彩色液晶三合一GPS定位研制報(bào)告

1、彩色液晶三合一GPS定位/海圖/測(cè)深儀技術(shù)研究報(bào)告一、立體依據(jù)與設(shè)計(jì)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(duì)船載工具的需求。相應(yīng)地，人們對(duì)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(cè)探儀。這些產(chǎn)品對(duì)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(shí)時(shí)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(cè)探儀主要是探測(cè)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(cè)?，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(tái)就很多設(shè)置，各功能獨(dú)立，使用很不方便。并且這些設(shè)置都依賴進(jìn)口品牌，價(jià)格高昂。根據(jù)調(diào)查，國(guó)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(jià)格十分昂貴。國(guó)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(qiáng)，但

3、產(chǎn)品功能單一。目前在國(guó)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(guó)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(chǎng)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(cè)深儀（簡(jiǎn)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(yàn)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(hào)接收、信號(hào)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(cè)深技術(shù)（聲納換能器、距離計(jì)算、圖形顯示）。規(guī)劃用一個(gè)中央處理單元將三類數(shù)據(jù)綜合處理，結(jié)合到一個(gè)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(shí)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(qiáng)大且價(jià)格不斷下降。國(guó)產(chǎn)LCD價(jià)格低廉，易采購(gòu)。公司現(xiàn)職工程師可以解決整個(gè)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(hào)后, 經(jīng)過譯碼后產(chǎn)生國(guó)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(jì)算本船位與目的地之距離及方位.C. 現(xiàn)時(shí)之時(shí)間及日期.D. 實(shí)時(shí)之本船航速及移動(dòng)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(chǔ)存在U47, U48及U55之

5、8M可讀內(nèi)存內(nèi), 當(dāng)本船到達(dá)某一地區(qū)時(shí), 中央處理器就會(huì)根據(jù)衛(wèi)星接收器所提供之位置數(shù)據(jù), 把現(xiàn)時(shí)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(jì)算出有關(guān)位置之海圖是放在內(nèi)存那個(gè)地址內(nèi), 然后輸出相對(duì)之地址數(shù)據(jù)A0-A19到內(nèi)存, 把相對(duì)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(huì)先暫放在暫存內(nèi)存U49內(nèi), 而這些海圖資料會(huì)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(cè)深功能觸發(fā)信號(hào)擴(kuò)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(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信

6、號(hào)后，經(jīng)放大后再送到中央處理機(jī)。三、研究過程、研究?jī)?nèi)容與研究結(jié)果本項(xiàng)目屬電子儀器的制造技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目，由本公司組織技術(shù)力量進(jìn)行開發(fā)和研制的。其設(shè)計(jì)方案合理可靠，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)。項(xiàng)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(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，在設(shè)計(jì)上進(jìn)行大膽的試驗(yàn)，采用GPS衛(wèi)導(dǎo)定位、電子海圖和漁探三個(gè)功能集于一體，并升級(jí)為彩色顯示，其精確度高，性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，不會(huì)受到海浪沖擊振蕩而影響顯示精確度清晰度，同時(shí)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(shí)大大提高遠(yuǎn)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(shí)鐘頻率 24MHz， 由石英晶體振蕩器 X41 提供。重置信號(hào)由 U42(HT7033A) 在每一次開機(jī)時(shí)提供，CPU 工用所需的系統(tǒng)程序存儲(chǔ)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(hào)由 U42(HT7033A) 在每一次開機(jī)時(shí)提供。3）TC551001F(U49)：SRAM，容量 1Mbit。用于在 CPU 讀/下指令時(shí)寄存數(shù)據(jù)。4）AM29LV033C(U47)：EEPROM，容量 32Mbit。用于存儲(chǔ)系統(tǒng)、海圖 等數(shù)據(jù)。5）X25C

8、02(U41)：EEPROM，密碼存儲(chǔ)器。用于存儲(chǔ)用戶或銷售商密碼。6）W24L010AJ(U48、U51)：圖形控制寄存器，容量 1Mbit。可以提供 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(gè)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?jī)x器進(jìn)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(gè)光電耦合器，作用是在外部輸入 NMEA-0183 信號(hào)時(shí)隔斷直流電壓，同時(shí)進(jìn)行相位轉(zhuǎn)換。Q48 用于輸出 NMEA-018

9、3 信號(hào)到外部接口。3.電源部分本機(jī)采用開關(guān)式電源，在機(jī)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(jī)時(shí)，一個(gè)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(jí)的開關(guān)電源電路。當(dāng)在開機(jī)狀態(tài)下按 POWER 鍵時(shí)，一個(gè)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(shí)，主板的 CPU開始計(jì)時(shí)，到三秒鐘時(shí)，PK0 輸出一個(gè)高電平到電源板使 Q4 導(dǎo)通，從而使 U3 的 5 腳下地。此時(shí) 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(dá)到關(guān)機(jī)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(huì)關(guān)機(jī)。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(jī)后產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)脈沖控制 Q6 和 Q6A 產(chǎn)生一個(gè)交流信號(hào)給電源變壓器 T1(EN10804)。U2 作為一個(gè)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(duì)開關(guān)脈沖長(zhǎng)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(jìn)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(jī)電路， 當(dāng)電壓低于 10.4V 時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)。U6(NE555)在開機(jī)后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的方波通過 U4 送給CPU，CPU 會(huì)根據(jù)這個(gè)信號(hào)產(chǎn)生屏上顯示的電源電壓。 在變壓器后級(jí)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(gè) 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(cè)板的功率管使用。12V 是使用最多的電源，它供電給探測(cè)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(cè)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(hào)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(jìn)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(shí)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(shí)導(dǎo)通而在接收時(shí)截止以防止回波信號(hào)進(jìn)入發(fā)射電路從而影響接收信號(hào)的強(qiáng)度。另外兩個(gè)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(yùn)算放大器； U1(MC1350)，低通濾波器 BF1，信號(hào)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(yùn)算放大器 U1 是接收信號(hào)的第一級(jí)放大器，同時(shí)它還負(fù)責(zé)執(zhí)行主板給出的 STC 和 GAIN 指令的。當(dāng)有手動(dòng)或自動(dòng)的"STC"或“GAIN”操作時(shí)，主板就會(huì)送出一個(gè)觸發(fā)信號(hào)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(jìn)而達(dá)到控制回波強(qiáng)度的目的。經(jīng) U1 放大后的信號(hào)經(jīng) T3 后在 Q9 處混頻，混頻后的信號(hào)經(jīng) BF1 濾波后，在 Q3 出進(jìn)行第三次放大，最后經(jīng)

15、D12 和 D12B 檢波后，將檢出的信號(hào)（直流電平）送到主板進(jìn)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(duì)發(fā)射頻率的選擇則是由探測(cè)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(jī)組裝驅(qū)動(dòng)硬件程序檢測(cè)校正包裝出廠。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)制造的是彩色液晶三合一GPS定位/海圖/漁探測(cè)深儀，包括GPS技術(shù)中衛(wèi)星信號(hào)接收、信號(hào)譯碼轉(zhuǎn)換、部分顯示器和海圖數(shù)據(jù)存貯器以及測(cè)深儀的聲納換能器和換能器驅(qū)動(dòng)接受電路。該儀器還包括

16、了一個(gè)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(gè)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(gè)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(chǔ)器。本項(xiàng)目已重點(diǎn)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?hào)微處理，負(fù)責(zé)對(duì)所有單元進(jìn)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(chǔ)器，固化海圖儀的相關(guān)數(shù)據(jù)，由MCU調(diào)用。3、采用單獨(dú)測(cè)探儀的聲納換能器和換能器驅(qū)動(dòng)電路聲波發(fā)射和回波信號(hào)有MCU控制和處理。4、

17、設(shè)計(jì)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(gè)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(diǎn)主要技術(shù)指標(biāo)為：1、 GPS為1575.42mhz12個(gè)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(dá)到4000個(gè)無命名或1800個(gè)可命名點(diǎn)，比例為0.42000公里；2、 漁探頻率為50或200千赫，影像速度達(dá)到固定點(diǎn)+7度可調(diào)；3、 工作溫度范圍為0454、 顯示達(dá)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(shí)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(dòng)計(jì)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(diǎn)，用其中的數(shù)個(gè)航路點(diǎn)設(shè)置一條航線，并能計(jì)算出下一到達(dá)航路點(diǎn)的距離方位時(shí)間和預(yù)計(jì)到達(dá)時(shí)刻。11、 報(bào)警功能：偏航、到達(dá)和移錨12、 漁探頻率：50kHz200kHz13、 測(cè)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(diǎn)與適用范圍我們?cè)谠O(shè)計(jì)上進(jìn)行大膽的試驗(yàn)，采用GPS衛(wèi)導(dǎo)定位、電子海圖和漁探三個(gè)功能集于一體，并升級(jí)為彩色顯示，精確度高，性能穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，不會(huì)受到海浪沖擊振蕩而影響顯示精確度和清晰度，同時(shí)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(shí)大大提高遠(yuǎn)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(dú)特，結(jié)構(gòu)精密，外觀美觀、精巧、輕便，符合當(dāng)今時(shí)尚的電腦信息潮流，有利于提高消費(fèi)者購(gòu)置欲望，提高產(chǎn)品銷售水平，提升產(chǎn)品市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(shí)減輕客戶消費(fèi)支出。3、接受衛(wèi)星信號(hào)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(yuǎn)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(zhǎng)。六、已應(yīng)用和推廣的情況2006年1