彩色液晶三合一GPS定位研制報告

1、彩色液晶三合一GPS定位/海圖/測深儀技術(shù)研究報告一、立體依據(jù)與設(shè)計指導(dǎo)思想地球，海洋面積占了其總面積的七成。如此浩大又如此神秘的海洋，激起了人類的征服欲，人們不斷在海洋上尋求生存發(fā)展。二十一世紀(jì)的今天，海上作業(yè)和捕魚的繁榮發(fā)展增大了對船載工具的需求。相應(yīng)地，人們對航海儀器設(shè)備的需求量亦是與日俱增。在航海業(yè)空前發(fā)展的情況下，航海儀器的研發(fā)生產(chǎn)是刻不容緩的。而在縱多的海航儀器中，人們最常使用的儀器有衛(wèi)星導(dǎo)航儀、海圖導(dǎo)航儀和測探儀。這些產(chǎn)品對船舶的航行及捕魚都有很大幫助。衛(wèi)星導(dǎo)航儀顯示船舶當(dāng)前經(jīng)緯度及航速/航向，幫助船舶航行，提高安全性能。以前只有羅經(jīng)出海，現(xiàn)在用衛(wèi)星導(dǎo)航儀更加方便直觀。海圖導(dǎo)航儀

2、在衛(wèi)星導(dǎo)航儀的基礎(chǔ)上加入電子海圖顯示。實時顯示船舶所有的位置，周圍島嶼及暗礁等固定物體圖像。還有區(qū)域水深等數(shù)據(jù)顯示。幫助船舶導(dǎo)航。測探儀主要是探測當(dāng)前水下情況，顯示水深數(shù)字及海底情況。主要是防止船舶擱淺，保障航行安全。水面與海底之間的物體也很直觀顯示出來，可用于魚群探測?，F(xiàn)在絕大部分船舶都配有以產(chǎn)設(shè)備，并且很多船只都要求雙配置，以防故障。這樣駕駛臺就很多設(shè)置，各功能獨立，使用很不方便。并且這些設(shè)置都依賴進口品牌，價格高昂。根據(jù)調(diào)查，國外生產(chǎn)廠家如日本扶桑、古野、海洋電子等公司生產(chǎn)的這類產(chǎn)品，其投資規(guī)模大，雖然產(chǎn)品質(zhì)量上乘，但價格十分昂貴。國內(nèi)的生產(chǎn)廠家如南京新吉波，技術(shù)力量和生產(chǎn)能力都較強，但

3、產(chǎn)品功能單一。目前在國內(nèi)尚沒有類似的彩色三合一設(shè)備生產(chǎn)廠家。根據(jù)客戶需要，結(jié)合國內(nèi)成本情況，本公司決定研發(fā)一種新產(chǎn)品來滿足市場需要。本公司所研發(fā)的新產(chǎn)品，彩色液晶三合一衛(wèi)星定位/海圖/測深儀（簡稱“彩色三合一”），正是將此三種儀器功能結(jié)合在一起。目標(biāo)是：1）方便使用；2）降低成本。二、試驗材料與研究方法本于以上目標(biāo)，“彩色三合一”必須包括衛(wèi)星定位技術(shù)（信號接收、信號譯碼轉(zhuǎn)換、顯示）和海圖數(shù)處理（數(shù)字化、存貯器、顯示）以及測深技術(shù)（聲納換能器、距離計算、圖形顯示）。規(guī)劃用一個中央處理單元將三類數(shù)據(jù)綜合處理，結(jié)合到一個顯示屏顯示出來。公司已經(jīng)有的電子海圖數(shù)字化技術(shù)?，F(xiàn)時工業(yè)控制最新的嵌入式數(shù)據(jù)處理

4、系統(tǒng)?，F(xiàn)有的電子海圖資源豐富準(zhǔn)確，GPS定位技術(shù)成熟(OEM板)，電腦微處理器功能強大且價格不斷下降。國產(chǎn)LCD價格低廉，易采購。公司現(xiàn)職工程師可以解決整個產(chǎn)品的技術(shù)問題。1. 衛(wèi)星接功能衛(wèi)星接收器收到衛(wèi)星信號后, 經(jīng)過譯碼后產(chǎn)生國際標(biāo)準(zhǔn)之NMEA0183數(shù)據(jù), 而數(shù)據(jù)經(jīng)過主板之CN46第2腳輸入至中央處理器U45第38腳, 這些數(shù)據(jù)是用作提供中央處理器之以下資料用 :A. 本船位之東經(jīng)北緯位置數(shù)據(jù).B. 用作計算本船位與目的地之距離及方位.C. 現(xiàn)時之時間及日期.D. 實時之本船航速及移動方向.E. 題示本船位置在內(nèi)置海圖上.2. 海圖功能有關(guān)之海圖數(shù)據(jù)是分別儲存在U47, U48及U55之

5、8M可讀內(nèi)存內(nèi), 當(dāng)本船到達某一地區(qū)時, 中央處理器就會根據(jù)衛(wèi)星接收器所提供之位置數(shù)據(jù), 把現(xiàn)時地區(qū)之海圖從3只可讀內(nèi)存內(nèi)讀出來, A0-A19U45內(nèi)存D0-D7中央處理器當(dāng)U45中央處理器收到衛(wèi)星接收器提供之本船東經(jīng)北緯數(shù)據(jù)后, 計算出有關(guān)位置之海圖是放在內(nèi)存那個地址內(nèi), 然后輸出相對之地址數(shù)據(jù)A0-A19到內(nèi)存, 把相對之地址內(nèi)讀出并由D0-D7輸出海圖數(shù)據(jù). 這些海圖數(shù)據(jù)會先暫放在暫存內(nèi)存U49內(nèi), 而這些海圖資料會經(jīng)由顯示處理器U52處理后在顯示屏顯示出來供客戶使用.3. 測深功能觸發(fā)信號擴大后傳送到換能器，轉(zhuǎn)換成聲波發(fā)送到水中，聲波撞到物體后反射回被換能器接收，聲波信號轉(zhuǎn)換成電壓信

6、號后，經(jīng)放大后再送到中央處理機。三、研究過程、研究內(nèi)容與研究結(jié)果本項目屬電子儀器的制造技術(shù)創(chuàng)新項目，由本公司組織技術(shù)力量進行開發(fā)和研制的。其設(shè)計方案合理可靠，技術(shù)水平達到國內(nèi)先進。項目產(chǎn)品是在現(xiàn)有技術(shù)和現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行改進和創(chuàng)新，在設(shè)計上進行大膽的試驗，采用GPS衛(wèi)導(dǎo)定位、電子海圖和漁探三個功能集于一體，并升級為彩色顯示，其精確度高，性能穩(wěn)定，操作簡便，不會受到海浪沖擊振蕩而影響顯示精確度清晰度，同時占用空間小，解決了航海作業(yè)中使用單功能產(chǎn)品的缺陷和多種產(chǎn)品混用的復(fù)雜性，有利于航海作業(yè)人員的操作，同時大大提高遠洋作業(yè)的安全水平。電路原理1.控制部分1）KPS38C01L(U45)：16 位

7、中央處理器（CPU），時鐘頻率 24MHz， 由石英晶體振蕩器 X41 提供。重置信號由 U42(HT7033A) 在每一次開機時提供，CPU 工用所需的系統(tǒng)程序存儲在 U47(AM29LV033) 中。2）KPS38L04(U60)：圖形控制 Ic，與圖形控制寄存器 U48、U51 一起完成 CPU 送來的全部與顯示有關(guān)的指令。重置信號由 U42(HT7033A) 在每一次開機時提供。3）TC551001F(U49)：SRAM，容量 1Mbit。用于在 CPU 讀/下指令時寄存數(shù)據(jù)。4）AM29LV033C(U47)：EEPROM，容量 32Mbit。用于存儲系統(tǒng)、海圖 等數(shù)據(jù)。5）X25C

8、02(U41)：EEPROM，密碼存儲器。用于存儲用戶或銷售商密碼。6）W24L010AJ(U48、U51)：圖形控制寄存器，容量 1Mbit?？梢蕴峁?2Mbit 的空間給 U60(KPS38L04) 作顯示寄存用。2 .數(shù)字 I/O 接口部分這個部分位于主板上，經(jīng)一條 8 芯線連接到數(shù)據(jù)輸出接口。這部分電路的主要功能是與外部儀器進行數(shù)據(jù)通信。電路構(gòu)成主要包括 U43(TLP521-1)、Q48、Q49、Q50、Q51（全部為 RN1202）和周邊電路構(gòu)成。U43 是一個光電耦合器，作用是在外部輸入 NMEA-0183 信號時隔斷直流電壓，同時進行相位轉(zhuǎn)換。Q48 用于輸出 NMEA-018

9、3 信號到外部接口。3.電源部分本機采用開關(guān)式電源，在機內(nèi)完成一次 DC-AC-DC 的轉(zhuǎn)換。電源的開關(guān)控制部分由 Q1(2SB1017)、Q2(2SC1815)、Q4(RN1202)、Q5(FET 2SK373)、U3(TLP541)、U4(TLP521-1) 和穩(wěn)壓二極管 D1(05AZ6.2) 及它們的附屬電路組成。當(dāng)按下 POWER 鍵開機時，一個瞬間的正脈沖(10.5V 到 40V)經(jīng) C24 和D13 加到 Q2 的基極，Q2 導(dǎo)通從而使 Q1 打開供電給后級的開關(guān)電源電路。當(dāng)在開機狀態(tài)下按 POWER 鍵時，一個穩(wěn)定的直流電壓經(jīng)Q5 和 D10 加到 U4的 1 腳，從而使 PK

10、1 為低電平。這時，主板的 CPU開始計時，到三秒鐘時，PK0 輸出一個高電平到電源板使 Q4 導(dǎo)通，從而使 U3 的 5 腳下地。此時 Q2的基極為低電平，Q2 截止。Q1 的基極恢復(fù)高電平，Q1 截止從而達到關(guān)機的目的。如果沒按夠 3 秒鐘就放手，因 PK0 沒有輸出，因此也不會關(guān)機。開關(guān)電源部分由 U1(開關(guān)控制器 TL494)、U2(光藕 TLP521-1)、Q3(三極管 2SA1015)、Q6和Q6A(都是 FET 2SK850)及它們的附屬電路組成。U1 在開機后產(chǎn)生一個開關(guān)脈沖控制 Q6 和 Q6A 產(chǎn)生一個交流信號給電源變壓器 T1(EN10804)。U2 作為一個反饋回路將變

11、壓器 T3的輸出電壓反饋給 U1 的開關(guān)控制腳。而對開關(guān)脈沖長度的調(diào)整則通過調(diào)整 VR3 來改變 D6(TA76431S)的開關(guān)大小來控制 U2 的輸出進而控制 Q6 和 Q6A 的開關(guān)幅度以起到調(diào)整變壓器輸出電壓的目的。開關(guān)Q6 和 Q6A 的頻率由 VR4 調(diào)整。而 U01(HT7044A)、Q01及周邊元件則構(gòu)成低電壓關(guān)機電路， 當(dāng)電壓低于 10.4V 時自動關(guān)機。U6(NE555)在開機后會產(chǎn)生一個穩(wěn)定的方波通過 U4 送給CPU，CPU 會根據(jù)這個信號產(chǎn)生屏上顯示的電源電壓。 在變壓器后級的交流到直流的轉(zhuǎn)換部分，通過整流和濾波電路產(chǎn)生出直流輸出5V、12V 和 60V (或 100V

12、)供給各部分電路使用。在這部分電路中，VR3 用于設(shè)定初始電壓，D6 則通過 VR3 處的電壓變化來調(diào)整輸出電壓始終在適當(dāng)?shù)姆秶?。U5(lm2940C-5)是一個 5V 的三端穩(wěn)壓器，它產(chǎn)生穩(wěn)定的5V 電壓給主板。60V(或 100V) 則只供探測板的功率管使用。12V 是使用最多的電源，它供電給探測板(KP-1038)、數(shù)字 I/O 接口和給主板的 VCC 電路提供電源。4.探測板由發(fā)射電路和接收電路組成。發(fā)射電路由緩沖放大電路(Q3、Q4、Q5 和 Q6 及附屬元件)、功率放大電路(Q7A、Q7B、Q8A 和 Q8 及附屬電路)和發(fā)射輸出變壓器 T1 及它的附屬部分組成。從主板送來的 TX

13、P1 和 TXP2 信號經(jīng) Q3、Q4、Q5 和 Q6 組成的電路放大后，送到功放電路(Q7A、Q7B、Q8A 和Q8，全部為 IRFP350)進行功率放大，然后經(jīng)發(fā)射輸出變壓器調(diào)整發(fā)射脈沖幅度后經(jīng)開關(guān)電路輸出到換能器。電容 C2(2200UF/63V 或 100V)經(jīng)電阻 R12(200、2W)連接到 +60V(或100V)，在發(fā)射時供電給發(fā)射管。二極管 D4/D5 和 D6/D7(全部為UF4007)組成開關(guān)電路，在發(fā)射時導(dǎo)通而在接收時截止以防止回波信號進入發(fā)射電路從而影響接收信號的強度。另外兩個二極管 D8/D9(UF4007)短路接收接收輸入中周變壓器的兩端以防止發(fā)射脈沖損壞接收電路接

14、收電路是由輸入變壓器 T2，運算放大器； U1(MC1350)，低通濾波器 BF1，信號放大器 Q9(2SC1815)和檢波二極管 D12/D12B(1N4148)及它們的附屬電路組成。運算放大器 U1 是接收信號的第一級放大器，同時它還負責(zé)執(zhí)行主板給出的 STC 和 GAIN 指令的。當(dāng)有手動或自動的"STC"或“GAIN”操作時，主板就會送出一個觸發(fā)信號經(jīng)電阻 R6 輸入到 U1的5 腳從而控制 U1 的放大倍數(shù)上升或下降，進而達到控制回波強度的目的。經(jīng) U1 放大后的信號經(jīng) T3 后在 Q9 處混頻，混頻后的信號經(jīng) BF1 濾波后，在 Q3 出進行第三次放大，最后經(jīng)

15、D12 和 D12B 檢波后，將檢出的信號（直流電平）送到主板進行處理。 可變電阻 VR1 用于設(shè)置靈敏度的初始值，即在鍵盤操作可以調(diào)整的靈敏度的范圍。而 CPU 對發(fā)射頻率的選擇則是由探測板上 JP1 位置的狀態(tài)決定的。制作過程如下：制模外殼和顯示器集成電路板產(chǎn)品外殼設(shè)置CPU4mhz設(shè)置RAM/ROM設(shè)置衛(wèi)星GPSt系統(tǒng)設(shè)置聲納換能器設(shè)置轉(zhuǎn)換器設(shè)置控制面板設(shè)置電源單元整機組裝驅(qū)動硬件程序檢測校正包裝出廠。本項目設(shè)計制造的是彩色液晶三合一GPS定位/海圖/漁探測深儀，包括GPS技術(shù)中衛(wèi)星信號接收、信號譯碼轉(zhuǎn)換、部分顯示器和海圖數(shù)據(jù)存貯器以及測深儀的聲納換能器和換能器驅(qū)動接受電路。該儀器還包括

16、了一個綜合處理三種不同性質(zhì)的儀器，信息內(nèi)容的中央處理單元，內(nèi)有一片MCU（微處理器）；一個可以鍵入三種不同性質(zhì)儀器的操作命令的操作面板；一個綜合向各工作單元提供各種不同的工作電壓的電源單元；MCU控制的KED顯示器，可以綜合顯示三種不同性質(zhì)的信息內(nèi)容，中央處理單元中設(shè)置海圖數(shù)據(jù)存儲器。本項目已重點解決的問題：1、設(shè)置中央處理單元，其中有一片MCU，采用KPS38C01或其他功能相當(dāng)?shù)钠渌吞栁⑻幚?，負?zé)對所有單元進行智能化處理和控制。2、中央處理單元中設(shè)置海圖數(shù)據(jù)存儲器，固化海圖儀的相關(guān)數(shù)據(jù)，由MCU調(diào)用。3、采用單獨測探儀的聲納換能器和換能器驅(qū)動電路聲波發(fā)射和回波信號有MCU控制和處理。4、

17、設(shè)計一種可以鍵入三種不同性質(zhì)儀器的操作命令的操作面板。5、設(shè)置一個電源單元，轉(zhuǎn)換成為穩(wěn)定輸出的DC5V、12V、30V電源，供不同的蕊片、不同的零部件、不同的用途使用。四、技術(shù)關(guān)鍵與技術(shù)創(chuàng)新點主要技術(shù)指標(biāo)為：1、 GPS為1575.42mhz12個單行平率，接受碼為C/A模式，靈敏度少于-132dbm，海圖覆蓋范圍介于北緯85度至南緯85度之間，航路容量達到4000個無命名或1800個可命名點，比例為0.42000公里；2、 漁探頻率為50或200千赫，影像速度達到固定點+7度可調(diào)；3、 工作溫度范圍為0454、 顯示達到7種顏色，顯示屏幕為6英寸、10英寸和12英寸；5、 輸入電壓為DC5-

18、30V重量為201KG.6、 首次定位時間：3643s7、 能給出WGS-84規(guī)定的經(jīng)緯度位置信息，最低位置分辨率（經(jīng)度和緯度）為0.001min8、 定位精確：3.313.8m9、 能自動計算出航速、航跡、航向，至少5s更新一次10、 能預(yù)先設(shè)置若干航路點，用其中的數(shù)個航路點設(shè)置一條航線，并能計算出下一到達航路點的距離方位時間和預(yù)計到達時刻。11、 報警功能：偏航、到達和移錨12、 漁探頻率：50kHz200kHz13、 測距誤差：1%14、 近程盲區(qū)：0.4m1.2m15、 接收系統(tǒng)的通頻帶寬度：2kHz10kHz16、 接收系統(tǒng)的中心頻率：50kHz201kHz17、 天線性能、捕獲和跟

19、蹤靈敏度：6星/7°五、技術(shù)重點與適用范圍我們在設(shè)計上進行大膽的試驗，采用GPS衛(wèi)導(dǎo)定位、電子海圖和漁探三個功能集于一體，并升級為彩色顯示，精確度高，性能穩(wěn)定，操作簡便，不會受到海浪沖擊振蕩而影響顯示精確度和清晰度，同時占用空間小，解決了航海作業(yè)中使用單功能產(chǎn)品的缺陷性和多種產(chǎn)品混用的復(fù)雜性，有利于航海作業(yè)人員的操作，同時大大提高遠洋作業(yè)的安全水平。其優(yōu)越性主要表現(xiàn)在如下方面：1、產(chǎn)品構(gòu)思獨特，結(jié)構(gòu)精密，外觀美觀、精巧、輕便，符合當(dāng)今時尚的電腦信息潮流，有利于提高消費者購置欲望，提高產(chǎn)品銷售水平，提升產(chǎn)品市場的競爭力。2、產(chǎn)品利用集成電路，把GPS衛(wèi)導(dǎo)定位、電子海圖和漁探等功能集于一體，大大降低生產(chǎn)成本，同時減輕客戶消費支出。3、接受衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)譯和處理成定位、深度和捕捉物的信息和數(shù)據(jù)顯示，精確度和清晰度高，提高遠洋作業(yè)的效率。4、外殼采用塑料套裝，主板電路采用塑膠件為主，受海水腐蝕程度減少海上使用壽命延長。六、已應(yīng)用和推廣的情況2006年1