CN219475838U - 一种基于北斗卫星的定位终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于北斗卫星的定位终端，包括MCU模块、LORA模块、传感器模块、GNSS定位模块、状态指示模块、串口通信模块和电源模块；MCU模块通过串口通信模块与GNSS定位模块、传感器模块和LORA模块连接，MCU模块的输出端与状态指示模块的输入端连接；GNSS定位模块通过天线与北斗卫星进行通信，LORA模块与基准站进行通信；电源模块的供电输出端与MCU模块、LORA模块、GNSS定位模块和状态指示模块连接。本实用新型将GNSS定位模块、LORA模块和各传感器集成化、小型化和模块化，方便携带，在配置好卫星天线的情况下，单终端上电即可实现定位功能，双终端在RTK模式下能实现厘米级的定位。

Description

一种基于北斗卫星的定位终端

技术领域

本实用新型涉及通信定位技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星的定位终端。

背景技术

科技的发展日新月异，全球卫星定位技术已经广泛深入的应用到了人们生活的方方面面，传统BDS定位的精度受到卫星轨道误差、卫星钟差、大气延迟误差和接收机钟差等观测误差的限制，定位精度为米级；针对定位精度的问题，现有研究主要聚焦与我国的北斗卫星和美国GPS融合定位、北斗卫星差分定位与动态相对定位，可实现动态伪距差分定位精度达到2-4m，静态精密单点定位精度达到厘米级、基线相对定位达到毫米，动态RTK定位精度可以达到5-10m，可以基本满足测绘的精度要求；在瓶颈技术无法在短时间突破的背景下，卫星数据的解算方式对定位精度会产生极大的影响。目前解算卫星信息的平台主要有两种：一种是通过4G技术将数据上传到后台服务器进行解算，这种方式依赖移动网络，功耗大且传输的可靠性得不到保障；另一种是通过集成的硬件模块进行解算，通过实时RTK和数据的后处理实现高精度定位，这种方式不需要后台服务器，结构简单。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开背景技术的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于北斗卫星的定位终端，解决了现有定位终端存在的不足。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种基于北斗卫星的定位终端，包括MCU模块、LORA模块、传感器模块、GNSS定位模块、状态指示模块、串口通信模块和电源模块；

所述MCU模块通过串口通信模块与所述GNSS定位模块、传感器模块和LORA模块连接，MCU模块的输出端与状态指示模块的输入端连接；所述GNSS定位模块通过天线与北斗卫星进行通信，所述LORA模块与基准站进行通信；所述电源模块的供电输出端与MCU模块、LORA模块、GNSS定位模块和状态指示模块的供电输入端连接。

所述MCU模块包括控制器单元，控制器单元中包括三个模数转换器、四个通用16位计时器和两个PWM计时器；控制器单元连接有IC组成振荡电路的8MHz无源晶体，以提供高精度振荡。

所述GNSS定位模块包括基带芯片，基带芯片的16引脚与控制器单元的26引脚连接，基带芯片的17引脚与控制器单元的25引脚连接，基带芯片的19引脚与控制器单元的2引脚连接，同时通过电阻R4与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极通过电阻R8与基极连接并接地，三极管Q2的集电极通过电阻R2与指示灯D3的一端连接，指示灯D3的另一端连接电源模块的供电输出端；

基带芯片的22引脚通过电阻R3与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极通过电阻R7与基极连接并接地，三极管Q1的集电极通过电阻R1与指示灯D2的一端连接，指示灯D2的另一端连接电源模块的供电输出端；基带芯片的13引脚和14引脚与天线连接。

所述电源模块包括电流模式降压调节器U10和电流模式降压调节器U11；所述电流模式降压调节器U10的3引脚连接电感L3，输出3.3V电压，电感L3的另一端通过电阻R45与电流模式降压调节器U10的5引脚连接，4引脚接地，并通过二极管D9与3引脚连接，1引脚通过电阻R43和电容C42与3引脚连接，电流模式降压调节器U10的2引脚连接+12V电压并分别连接电容CD9、CD8和C44的一端，电容CD9、CD8和C44的另一端接地，6引脚通过依次连接电容C45和电阻R46后接地，7引脚通过电阻R44与+12V电压连接，8引脚通过电容C43接地；

所述电流模式降压调节器U11的3引脚连接电感L4，输出5V电压，电感L4的另一端依次并联有串联的电阻R50和R51以及电容C51和C50，电容C50和C51的另一端接地，电阻R51的另一端接地；4引脚接地并通过二极管D10与3引脚连接，1引脚通过电阻R48和C46与3引脚连接，2引脚连接+12V电压并分别连接电容C49和CD10，电容C49和CD10的另一端接地，5引脚与电阻R50和R51串联的中点连接，6引脚依次通过电容C48和电阻R52后接地，7引脚通过电阻R49连接+12V电压，8引脚通过电容C47接地。

所述电流模式降压调节器U10输出的3.3V电压通过滤波电容组成的滤波电路后与所述MCU模块、LORA模块、GNSS模块、串口通信模块和状态指示模块的3.3V电压输入端连接；所述电流模式降压调节器U11输出的5V电压通过滤波电容组成的滤波电路后与所述LORA模块的5V电压输入端连接。

所述LORA模块包括接口端子P3和P4，接口端子P4的5接口与控制器单元的38接口连接，接口端子P4的7接口与控制器单元的39接口连接，接口端子的11引脚连接控制器单元的56引脚，接口端子的14引脚连接控制器单元的55引脚，接口端子的15引脚连接控制器单元的69引脚，接口端子的16引脚连接控制器单元的68引脚。

所述串口通信模块包括RS485驱动电路和RS232驱动电路；

所述RS485驱动电路包括低压差发送器U5，低压差发送器U5的1、3和4引脚分别与控制器单元的83、81和80引脚连接；

所述RS232驱动电路包括低压差发送器U1和接口端子P1，低压差发送器U1的14和13引脚与接口端子P1的4和5引脚连接，低压差发送器U1的11引脚与基带芯片的16引脚和控制器单元的47引脚连接，低压差发送器U1的12引脚与基带芯片的17引脚和控制器单元的48引脚连接。

本实用新型具有以下优点：

1、将GNSS定位模块、LORA模块和各传感器集成化、小型化、模块化，方便携带，在配置好卫星天线的情况下，单终端上电即可实现定位功能，双终端在RTK模式下可实现厘米级的定位；

2、使用LORA通信技术实现差分站和监测点的本地组网，通过集成的硬件模块进行解算，通过实时RTK和数据的后处理实现高精度定位；

3、电源模块输入电压范围广，可实现4.5V至28.5V的任意值输入，输出电流可达3A，可以满足较大的功率需求，模块还具有自我保护功能，当电路中电流过大以及芯片过热时，它可以自动停机，保护自身的同时也可以保护整个电路。此外，模块在供电端设有电压检测与报警电路，实时检测电源的健康状况，保证终端的正常工作；

4、GNSS模块提供与PC、外部处理设备或控制系统的定位接口，可通过串口发送指令的方式实现对板卡的配置、控制与获取定位信息，用户可以灵活地将终端配置为基准站或流动站，同时模块具有掉电自动保存配置参数的性能，重新上电后自动复位无需重新配置；

5、支持RS232与RS485两种通信方式用于不同应用场景下的数据传输，在环境复杂、干扰量多、传输距离远的户外环境仍可稳定、实时地将定位信息传回上位机；

6、利用加速度传感器拟合动态定位轨迹，实现高精度、低时延的动态定位，可应用于车载定位、精准农业生产、高精度大地测量等多个领域。

附图说明

图1为本实用新型的原理结构示意图；

图2为MCU模块的电路示意图；

图3为MCU模块的外部晶振电路示意图；

图4为GNSS模块的电路示意图；

图5为电源模块的电路示意图；

图6为LORA模块的电路示意图；

图7为RS485驱动电路的示意图；

图8为RS232驱动电路的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下结合附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的保护范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示，本实用新型具体涉及一种高精度北斗定位终端，它接收并解算卫星定位数据的GNSS定位模块、处理各模块数据并发出控制信号的MCU模块、进行基站间差分数据交换的LORA模块、用于减小定位误差的加速度传感器模块、指示工作状态的状态指示模块、输出定位信息至上位机的串口通信模块、为各模块供电的电源模块以及卫星信号的采集设备。

其中，MCU模块通过串口通信模块与所述GNSS定位模块、传感器模块和LORA模块连接，MCU模块的输出端与状态指示模块的输入端连接；所述GNSS定位模块通过天线与北斗卫星进行通信，所述LORA模块与基准站进行通信；所述电源模块的供电输出端与MCU模块、LORA模块、GNSS定位模块和状态指示模块的供电输入端连接；MCU模块通过串口通信模块与上位机或者其他子系统连接通信。

如图2和图3所示，MCU模块的核心采用STM32F103VET6，STM32F103VET6是一个32位高密性能微控制器单元，有着三个12位模数转换器和4个通用16位计时器，外加两个PWM计时器。另外有着标准和先进的通讯接口，两个I^2C，三个SPI和两个I^2S；一个SDIO，五个USART，一个USB和一个CAN。它融合了高性能的32-位RISC内核，运行频率72MHz，高速内嵌存储器和一个宽范围的强化输入输出外设，连接至两个APB总线。100引脚通用微控制器单元(MCU)具有512kB闪存。该芯片内部具有一个依靠RC震荡产生的HSI(内部高速时钟)，但是该时钟不适合高精度场合及高波特率的异步串口通讯。本实用新型需要实现实时的高精度定位，需要多次使用到高速率的串口通讯才能保持数据的实时。因此另外设计一个更高精度的时钟来满足设计要求，选择了5032型的8MHz无源晶振，其内部设计有IC组成振荡电路的晶体元件，能够提供高精度震荡，同时具有高频率的稳定性。不存在电压问题，能适应多种电压，抗干扰性好。

进一步地，如图4所示，GNSS定位模块包括型号为SNB1008的基带芯片，基带芯片的16引脚与控制器单元的26引脚连接，基带芯片的17引脚与控制器单元的25引脚连接，基带芯片的19引脚与控制器单元的2引脚连接，同时通过电阻R4与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极通过电阻R8与基极连接并接地，三极管Q2的集电极通过电阻R2与指示灯D3的一端连接，指示灯D3的另一端连接电源模块的供电输出端；

基带芯片的22引脚通过电阻R3与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极通过电阻R7与基极连接并接地，三极管Q1的集电极通过电阻R1与指示灯D2的一端连接，指示灯D2的另一端连接电源模块的供电输出端；基带芯片的13引脚和14引脚与天线连接。

SNB1008体积小、重量轻，适合和其他功能模块配合使用。损耗能量少、存储空间大(8GB)适合用来做产品开发。多用于精密定位和导航应用中，提供厘米级的RTK/OTF、分米级L1C/A码定位精度。模块搭载先进的定位切换算法，可为复杂环境下的高动态应用提供连续、可靠的定位定向结果，同时支持高加速度，低延迟输出，为精密动态定位提供了所需的响应时间和精确度。此外，还具有掉电自动保存配置参数的功能。本实用新型将其中一块板卡配置成RTK基站模式用来接收卫星数据以及向移动测量站发送差分数据。将另一块板卡配置成RTK移动站模式，并通过串口将差分解算后的定位信息传输至单片机进行滤波处理。

如图5所示，电源模块包括型号为SGM6130的电流模式降压调节器U10和电流模式降压调节器U11；所述电流模式降压调节器U10的3引脚连接电感L3，输出3.3V电压，电感L3的另一端通过电阻R45与电流模式降压调节器U10的5引脚连接，4引脚接地，并通过二极管D9与3引脚连接，1引脚通过电阻R43和电容C42与3引脚连接，电流模式降压调节器U10的2引脚连接+12V电压并分别连接电容CD9、CD8和C44的一端，电容CD9、CD8和C44的另一端接地，6引脚通过依次连接电容C45和电阻R46后接地，7引脚通过电阻R44与+12V电压连接，8引脚通过电容C43接地；

电流模式降压调节器U11的3引脚连接电感L4，输出5V电压，电感L4的另一端依次并联有串联的电阻R50和R51以及电容C51和C50，电容C50和C51的另一端接地，电阻R51的另一端接地；4引脚接地并通过二极管D10与3引脚连接，1引脚通过电阻R48和C46与3引脚连接，2引脚连接+12V电压并分别连接电容C49和CD10，电容C49和CD10的另一端接地，5引脚与电阻R50和R51串联的中点连接，6引脚依次通过电容C48和电阻R52后接地，7引脚通过电阻R49连接+12V电压，8引脚通过电容C47接地。

选用具有内部功率MOSFET的电流模式降压调节器SGM6130，该芯片输入电压范围广，可实现4.5V至28.5V的任意值输入，同时其输出电流可达3A，可以满足较大的功率需求，具有良好的负载和线路规定。经过计算该芯片正常工作所允许的功率范围完全能满足本设计的需要。电流模式的工作状态提供了快速的瞬态响应，并可以使回路更加稳定。该稳压芯片在运行时效率很高，最高效率为94％。该芯片还具有自我保护功能，当电路中电流过大以及芯片过热时，它可以自动停机，保护自身的同时也可以保护整个电路。还包括内部软启动和外部可调软启动功能，以限制电涌电流和防止输出电压超调。

进一步地，电流模式降压调节器U10输出的3.3V电压通过滤波电容组成的滤波电路后与所述MCU模块、LORA模块、GNSS模块、串口通信模块和状态指示模块的3.3V电压输入端连接；所述电流模式降压调节器U11输出的5V电压通过滤波电容组成的滤波电路后与所述LORA模块的5V电压输入端连接。

如图6所示，LORA模块包括接口端子P3和P4，接口端子P4的5接口与控制器单元的38接口连接，接口端子P4的7接口与控制器单元的39接口连接，接口端子的11引脚连接控制器单元的56引脚，接口端子的14引脚连接控制器单元的55引脚，接口端子的15引脚连接控制器单元的69引脚，接口端子的16引脚连接控制器单元的68引脚。

如图7和图8所示，串口通信模块包括RS485驱动电路和RS232驱动电路；

其中，RS485驱动电路包括型号为MAX3485的低压差发送器U5，低压差发送器U5的1、3和4引脚分别与控制器单元的83、81和80引脚连接；

其中，RS232驱动电路包括型号为MAX3232的低压差发送器U1和接口端子P1，低压差发送器U1的14和13引脚与接口端子P1的4和5引脚连接，低压差发送器U1的11引脚与基带芯片的16引脚和控制器单元的47引脚连接，低压差发送器U1的12引脚与基带芯片的17引脚和控制器单元的48引脚连接。

串口通信模块主要用于较短距离内定位数据的传输。该芯片损耗能量少，数据传输速度快并且具有静电放电(ESD)保护功能，用于初始化配置LORA模块、GNSS模块，同时还可用于差分数据包的监测以及定位信息的可视化；选择芯片MAX3485来进行RS485模块设计，主要用于传输距离较远、沿线环境复杂、干扰量较多的户外环境，RS485技术具有较高的通讯速率和差动传输能力，在传输前，先把信号分成A、B两个正、负对称的信号，在接收端进行差分恢复。差分的工作模式使传输信号更加稳定，传输距离和抗干扰性都得到了提升。

进一步地，卫星信号的采集设备，定位数据采集设备由设置在天台的卫星接收天线和室内定位采集终端构成。室内采集终端主要由基站终端、监测点终端、上位机、供电电源、LORA天线以及信号传输线组成。在户外设置接收天线，通过数据线连接至室内接收终端。通过设置基准点，移动监测点接收天线至设定测定点位，收集定位数据。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：包括MCU模块、LORA模块、传感器模块、GNSS定位模块、状态指示模块、串口通信模块和电源模块；

所述MCU模块通过串口通信模块与所述GNSS定位模块、传感器模块和LORA模块连接，MCU模块的输出端与状态指示模块的输入端连接；所述GNSS定位模块通过天线与北斗卫星进行通信，所述LORA模块与基准站进行通信；所述电源模块的供电输出端与MCU模块、LORA模块、GNSS定位模块和状态指示模块的供电输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：所述MCU模块包括型号为STM32F103VET6的控制器单元，控制器单元中包括三个模数转换器、四个通用16位计时器和两个PWM计时器；控制器单元连接有IC组成振荡电路的8MHz无源晶体。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：所述GNSS定位模块包括型号为SNB1008的基带芯片，基带芯片的16引脚与控制器单元的26引脚连接，基带芯片的17引脚与控制器单元的25引脚连接，基带芯片的19引脚与控制器单元的2引脚连接，同时通过电阻R4与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极通过电阻R8与基极连接并接地，三极管Q2的集电极通过电阻R2与指示灯D3的一端连接，指示灯D3的另一端连接电源模块的供电输出端；

基带芯片的22引脚通过电阻R3与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极通过电阻R7与基极连接并接地，三极管Q1的集电极通过电阻R1与指示灯D2的一端连接，指示灯D2的另一端连接电源模块的供电输出端；基带芯片的13引脚和14引脚与天线连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：所述电源模块包括型号均为SGM6130的电流模式降压调节器U10和电流模式降压调节器U11；所述电流模式降压调节器U10的3引脚连接电感L3，输出3.3V电压，电感L3的另一端通过电阻R45与电流模式降压调节器U10的5引脚连接，4引脚接地，并通过二极管D9与3引脚连接，1引脚通过电阻R43和电容C42与3引脚连接，电流模式降压调节器U10的2引脚连接+12V电压并分别连接电容CD9、CD8和C44的一端，电容CD9、CD8和C44的另一端接地，6引脚通过依次连接电容C45和电阻R46后接地，7引脚通过电阻R44与+12V电压连接，8引脚通过电容C43接地；

所述电流模式降压调节器U11的3引脚连接电感L4，输出5V电压，电感L4的另一端依次并联有串联的电阻R50和R51以及电容C51和C50，电容C50和C51的另一端接地，电阻R51的另一端接地；4引脚接地并通过二极管D10与3引脚连接，1引脚通过电阻R48和C46与3引脚连接，2引脚连接+12V电压并分别连接电容C49和CD10，电容C49和CD10的另一端接地，5引脚与电阻R50和R51串联的中点连接，6引脚依次通过电容C48和电阻R52后接地，7引脚通过电阻R49连接+12V电压，8引脚通过电容C47接地。

5.根据权利要求4所述的一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：所述电流模式降压调节器U10输出的3.3V电压通过滤波电容组成的滤波电路后与所述MCU模块、LORA模块、GNSS模块、串口通信模块和状态指示模块的3.3V电压输入端连接；所述电流模式降压调节器U11输出的5V电压通过滤波电容组成的滤波电路后与所述LORA模块的5V电压输入端连接。

6. 根据权利要求2所述的一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：所述LORA模块包括型号均为Header 8X2A的接口端子P3和P4，接口端子P4的5接口与控制器单元的38接口连接，接口端子P4的7接口与控制器单元的39接口连接，接口端子P4的11引脚连接控制器单元的56引脚，接口端子P4的14引脚连接控制器单元的55引脚，接口端子P4的15引脚连接控制器单元的69引脚，接口端子P4的16引脚连接控制器单元的68引脚。

7.根据权利要求3所述的一种基于北斗卫星的定位终端，其特征在于：所述串口通信模块包括RS485驱动电路和RS232驱动电路；

所述RS485驱动电路包括型号为MAX3485的低压差发送器U5，低压差发送器U5的1、3和4引脚分别与控制器单元的83、81和80引脚连接；

所述RS232驱动电路包括型号为MAX3232的低压差发送器U1和型号为Header 5的接口端子P1，低压差发送器U1的14和13引脚与接口端子P1的4和5引脚连接，低压差发送器U1的11引脚与基带芯片的16引脚和控制器单元的47引脚连接，低压差发送器U1的12引脚与基带芯片的17引脚和控制器单元的48引脚连接。