CN218336056U - 一种串口模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种串口模块，包括两组电源模块、主CPU、4G天线、GPS天线、电平转换电路、4G串口、GPS串口。该两组电源模块均接入5V电源，其分别是5V转3.8V电源模块、5V转3.3V电源模块，5V转3.8V电源模块将输入的5V电源转3.8V降压输出，5V转3.3V电源模块将输入的5V电源转3.3V降压输出；该主CPU电源输入端接入5V转3.8V电源模块的输出端和5V转3.3V电源模块的输出端；电平转换电路的输入端分别和5V转3.3V电源模块、主CPU电连接；4G串口和电平转换电路的输出端电连接；GPS串口和电平转换电路的输出端电连接。本实用新型仅用4根数据根线就能与二次开发的MCU进行4G和GPS通讯，减小了二次开发的设计难度和使用空间，具有使用稳定、速度快，实用性强等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及串口技术领域，具体的说是涉及一种串口模块。
背景技术
现在的车载电子产品大多都需要通过4G网络传输数据和使用GPS定位车辆所在位置，汽车行驶的安全越来越受到人们的重视，特别是公交车，大巴车，货运车以及各种商用车。
现有技术中，车辆定位所使用的串口有以下缺陷：
1.市场上大多的4G+GPS模块体积大，管脚多；
2.由于车上空间有限，当设计师设计硬件电路的时候，都需要把电路板做的更小更精密，以此来腾出空间；
3.现有4G模块有些还不支持GPS定位，在设计电路上又需要更多的空间来增加专属的GPS模块，且管脚繁多，设计难度大。
因此，传统的应用于车辆定位中的串口模块需要改进。
实用新型内容
针对现有技术中的不足，本实用新型要解决的技术问题在于提供了一种串口模块，设计该串口模块的目的是节约空间，减少二次开发MCU的设计难度。
为解决上述技术问题，本实用新型通过以下方案来实现：本实用新型的一种串口模块，包括：
两组电源模块，该两组电源模块均接入5V电源，其分别是5V转3.8V电源模块、5V转3.3V电源模块，所述5V转3.8V电源模块将输入的5V电源转3.8V降压输出，所述5V转3.3V电源模块将输入的5V电源转3.3V降压输出；
主CPU，该主CPU电源输入端接入所述5V转3.8V电源模块的输出端和所述5V转3.3V电源模块的输出端；
4G天线，电连接至所述主CPU的4G射频发送端；
GPS天线，电连接至所述主CPU的GPS射频发送端；
电平转换电路，输入端分别和所述5V转3.3V电源模块、所述主CPU电连接；
4G串口，和所述电平转换电路的输出端电连接；
GPS串口，和所述电平转换电路的输出端电连接。
进一步的，所述串口模块还包括指示灯，所述指示灯与所述主CPU电连接。
进一步的，所述指示灯包括电源指示灯、4G网络指示灯和GPS指示灯。
进一步的，所述5V电源的输入端接有两个并联的电容储电。
进一步的，所述两个并联的电容中，每个电容的电容值至少是10uF。
进一步的，所述4G天线的接口采用贴片式的RF同轴连接器。
进一步的，所述GPS天线的接口采用贴片式的RF同轴连接器。
进一步的，所述主CPU的型号为AIR820UG。
进一步的，所述5V转3.8V电源模块的电路包括直流转直流降压芯片U2、电阻R1、电容C3、电感器L1、电阻R2、电阻R3、电容C4、有极性电容C5、有极性电容C6、电阻R10和电源指示灯PWR；
所述直流转直流降压芯片U2的EN-4脚和所述直流转直流降压芯片U2的IN-5脚之间连接有电阻R1，所述直流转直流降压芯片U2的IN-5脚接入所述5V电源，其SW-6脚和所述直流转直流降压芯片U2的BS-1脚之间连接有电容C3，所述直流降压芯片U2的SW-6脚还连接有电感器L1，所述电感器L1的另一端连接所述电阻R2，所述电阻R2的另一端连接所述电阻R3以及所述直流转直流降压芯片U2的FB-3脚，所述电阻R3的另一端接至所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚；
所述电感器L1和所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚之间电路中分别连接有电容C4、有极性电容C5、有极性电容C6，所述电感器L1的输出端输出3.8V电压，其输出端还连接有电阻R10，所述电阻R10的另一端接电源指示灯PWR，所述电源指示灯PWR的另一端接至所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚，所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚接地。
进一步的，所述5V转3.3V电源模块的电路包括直流转直流降压芯片U3、电容C16、电容C17；
所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚接入5V电源，其GND-2脚接地，所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚和所述直流转直流降压芯片U3的GND-2脚之间连接有电容C16，所述直流转直流降压芯片U3的EN-3脚和所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚连接，所述直流转直流降压芯片U3的OUT-5脚输出3.3V电压以及所述直流转直流降压芯片U3的OUT-5脚连接电容C17，所述电容C17的另一端接地。
相对于现有技术，本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型仅用4根数据根线就能与二次开发的MCU进行4G和GPS通讯，减小了二次开发的设计难度和使用空间，具有使用稳定、速度快，实用性强等优点。
2.本实用新型具有电能存储功能，当模块突然断电时，与5V电源连接的大电容放电，能持续维持一段时间供电，保证数据不丢失。
3.本实用新型具有指示灯功能，可以直接观察指示灯判断模块的电源系统，4G网络状态和GPS连接是否正常。
4.本实用新型的4G天线和GPS天线接口均采用贴片式的RF同轴连接器，因此大大减小了模块的整体尺寸。
附图说明
图1为本实用新型串口模块的原理框图。
图2为本实用新型主CPU电路图。
图3为图2的A部放大图。
图4为图2的B部放大图。
图5为图2的C部放大图。
图6为图2的D部放大图。
图7为本实用新型5V转3.8V电源模块的电路图。
图8为本实用新型5V转3.3V电源模块的电路图。
图9为本实用新型二次开发的连接器电路图。
图10为本实用新型复位控制电路图。
图11为本实用新型SIM卡座的电路图。
图12-13为本实用新型电平转换电路图。
图14为本实用新型网络指示灯电路图。
图15为本实用新型GPS指示灯电路图。
图16为本实用新型USB接口电路图。
附图中标记：5V电源1、5V转3.8V电源模块2、5V转3.3V电源模块3、主CPU4、4G天线5、GPS天线6、电平转换电路7、4G串口8、GPS串口9、指示灯10。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1：本实用新型的具体结构如下：
请参照附图1-10，本实用新型的一种串口模块，包括：
两组电源模块，该两组电源模块均接入5V电源1，其分别是5V转3.8V电源模块2、5V转3.3V电源模块3，所述5V转3.8V电源模块2将输入的5V电源转3.8V降压输出，所述5V转3.3V电源模块3将输入的5V电源转3.3V降压输出；
主CPU4，该主CPU4电源输入端接入所述5V转3.8V电源模块2的输出端和所述5V转3.3V电源模块3的输出端；
4G天线5，电连接至所述主CPU4的4G射频发送端；
GPS天线6，电连接至所述主CPU4的GPS射频发送端；
电平转换电路7，输入端分别和所述5V转3.3V电源模块3、所述主CPU4电连接；
4G串口8，和所述电平转换电路7的输出端电连接；
GPS串口9，和所述电平转换电路7的输出端电连接。
本实施例的一种优选技术方案：所述串口模块还包括指示灯10，所述指示灯10与所述主CPU4电连接。
本实施例的一种优选技术方案：所述指示灯10包括电源指示灯、4G网络指示灯和GPS指示灯。
本实施例的一种优选技术方案：所述5V电源1的输入端接有两个并联的电容储电。
本实施例的一种优选技术方案：所述两个并联的电容中，每个电容的电容值至少是10uF。
本实施例的一种优选技术方案：所述4G天线5的接口采用贴片式的RF同轴连接器。
本实施例的一种优选技术方案：所述GPS天线6的接口采用贴片式的RF同轴连接器。
本实施例的一种优选技术方案：所述主CPU4的型号为AIR820UG。
本实施例的一种优选技术方案：所述5V转3.8V电源模块2的电路包括直流转直流降压芯片U2、电阻R1、电容C3、电感器L1、电阻R2、电阻R3、电容C4、有极性电容C5、有极性电容C6、电阻R10和电源指示灯PWR；
所述直流转直流降压芯片U2的EN-4脚和所述直流转直流降压芯片U2的IN-5脚之间连接有电阻R1，所述直流转直流降压芯片U2的IN-5脚接入所述5V电源1，其SW-6脚和所述直流转直流降压芯片U2的BS-1脚之间连接有电容C3，所述直流降压芯片U2的SW-6脚还连接有电感器L1，所述电感器L1的另一端连接所述电阻R2，所述电阻R2的另一端连接所述电阻R3以及所述直流转直流降压芯片U2的FB-3脚，所述电阻R3的另一端接至所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚；
所述电感器L1和所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚之间电路中分别连接有电容C4、有极性电容C5、有极性电容C6，所述电感器L1的输出端输出3.8V电压，其输出端还连接有电阻R10，所述电阻R10的另一端接电源指示灯PWR，所述电源指示灯PWR的另一端接至所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚，所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚接地。
本实施例的一种优选技术方案：所述5V转3.3V电源模块3的电路包括直流转直流降压芯片U3、电容C16、电容C17；
所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚接入5V电源1，其GND-2脚接地，所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚和所述直流转直流降压芯片U3的GND-2脚之间连接有电容C16，所述直流转直流降压芯片U3的EN-3脚和所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚连接，所述直流转直流降压芯片U3的OUT-5脚输出3.3V电压以及所述直流转直流降压芯片U3的OUT-5脚连接电容C17，所述电容C17的另一端接地。
实施例2：
以下是本实用新型车辆定位的串口模块的工作原理：
5V电源供电1的输出端经5V转3.8V电源模块2与5V转3.3V电源模块3降压后，与主CPU4的电源输入端相连，主CPU4的4G射频发送端与4G天线5相连、主CPU4的GPS射频发送端与GPS天线6相连。4G串口8与主CPU4和5V转3.3V电源模块3相连。GPS串口9与主CPU4和5V转3.3V电源模块3相连。指示灯10与主CPU4相连。指示灯10包括电源指示灯、4G网络指示灯，GPS连接指示灯。
本实用新型仅用4根数据根线(如图2所示的左上角和右下角)就能与二次开发的MCU进行4G和GPS通讯，减小了二次开发的设计难度和使用空间，具有使用稳定、速度块，实用性强等优点。
本实用新型具有电能存储功能，当模块突然断电时，大电容放电，能持续维持一段时间供电，保证数据不丢失。本实用新型的大电容包括电容C1和电容C2，电容C1和电容C2均采用10uF的大电容。
实施例3：
如图1-10所示，本实用新型所提到的各芯片型号如下：
1.直流转直流降压芯片U2采用的是SD8942型号的芯片；
2.直流转直流降压芯片U3采用的是LP5907MFX-3.3/NOPB型号的芯片。
实施例4：
如图12-13所示，本实用新型的电平转换电路7包括2组电平转换电路，第一组是4G模块的电平转换电路，第二组是GPS电平转换电路。
第一组4G模块的电平转换电路中，包括电阻R22、二极管D3、电阻R14、电阻R15、NPN型三极管Q4，所述电阻R22的一端接至所述主CPU4的V_GLOBAL_1V8-54脚，电阻R22的另一端连接所述二极管D3的正极端，所述二极管D3的正极端接至所述主CPU4的UART1_RX-62脚，其负极端连接至二次开发的连接器(图9)的MCU_UART1_TX-3脚，所述电阻R14的一端接至所述主CPU4的V_GLOBAL_1V8-54脚，其另一端接至所述NPN型三极管Q4的基极，所述NPN型三极管Q4的发射极接入所述主CPU4的UART1_TX-61脚，其集电极接至电阻R15的一端以及二次开发的连接器(图9)的MCU_UART1_RX-4脚，所述电阻R15的另一端接入3.3V电压，3.3V通过第一组4G模块的电平转换电路转换成1.8V电压输出至二次开发的连接器(图9)，二次开发的连接器再与二次开发的MCU电连接。
第二组的GPS电平转换电路中，包括电阻R19、二极管D4、电阻R12、电阻R18、NPN型三极管Q5，所述电阻R19的一端接至所述主CPU4的V_GLOBAL_1V8-54脚，电阻R19的另一端连接所述二极管D4的正极端，所述二极管D4的正极端接至所述主CPU4的GPS_RXD-47脚，其负极端连接至二次开发的连接器(图9)的MCU_GPS_TX-5脚，所述电阻R12的一端接至所述主CPU4的V_GLOBAL_1V8-54脚，其另一端接至所述NPN型三极管Q5的基极，所述NPN型三极管Q5的发射极接入所述主CPU4的GPS_TXD-46脚，其集电极接至电阻R18的一端以及二次开发的连接器(图9)的MCU_GPS_RX-6脚，所述电阻R18的另一端接入3.3V电压，3.3V通过第二组的GPS电平转换电路转换成1.8V电压输出至二次开发的连接器(图9)，二次开发的连接器再与二次开发的MCU电连接。
实施例5：
如图9和图10所示，图9中二次开发的连接器的7脚为复位脚，该复位脚连接至图10中的电阻R4，所述电阻R4的另一端连接电阻R5、NPN型三极管Q1的基极，所述NPN型三极管Q1的发射极接地并接至所述电阻R5的另一端，所述NPN型三极管Q1的集电极接至所述主CPU4的RESET_IN_N-22脚。图9的的7脚为复位作用。
本实用新型具有指示灯功能，可以直接观察指示灯判断模块的电源系统，4G网络状态和GPS连接是否正常。
本实用新型的4G天线和GPS天线接口均采用贴片式的RF同轴连接器，因此大大减小了模块的整体尺寸。
以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种串口模块，其特征在于，包括：
两组电源模块，该两组电源模块均接入5V电源(1)，其分别是5V转3.8V电源模块(2)、5V转3.3V电源模块(3)，所述5V转3.8V电源模块(2)将输入的5V电源转3.8V降压输出，所述5V转3.3V电源模块(3)将输入的5V电源转3.3V降压输出；
主CPU(4)，该主CPU(4)电源输入端接入所述5V转3.8V电源模块(2)的输出端和所述5V转3.3V电源模块(3)的输出端；
4G天线(5)，电连接至所述主CPU(4)的4G射频发送端，4G天线(5)采用的是四根数据根线接入所述主CPU(4)的4G射频发送端；
GPS天线(6)，电连接至所述主CPU(4)的GPS射频发送端，所述GPS天线(6)采用的是四根数据根线接入所述主CPU(4)的4G射频发送端；
电平转换电路(7)，输入端分别和所述5V转3.3V电源模块(3)、所述主CPU(4)电连接；
4G串口(8)，和所述电平转换电路(7)的输出端电连接；
GPS串口(9)，和所述电平转换电路(7)的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述串口模块还包括指示灯(10)，所述指示灯(10)与所述主CPU(4)电连接。
3.根据权利要求2所述的一种串口模块，其特征在于，所述指示灯(10)包括电源指示灯、4G网络指示灯和GPS指示灯。
4.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述5V电源(1)的输入端接有两个并联的电容储电。
5.根据权利要求4所述的一种串口模块，其特征在于，所述两个并联的电容中，每个电容的电容值至少是10uF。
6.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述4G天线(5)的接口采用贴片式的RF同轴连接器。
7.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述GPS天线(6)的接口采用贴片式的RF同轴连接器。
8.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述主CPU(4)的型号为AIR820UG。
9.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述5V转3.8V电源模块(2)的电路包括直流转直流降压芯片U2、电阻R1、电容C3、电感器L1、电阻R2、电阻R3、电容C4、有极性电容C5、有极性电容C6、电阻R10和电源指示灯PWR；
所述直流转直流降压芯片U2的EN-4脚和所述直流转直流降压芯片U2的IN-5脚之间连接有电阻R1，所述直流转直流降压芯片U2的IN-5脚接入所述5V电源(1)，其SW-6脚和所述直流转直流降压芯片U2的BS-1脚之间连接有电容C3，所述直流降压芯片U2的SW-6脚还连接有电感器L1，所述电感器L1的另一端连接所述电阻R2，所述电阻R2的另一端连接所述电阻R3以及所述直流转直流降压芯片U2的FB-3脚，所述电阻R3的另一端接至所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚；
所述电感器L1和所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚之间电路中分别连接有电容C4、有极性电容C5、有极性电容C6，所述电感器L1的输出端输出3.8V电压，其输出端还连接有电阻R10，所述电阻R10的另一端接电源指示灯PWR，所述电源指示灯PWR的另一端接至所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚，所述直流转直流降压芯片U2的GND-2脚接地。
10.根据权利要求1所述的一种串口模块，其特征在于，所述5V转3.3V电源模块(3)的电路包括直流转直流降压芯片U3、电容C16、电容C17；
所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚接入5V电源(1)，其GND-2脚接地，所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚和所述直流转直流降压芯片U3的GND-2脚之间连接有电容C16，所述直流转直流降压芯片U3的EN-3脚和所述直流转直流降压芯片U3的IN-1脚连接，所述直流转直流降压芯片U3的OUT-5脚输出3.3V电压以及所述直流转直流降压芯片U3的OUT-5脚连接电容C17，所述电容C17的另一端接地。
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