專利名稱：導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息轉(zhuǎn)發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息的裝置，具體地說，涉及一種對導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元所輸出的導(dǎo)航與授時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后僅對其中的授時信息進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的裝置，屬于授時技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
普通時鐘或其他計時設(shè)備在長期使用過程中，其計時誤差會逐漸積累，需要通過人工或自動的方式及時校準(zhǔn)。以前大多是利用授時電臺的信號或普通廣播電臺的整點(diǎn)報時信號來校準(zhǔn)時鐘，現(xiàn)在逐漸改為利用導(dǎo)航衛(wèi)星的授時信息來進(jìn)行校準(zhǔn)。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在提供定位導(dǎo)航信息的同時，提供了極為準(zhǔn)確的授時信息，因此利用導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元接收處理后輸出的授時信息來對時鐘或其他計時設(shè)備進(jìn)行自動校準(zhǔn)，是一種很有效的校時手 段。但是由于導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元為了有效地接收超高頻的衛(wèi)星導(dǎo)航信號，要求被安裝于上方空曠的、最好能直視天空的位置，而時鐘則大多安裝于屋內(nèi)，兩者之間往往有相當(dāng)長的距離；此外，出于成本和安裝等方面的考慮，我們還希望一個導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元所輸出的授時信息能被多臺時鐘或其他計時設(shè)備所共用。出于上述理由，就需要對導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元所輸出的信號進(jìn)行發(fā)送驅(qū)動和長距離傳送。常見的導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(如接收模塊、接收板等)輸出兩種類型的信號，一種是以串行方式輸出的包含經(jīng)緯度等定位信息與日期時間等授時信息的串行數(shù)據(jù)信號(常被稱為導(dǎo)航報文彳目息)，另一種是精確標(biāo)定每秒起始時刻的IPPS秒脈沖(IPulse perSecond即每秒一個脈沖)信號。在用于授時時，就產(chǎn)生了如何經(jīng)濟(jì)有效地對兩路信號進(jìn)行長距離傳送的問題?，F(xiàn)有技術(shù)是對兩路信號都進(jìn)行傳送，例如專利申請案200520083956. 9((GPS天線轉(zhuǎn)接發(fā)送器》就是這樣的例子。這樣就要用兩對導(dǎo)線，而且在距離較長時這兩路信號都需要使用發(fā)送驅(qū)動與接收器件，這顯然既不夠經(jīng)濟(jì)，在安裝接線時又容易接錯，而且由于導(dǎo)航報文信息被原樣轉(zhuǎn)發(fā)，對使用授時信息的各計時設(shè)備來說也增加了處理信息的工作量。
發(fā)明內(nèi)容為了把導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(接收模塊、接收板)輸出的串行數(shù)據(jù)和IPPS秒脈沖這兩路信號經(jīng)濟(jì)有效地長距離傳送，并讓利用這些授時信息的各計時設(shè)備減少處理工作量，本實用新型提供一種導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息轉(zhuǎn)發(fā)器，所采用的技術(shù)方案是它接收從導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元輸出的串行數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)或微控制器的程序處理，從中僅抽取日期、時間等授時數(shù)據(jù)和定位狀態(tài)信息，加上授時狀態(tài)信息，作為本轉(zhuǎn)發(fā)器的串行輸出數(shù)據(jù)，并且把這些串行的授時數(shù)據(jù)和與IPPS秒脈沖同步的低電平矩形脈沖串組合成一路信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)時通過符合RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)的接口器件進(jìn)行發(fā)送。對本實用新型所采用的技術(shù)方案作進(jìn)一步細(xì)述本轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)設(shè)有一個單片機(jī)或微控制器，該單片機(jī)或微控制器在程序控制下，接收由導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(接收模塊、接收板)輸出的包含定位狀態(tài)、經(jīng)度、緯度、海拔高程、日期、時間、衛(wèi)星編號、信雜比等等定位導(dǎo)航與授時數(shù)據(jù)的串行信號，從中僅抽取日期、時間、定位狀態(tài)(定位信息可用或不可用)，另外加上一個授時狀態(tài)(1PPS秒脈沖有或無)，然后再以串行方式輸出。由于單片機(jī)或微控制器輸出的授時數(shù)據(jù)內(nèi)容與它接收到的導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元輸出的龐雜數(shù)據(jù)內(nèi)容相比已大為減少，因此串行發(fā)送耗時在每秒中只占很少時間(當(dāng)波特率為4800bps時，少于O.1秒)，把發(fā)送串行授時數(shù)據(jù)的時刻安排在每兩個IPPS秒脈沖之間大致中間的時間段(O. 5秒±0.1秒)，其余時間串行發(fā)送端輸出高電平(如圖2中(a)所示)。本轉(zhuǎn)發(fā)器含有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及非門、與門、與非門這些門電路，在單片機(jī)或微控制器的協(xié)調(diào)工作下，在該串行信號中每秒插入一個低電平矩形脈沖(如圖2中(d)所示)，而該低電平脈沖的上升沿(后沿)同步于IPPS秒脈沖(如圖2中(b)所示)的前沿。將上述單片機(jī)或微控制器輸出的串行信號與上述每秒一個低電平矩形脈沖的脈沖串組合在一起而最終形成的組合串行信號(如圖2中(e)所示)作為該轉(zhuǎn)發(fā)器的串行輸出信號。將該組合串行輸出信號通過符合RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)的接口器件進(jìn)行發(fā)送驅(qū)動，則經(jīng)過驅(qū)動后發(fā)送的組合串行信號可以被長距離傳輸(I至數(shù)公里)并能提供給多達(dá)32個RS-485接收器接收。本實用新型的有益效果是由于最終發(fā)送的僅為一路信號，只需一對導(dǎo)線用來傳輸組合串行信號，用于發(fā)送與接收的RS-485接口器件也相應(yīng)減少一半，因而與使用兩對線路傳輸?shù)姆桨赶啾?，成本較低，線路安裝時不會弄錯，日后維護(hù)更為方便，故障率也更低；同時由于本轉(zhuǎn)發(fā)器對導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元輸出的串行信號中的數(shù)據(jù)內(nèi)容已經(jīng)過處理，僅抽取日期、時間、定位狀態(tài)，加上授時狀態(tài)，進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，各個接收利用本轉(zhuǎn)發(fā)器輸出信號的時鐘或其他計時設(shè)備當(dāng)中的單片機(jī)或微控制器，就只需占用少量CPU (中央處理單元)時間來處理串行信號中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，因而對其他事件的響應(yīng)就更為及時。至于接收方接收到本轉(zhuǎn)發(fā)裝置發(fā)送的組合串行信號之后，要從中分離出IPPS秒脈沖似乎是本轉(zhuǎn)發(fā)器引起的額外工作，然而實際上，由于IPPS秒脈沖在時間上的確定性，又由于低電平矩形脈沖的脈沖寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于串行數(shù)據(jù)信號的一幀的時間(矩形脈沖寬度大于50ms，通常使用100 200ms)，因而用很簡單的電路就可將其分離，由此增加的成本幾乎可忽略。目前已獲得廣泛應(yīng)用的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國的GPS(Global PositioningSystem)系統(tǒng)、俄羅斯的格洛納斯(GL0NASS)系統(tǒng)、我國的“北斗”衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，等等。本轉(zhuǎn)發(fā)器的原理與結(jié)構(gòu)適用于對各種導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元輸出的授時信息的轉(zhuǎn)發(fā)，不過在數(shù)據(jù)處理細(xì)節(jié)上有一些不同罷了。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明。

圖1是本實用新型的方框圖。圖2是圖1的方框圖中幾個相關(guān)部分的輸出波形圖(模式圖)。其中，(a)是單片機(jī)或微控制器⑵的串行輸出端TXD的輸出波形；(b)是導(dǎo)航衛(wèi)星信息接收單元⑴的IPPS秒脈沖輸出端波形；(c)是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)的輸出端Q的輸出波形；(d)是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器
(4)的反相輸出端3的輸出波形；(e)是與門(5)的輸出端MIX的輸出波形。圖3是本實用新型的一個實施例的電原理圖。
具體實施方式
在圖1中，導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(I)的天線W接收導(dǎo)航衛(wèi)星的超高頻信號，而它的串行信號輸出端TXDA輸出串行數(shù)據(jù)，同時它的IPPS輸出端輸出IPPS秒脈沖。它的TXDA端輸出的串行數(shù)據(jù)如前所述，包含了定位信息與授時信息；當(dāng)穩(wěn)定接收到4顆以上的導(dǎo)航衛(wèi)星的信號，定位狀態(tài)表示為“定位信息可用”；當(dāng)接收單元的內(nèi)設(shè)時鐘已被校準(zhǔn)為準(zhǔn)確時間，IPPS輸出端才開始輸出IPPS秒脈沖。單片機(jī)或微控制器(2)的串行信號輸入端RXD接收來自導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(I)的TXDA端輸出的串行數(shù)據(jù)，經(jīng)程序處理，從中僅抽取日期、時間、定位狀態(tài)，再加上一個表示IPPS秒脈沖有無的授時狀態(tài)，再把這些數(shù)據(jù)由單片機(jī)或微控制器⑵的串行信號輸出端TXD輸出，輸出信號波形如圖2中(a)所示。而導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(I)輸出的IPPS秒脈沖(如圖2中(b)所示)，經(jīng)非門(3)反相后，分兩路，一路接至單片機(jī)或微控制器(2)的一個中斷請求信號輸入端INTR，另一路接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)的清除端(復(fù)位端)CLR。非門(3)的作用在于提供極性合適的中斷請求信號與單穩(wěn)復(fù)位信號，因此在選用不同的器件組合時，也可能不用非門(3)。單片機(jī)或微控制器(2)在IPPS秒脈沖的觸發(fā)下產(chǎn)生中斷，中斷處理程序令其內(nèi)部的定時計數(shù)器開始計時，經(jīng)過確定時間(比如O. 8秒)的延時后，由⑵的輸出端之一 OUTl輸出負(fù)(或正)脈沖，接至單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器(4)的觸發(fā)輸入端A，使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)的Q端輸出展寬后的矩形脈沖(如圖2中(c)所示)，本來矩形脈沖的脈寬定得較寬(后沿如虛線所示)，但由于清除端CLR的清除脈沖(IPPS秒脈沖的反相)的到來，使該脈沖于此時結(jié)束，于是矩形脈沖的后沿被同步于IPPS秒脈沖的前沿。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)的δ端輸出的脈沖與Q端輸出的是反相的，可看作是低電平的矩形脈沖(如圖2中(d)所示)，其后沿(上升沿)被同步于IPPS秒脈沖的前沿。把單片機(jī)或微控制器(2)的串行信號輸出端TXD輸出的串行信號(圖2中(a))與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器⑷的ζ端輸出的低電平矩形脈沖(圖2中(d))經(jīng)過與門(5)，就組合成了最終的串行輸出信號，其波形如圖2中(e)所示。從與門(5)輸出的組合串行信號，由RS-485接口器件(6)進(jìn)行發(fā)送驅(qū)動，獲得符合RS-485標(biāo)準(zhǔn)(采用平衡差分傳輸技術(shù))的適于遠(yuǎn)傳的串行輸出信號，由A、B兩端經(jīng)雙絞線輸出，可以提供給多達(dá)32個RS-485接收器件接收。電源(7)為本轉(zhuǎn)發(fā)器提供工作電源。前述導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元(1)，可以是本轉(zhuǎn)發(fā)器的構(gòu)成部分，也可以在本轉(zhuǎn)發(fā)器外部另成一體。該單元連接接收天線W (有源天線或無源天線)。圖3是本實用新型的一個實施例的電原理圖。顯然，由于所選用的單片機(jī)或微控制器的不同，以及其他器件的不同組合，能實現(xiàn)圖1方框圖的功能的具體電路是不勝枚舉的，此處僅是其中一個具體電路的例子。對照圖1與圖3，導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元⑴采用了 GPS衛(wèi)星信號接收模塊(AGl)，單片機(jī)與微控制器(2)采用了微控制器MC9S08SH8 (Ul )，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(4)采用74HC123(其 1/2 為 U3A)，非門(3)、與門(5)采用與非門 74HC00 (U2A、U2D、U2C)，RS-485 接口器件(6)采用 MAX485 (U4) 0在圖3中，GPS衛(wèi)星信號接收模塊AGl連接有源天線W，AGl通過連接器XPl與電路板連接。接收模塊AGl輸出兩路信號，一路是TXDA串行數(shù)據(jù)，一路是IPPS秒脈沖。TXDA串行數(shù)據(jù)接至微控制器U1(MC9S08SH8)的RXD端。石英晶振BX1、電阻R1、電容Cl和C2組成Ul的晶體振蕩電路。Ul由RXD端接收包含定位信息和授時信息的串行數(shù)據(jù)后，經(jīng)過程序的處理，抽取授時信息(日期、時間)、定位狀態(tài)，加上授時狀態(tài)，從TXD端輸出。AG I輸出的IPPS秒脈沖經(jīng)U2A (74HC00的1/4)反相后，一路接至Ul的PIAO端，引發(fā)中斷，另一路經(jīng)二極管Dl接至單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U3A(74HC123的1/2)的清除端CLR，用來使單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器復(fù)位而產(chǎn)生矩形脈沖的后沿。Ul的第12腳接至U3A的A端，定時輸出負(fù)脈沖用來觸發(fā)單穩(wěn)，產(chǎn)生矩形脈沖的前沿。Ul的11腳經(jīng)二極管D2接至U3A的清除端CLR，在沒有IPPS秒脈沖時輸出負(fù)脈沖復(fù)位單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，此時產(chǎn)生的矩形脈沖后沿如圖2中(c)虛線所示。R2是U3A的CLR端的上拉電阻，R3和C3是U3A的外接電阻電容，接至U3A的RCext端和Cext端。U3A的Q端輸出經(jīng)U2B (74HC00的1/4)反相后，驅(qū)動發(fā)光管LEDl作秒脈沖指示，R4是LEDl的限流電阻。U3A的0端輸出的低電平矩形脈沖與Ul的TXD端輸出的串行信號由與非門U2D與U2C(各為74HC00的1/4，合起來相當(dāng)于一個與門)組合為一路信號，得到如圖2中(e)的信號，接至U4(MAX485)的DI端，再由U4驅(qū)動后，經(jīng)A、B兩端輸出。R6、R7是U4的輸出保護(hù)電阻，XP2是輸出端子，連接在U4的A、B端的D3和D4是保護(hù)用的雙向二極管。XP3是電源接線端子，為本轉(zhuǎn)發(fā)器提供的電源由此處接入，其中VCC端是正極，接至圖中各處VCC端，而GND則是公共接地端。C4 C9是電源濾波及退耦旁路電容。發(fā)光管LED2作電源指示，R5為其限流電阻。
權(quán)利要求1.一種導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息轉(zhuǎn)發(fā)器，接收從導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元即接收模塊或接收板所輸出的串行數(shù)據(jù)并且通過符合RS-485串行接口標(biāo)準(zhǔn)的接口器件進(jìn)行發(fā)送的裝置，其特征是該轉(zhuǎn)發(fā)器含有單片機(jī)或微控制器，接收從導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元串行輸出的導(dǎo)航與授時數(shù)據(jù)，經(jīng)程序處理，從中僅抽取日期、時間這些授時數(shù)據(jù)及定位狀態(tài)信息，另外加上一個授時狀態(tài)信息，再以串行方式發(fā)送這些授時信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征是該轉(zhuǎn)發(fā)器含有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以及非門、與門、與非門這些門電路，在單片機(jī)或微控制器的協(xié)調(diào)工作下，使得所發(fā)送的串行授時數(shù)據(jù)與低電平矩形脈沖串組合成一路信號進(jìn)行發(fā)送，所述低電平矩形脈沖串的各上升沿同步于標(biāo)定每秒起始時刻的IPPS秒脈沖前沿。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征是把每秒發(fā)送串行授時數(shù)據(jù)的時刻安排在低電平矩形脈沖的每兩個上升沿之間也就是對應(yīng)于每兩個標(biāo)定每秒起始時刻的IPPS秒脈沖之間大致中間的時間段。
專利摘要導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息轉(zhuǎn)發(fā)器，涉及一種轉(zhuǎn)發(fā)導(dǎo)航衛(wèi)星授時信息的裝置，屬于授時技術(shù)領(lǐng)域，它含有單片機(jī)或微控制器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、RS-485接口器件、若干門電路。它在程序控制下從導(dǎo)航衛(wèi)星信號接收單元輸出的包含定位與授時信息的串行數(shù)據(jù)中，僅抽取日期、時間、定位狀態(tài)，再加上授時狀態(tài)，作為輸出數(shù)據(jù)，然后把要輸出的授時串行信號與1PPS秒脈沖組合成一路信號，經(jīng)RS-485串行接口器件驅(qū)動輸出。該轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出信號適于遠(yuǎn)傳，且只需一對導(dǎo)線就可同時傳送授時串行信號與1PPS秒脈沖，節(jié)約了安裝使用成本且便于維護(hù)，而且送出的串行信號中已去除了與授時無關(guān)的其他信息，使得接收利用這些信號的計時設(shè)備節(jié)省了處理時間。
文檔編號G01S19/31GK202854337SQ20122051195
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月5日
發(fā)明者吳承超 申請人:吳承超