDD5V_RS485和电容C34、C63、C68的另一端。
本实用新型的优点:
所述的船用GPS信号接收和同步时钟装置具有集成度高、稳定性好、接口简单和成本低的优点,其时间更新实时性高,获取的时间数据准确。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图。
图2是本实用新型中船用GPS信号输入接口电路原理图。
图3是本实用新型中实时时钟电路的电路原理图。
图4是本实用新型中船舶信息通告LED显示屏通信接口电路的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明,以充分说明本实用新型的特征。
如图1所示,船用GPS信号接收和同步时钟装置包含微控制器(MCU)、GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、船舶信息通告LED显示屏(以下简称LED屏)通信接口电路。其特点是:GPS信号输入接口电路和微控制器(MCU)连接;实时时钟电路与微控制器(MCU)连接;LED屏通信接口电路和微控制器(MCU)连接。微控制器(MCU)采用32位微控制器STM32F103RET6,其具有多路串口(UART)以及I2C接口。
微控制器(MCU)实时接收船用GPS设备信号的报文输入,经过分析提取出GPS信号报文中的时间数据,利用该时间数据,定时对实时时钟电路中实时时钟芯片的时间数据进行更新;然后微控制器(MCU)取出实时时钟芯片中的时间数据,通过LED屏通信接口,定时更新LED屏的显示时间。
图2是本实用新型中船用GPS信号输入接口电路原理图:
GPS信号输入接口电路包括全双工RS-422通信芯片U26、422电源芯片U8、信号隔离光耦U12/U23、通信信号指示灯LED2和三极管Q3;RS-422通信芯片U26的引脚1连接电容C17和电源VDD5V_RS422,电容C17的另 一端接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚2、3分别连接R44、R67的一端和U12的引脚6,U26的引脚4接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚5、6、7、8分别串接电阻R51、R53、R58、R52后连接船用GPS的RS-422电平信号RS422_Y、RS422_Z、RS422_B、RS422_A,引脚7、8之间还并接电阻R70;电源芯片U8引脚1接数字地和电容C57的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C57的另一端,引脚3接RS-422电平的地GND_RS422和电容C60、C67、C66的一端,引脚4接电源VDD5V_RS422和电容C60、C67、C66的另一端;信号隔离光耦U23的引脚2接电源VDD5V_RS422,引脚3连接电阻R44的另一端,引脚5接数字地,引脚6连接微控制器(MCU)的串口1接收引脚,引脚7和8连接电源VDD3.3V和电容C22的一端,电容C22的另一端接数字地,其中电阻R44还串接电阻R67连接到三极管Q3的引脚1,Q3的引脚2接RS-422电平的地GND_RS422,Q3的引脚3串接电阻R85和发光二极管LED2后连接到电源VDD5V_RS422上;信号隔离光耦U12的引脚2接电源VDD3.3V和电容C23的一端,电容C23的另一端接数字地,引脚3串接电阻R34后连接到微控制器(MCU)的串口1发送引脚,引脚5接422电平的地GND_RS422,引脚7、8接电源VDD5V_RS422。
GPS信号输入接口电路采用RS-422串口转TTL串口芯片MAX488ESA,和微控制器(MCU)进行通信,船用GPS信号通过全双工RS-422通信芯片U26的引脚5、6、7、8转换成数字信号从U26的引脚2、3输出,然后通过隔离光耦U12、U23转换为3.3V电平的串口信号数据送到微控制器(MCU)的串口1。
图3是本实用新型中实时时钟电路的电路原理图:
实时时钟电路包括时钟芯片U27、电池组U13、稳压管D1、晶振X4、上拉电阻R47、R96、R39、滤波电容C30、C44、C50,U27的引脚1连接电容C30和晶振X4的一端,电容C30的另一端接地,U27的引脚2连接晶振X4的另一端,U27的引脚3连接上拉电阻R47,并和微控制器(MCU)相连,电阻R47另一端连接3.3V数字电源VDD,U27的引脚4接地,U27的引脚5连接上拉电阻R39并输入/输出I2C通信的数据信息,U27的引脚6连接上拉电阻R96并输入I2C通信的时钟信号,电阻R39和R96另一端连接3.3V数字电源VDD,U27的引脚8连接电容C44、C50和稳压管D1,电容C44和C50的另一端接地,稳压管D1的另一端连接电池组U13的正极和充电电源VDDBAT,电池组U13的负极接地。
实时时钟电路采用32.7468KHz的高精度晶振、纽扣电池以及实时时钟芯片PCF8563T,其中实时时钟芯片通过I2C接口和微控制器(MCU)进行通信,即U27的引脚5、6,微控制器(MCU)通过U27的引脚5、6向实时时钟芯片U27发送获取的GPS信号中的高精度时间数据,并每隔5秒从U27中取出时间数据通过LED屏接口电路发送给LED屏。实时时钟电路可保证船用GPS设备在遇到检修等特殊情况时,LED屏仍能正确显示当前时间。
图4是本实用新型中船舶信息通告LED显示屏通信接口电路的原理图:
LED屏通信接口电路包括半双工RS-485通信芯片U4、485电源芯片U1、信号隔离光耦U9/U10/U11;RS-485通信芯片U4的引脚1、2串接电阻R86后连接到光耦U11的引脚3,U4的引脚3连接到光耦U10的引脚6,U4的引脚4连接到光耦U9的引脚6,U4的引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,U4的引脚6、7分别串接电阻R82、R73后接收LED显示屏的RS-485电平串口信号RS485_A_1、RS485_B_1,引脚6、7之间还并接电阻R3,U4的引脚8连接电容C3和电源VDD5V_RS485,电容C3另一端接RS-485电平的地GND_RS485;信号隔离光耦U9的引脚2接电源VDD3.3V和电容C29的一端,电容C29的另一端接数字地,引脚3串接电阻R66后连接到微控制器(MCU)的串口2发送引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485;信号隔离光耦U10的引脚2接电源VDD3.3V和电容C41的一端,电容C41的另一端接数字地,引脚3串接电阻R65后连接到微控制器(MCU)的读/写控制引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485;信号隔离光耦U11的引脚2接电源VDD5V_RS485,引脚5接数字地,引脚6连接到微控制器(MCU)的串口2接收引脚,引脚7、8接电源VDD3.3V和电容C25的一端,电容C25的另一端接数字地;电源芯片U1引脚1接数字地和电容C26的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C26的另一端,引脚3接RS-485电平的地GND_RS485和电容C34、C63、C68的一端,引脚4接电源VDD5V_RS485和电容C34、C63、C68的另一端。
LED屏通信接口电路采用TTL串口转RS-485串口芯片MAX485ESA,和微控制器(MCU)进行通信,微控制器(MCU)将时间数据通过串口2连接隔离光耦U9、U10、U11将串口信号转换后送到RS-485通信芯片后转换为485差分信号后发送到远距离的LED显示屏上,LED显示屏接收到时 间数据后立即送显示,即可显示当前实时时间。
来自船舶GPS设备的具有NMEA0183标准格式的GPS信号报文数据,经过微控制器(MCU)中的程序分析后,得到GPS的时间信息数据,微控制器(MCU)根据该时间信息数据每隔5秒更新实时时钟芯片中的时间数据,从而保证实时时钟芯片中的时间高度准确。微控制器(MCU)取出实时时钟芯片中的时间数据,通过LED屏通信接口电路,每隔5秒更新LED屏的时间数据,以确保LED屏的时间准确显示。
Claims (4)
1.一种船用GPS信号接收和同步时钟的装置,包括微控制器、船用GPS信号输入接口电路、实时时钟电路、LED显示屏通信接口电路,其特征在于:微控制器的输入端设船用GPS信号输入接口,微控制器的输出端与实时时钟电路连接,微控制器通过通信接口与LED显示屏连接。
2.根据权利要求1所述的船用GPS信号接收和同步时钟的装置,其特征在于:GPS信号输入接口电路包括全双工RS-422通信芯片U26、422电源芯片U8、信号隔离光耦U12/U23、通信信号指示灯LED2和三极管Q3;RS-422通信芯片U26的引脚1连接电容C17和电源VDD5V_RS422,电容C17的另一端接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚2连接到R44与R67的连接点,U26的引脚3连接U12的引脚6,U26的引脚4接RS-422电平的地GND_RS422,U26的引脚5、6、7、8分别串接电阻R51、R53、R58、R52后连接船用GPS的RS-422电平信号RS422_Y、RS422_Z、RS422_B、RS422_A,引脚7、8之间还并接电阻R70;电源芯片U8引脚1接数字地和电容C57的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C57的另一端,引脚3接RS-422电平的地GND_RS422和电容C60、C67、C66的一端,引脚4接电源VDD5V_RS422和电容C60、C67、C66的另一端;信号隔离光耦U23的引脚2接电源VDD5V_RS422,引脚3连接电阻R44的另一端,引脚5接数字地,引脚6连接微控制器的串口1接收引脚,引脚7和8连接电源VDD3.3V和电容C22的一端,电容C22的另一端接数字地,其中电阻R44还串接电阻R67连接到三极管Q3的引脚1,Q3的引脚2接RS-422电平的地GND_RS422,Q3的引脚3串接电阻R85和发光二极管LED2后连接到电源VDD5V_RS422上;信号隔离光耦U12的引脚2接电源VDD3.3V和电容C23的一端,电容C23的另一端接数字地,引脚3串接电阻R34后连接到微控制器的串口1发送引脚,引脚5接422电平的地GND_RS422,引脚7、8接电源VDD5V_RS422。
3.根据权利要求1所述的船用GPS信号接收和同步时钟的装置,其特征在于:实时时钟电路包括时钟芯片U27、电池组U13、稳压管D1、晶振X4、上拉电阻R47、R96、R39、滤波电容C30、C44、C50,U27的引脚1连接电容C30和晶振X4的一端,电容C30的另一端接地,U27的引脚2连接晶振X4的另一端,U27的引脚3连接上拉电阻R47,并和微控制器相连,电阻R47另一端连接3.3V数字电源VDD,U27的引脚4接地,U27的引脚5连接上拉 电阻R39并输入/输出I2C通信的数据信息,U27的引脚6连接上拉电阻R96并输入I2C通信的时钟信号,电阻R39和R96另一端连接3.3V数字电源VDD,U27的引脚8连接电容C44、C50和稳压管D1,电容C44和C50的另一端接地,稳压管D1的另一端连接电池组U13的正极和充电电源VDDBAT,电池组U13的负极接地。
4.根据权利要求1所述的船用GPS信号接收和同步时钟的装置,其特征在于:LED屏通信接口电路包括半双工RS-485通信芯片U4、485电源芯片U1、信号隔离光耦U9/U10/U11;RS-485通信芯片U4的引脚1、2串接电阻R86后连接到光耦U11的引脚3,U4的引脚3连接到光耦U10的引脚6,U4的引脚4连接到光耦U9的引脚6,U4的引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,U4的引脚6、7分别串接电阻R82、R73后接收LED显示屏的RS-485电平串口信号RS485_A_1、RS485_B_1,引脚6、7之间还并接电阻R3,U4的引脚8连接电容C3和电源VDD5V_RS485,电容C3另一端接RS-485电平的地GND_RS485;信号隔离光耦U9的引脚2接电源VDD3.3V和电容C29的一端,电容C29的另一端接数字地,引脚3串接电阻R66后连接到微控制器的串口2发送引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485;信号隔离光耦U10的引脚2接电源VDD3.3V和电容C41的一端,电容C41的另一端接数字地,引脚3串接电阻R65后连接到微控制器的读/写控制引脚,引脚5接RS-485电平的地GND_RS485,引脚7、8接电源VDD5V_RS485;信号隔离光耦U11的引脚2接电源VDD5V_RS485,引脚5接数字地,引脚6连接到微控制器的串口2接收引脚,引脚7、8接电源VDD3.3V和电容C25的一端,电容C25的另一端接数字地;电源芯片U1引脚1接数字地和电容C26的一端,引脚2接电源VDD5V和电容C26的另一端,引脚3接RS-485电平的地GND_RS485和电容C34、C63、C68的一端,引脚4接电源VDD5V_RS485和电容C34、C63、C68的另一端。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20160328 Address after: 410204 Jinxing village, Jing Gang Town, Wangcheng District, Hunan, Changsha Patentee after: Hunan Hunan Shipbuilding Heavy Industry Co., Ltd. Address before: Hubei city of Wuhan province Wuchang Baishazhou 430064 District of Wuhan Nanhua high speed ship engineering Limited by Share Ltd Patentee before: Wuhan Nanhua High Speed Engineering Co., Ltd. |
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CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120201 |
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CX01 | Expiry of patent term |