基于usb接口的信号处理单元及船用导航雷达的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及船用导航雷达领域，具体而言，涉及一种基于USB接口的信号处理单元及船用导航雷达。
【背景技术】
[0002]船用导航雷达是用于船舶航行中，避免船舶相互碰撞、以及船舶碰撞障碍物，进而造成人员财产损失的辅助设备;船用导航雷达能够在能见度很差的情况下如夜间、雾天，以雷达图像的形式为船舶驾驶者提供周围的环境情况信息，使船舶避开碰撞危险，确保航行安全。随着科学技术的发展，现有船用导航雷达已经成为保障船舶航行安全的必备设备，国际海事组织对此有明确的规定，根据船舶等级，对雷达功能和性能给出了基本的要求。目前，我国在船用导航雷达领域相对落后，自主产品相对较少，功能相对单一，现有产品无法满足国际海事组织不断提高的雷达性能的要求，必须对现有船舶导航雷达的信号收发装置进行重新架构，在硬件配置上采用新器件和新技术，以达到国际海事组织对雷达产品的要求。
【发明内容】
[0003]本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种基于USB接口的信号处理单元及船用导航雷达。
[0004]本实用新型的技术手段如下:
[0005]—种基于USB接口的信号处理单元，包括:
[0006]与具有第一串口的外部设备相连接的第一接口模块；
[0007]与具有第二串口的外部设备相连接的第二接口模块；
[0008]与具有第三串口的外部设备相连接的第三接口模块；
[0009]与具有第四串口的外部设备相连接的第四接口模块；
[0010]以及与第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块和第四接口模块相连接的USB串口转换模块;所述USB串口转换模块与第一USB接口相连接，用于将接收到的串口协议数据转换为USB协议数据并通过第一 USB接口传输出去；
[0011]进一步地，所述具有第一串口的外部设备为罗经;所述具有第二串口的外部设备为连接全球定位系统的GPS接收机;所述具有第三串口的外部设备为连接船舶自动识别系统的AIS接收机;所述具有第四串口的外部设备为计程仪;所述信号处理单元还包括用于给信号处理单元供电的电源VCC;
[0012]进一步地，所述信号处理单元还包括:与雷达接收机相连接，用于对雷达接收机输出的雷达回波信号进行幅度调整、放大和AD转换后发送给处理器的回波信号调节模块；
[0013]另外，所述信号处理单元还包括:用于给第一接口模块、第二接口模块、第三接口模块、第四接口模块、以及USB串口转换模块提供工作电源的第一电源变换模块和第二电源变换模块;所述第一电源变换模块的输入端连接电源VCC，并对电源VCC进行变换后得到3.3V电源I;所述第二电源变换模块的输入端连接第一USB接口，并对第一USB接口提供的5V进行变换后得到3.3V电源Π;
[0014]进一步地，
[0015]所述第一接口模块包括:反相施密特触发器U7A、电阻R19、光耦合器U8、二极管CR1、电阻R23、穿心电容C31和穿心电容C26;所述反相施密特触发器U7A的输出端与所述USB串口转换模块相连接;所述反相施密特触发器U7A的输入端通过电阻R19连接3.3V电源I正极，并与所述光耦合器U8的引脚Vo相连接;所述光耦合器U8的引脚AN经过串联的电阻R23和穿心电容C31连接所述罗经;所述光耦合器U8的引脚CN经过穿心电容C26连接所述罗经;所述二极管CRl阴极连接所述光耦合器U8的引脚AN，阳极连接所述光耦合器U8的引脚CN;
[0016]所述第二接口模块包括:反相施密特触发器U7B、电阻R20、光耦合器U9、二极管CR2、电阻R24、穿心电容C32和穿心电容C27;所述反相施密特触发器U7B的输出端与所述USB串口转换模块相连接;所述反相施密特触发器U7B的输入端通过电阻R20连接3.3V电源I正极，并与所述光耦合器U9的引脚Vo相连接;所述光耦合器U9的引脚AN经过串联的电阻R24和穿心电容C32连接所述GPS接收机;所述光耦合器U9的引脚CN经过穿心电容C27连接所述GPS接收机;所述二极管CR2阴极连接所述光耦合器U9的弓I脚AN，阳极连接所述光耦合器U9的弓I脚CN;
[0017]所述第三接口模块包括:反相施密特触发器U7C、电阻R21、光耦合器U10、二极管CR3、电阻R25、穿心电容C33和穿心电容C28;所述反相施密特触发器U7C的输出端与所述USB串口转换模块相连接;所述反相施密特触发器U7C的输入端通过电阻R21连接3.3V电源I正极，并与所述光耦合器UlO的引脚Vo相连接;所述光耦合器UlO的引脚AN经过串联的电阻R25和穿心电容C33连接所述AIS接收机;所述光耦合器UlO的引脚CN经过穿心电容C28连接所述AIS接收机;所述二极管CR3阴极连接所述光耦合器UlO的引脚AN，阳极连接所述光耦合器UlO的引脚CN;
[0018]所述第四接口模块包括:反相施密特触发器U7D、电阻R22、光耦合器Ul1、二极管CR4、电阻R26、穿心电容C34和穿心电容C29;所述反相施密特触发器U7D的输出端与所述USB串口转换模块相连接;所述反相施密特触发器U7D的输入端通过电阻R22连接3.3V电源I正极，并与所述光耦合器Ull的引脚Vo相连接;所述光耦合器Ull的引脚AN经过串联的电阻R26和穿心电容C34连接所述计程仪;所述光親合器Ul I的引脚CN经过穿心电容C29连接所述计程仪;所述二极管CR4阴极连接所述光耦合器Ul I的引脚AN，阳极连接所述光耦合器Ul I的引脚CN;
[0019]所述USB串口转换模块包括型号为FT4232H的USB串口转换芯片U3、型号为93LC46C的EEPROM存储芯片U6、电阻Rl 1、电阻Rl8;所述USB串口转换芯片U3的引脚ADBUS1_RXD连接所述反相施密特触发器U7A的输出端;所述USB串口转换芯片U3的引脚BDBUS1_RXD连接所述反相施密特触发器U7B的输出端;所述USB串口转换芯片U3的引脚CDBUS1_RXD连接所述反相施密特触发器U7C的输出端;所述USB串口转换芯片U3的引脚DDBUS1_RXD连接所述反相施密特触发器U7D的输出端;所述USB串口转换芯片U3的引脚EECS连接EEPROM存储芯片U6的引脚CS;所述USB串口转换芯片U3的引脚EECLK连接EEPROM存储芯片U6的引脚CLK;所述USB串口转换芯片U3的引脚EEDATA连接EEPROM存储芯片U6的引脚DI，并通过电阻Rl I连接EEPROM存储芯片U6的引脚D0;所述EEPROM存储芯片U6的引脚ORG通过电阻Rl 8连接3.3V电源I正极;所述USB串口转换芯片U3的引脚DM和引脚DP均与第一USB接口相连接；
[0020]进一步地，所述回波信号调节模块包括:用于对雷达回波信号进行幅度调整的幅度调整电路、用于对进行幅度调整后的雷达回波信号进行放大的放大电路、连接放大电路的第一滤波电路、连接第一滤波电路的第一电压跟随电路、连接第一电压跟随电路的第二滤波电路、连接第二滤波电路的第二电压跟随电路、连接第二电压跟随电路的第三滤波电路、连接第三滤波电路的差分放大电路、连接差分放大电路的AD转换电路;所述AD转换电路与所述处理器相连接，用于将雷达回波数字信号输出给处理器；
[0021]进一步地，所述信号处理单元还包括能够输出负5V的供电模块;所述第一电源变换模块得到的3.3V电源I还用于给AD转换电路供电；
[0022]所述幅度调整电路包括:电容Cl、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、模拟开关Ul、电阻RlI和电阻R12;电容Cl一端连接雷达接收机，用于接收雷达回波信号，另一端经由电阻R2接地；电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8依次串联构成串联支路，该串联支路并联接在电阻R2两端；电阻R4和电阻R5的串接点与模拟开关Ul的引脚BO相连接；电阻R5和电阻R6的串接点与模拟开关Ul的引脚BI相连接；电阻R6和电阻R7的串接点与模拟开关Ul的引脚B2相连接；电阻R7和电阻R8的串接点与模拟开关Ul的引脚B3相连接;所述模拟开关Ul的引脚BN连接放大电路;所述模拟开关Ul的引脚SO通过电阻R12接地，并与处理器相连接;所述模拟开关Ul的引脚SI通过电阻Rl I接地，并与处理器相连接；
[0023]所述放大电路包括:三极管Q1、电阻R13、电阻R15、电阻R16和电容C12;所述三极管Ql的基极通过电阻R13接地，并连接模拟开关Ul的引脚BN;所述三极管Ql的集电极通过电阻R14连接电源VCC正极，并与第一滤波电路相连接;所述三极管Ql的发射极通过串联的电阻R15和电阻R16连接所述供电模块的负5V输出端;所述电容C12与所述电阻R16并联；
[0024]所述第一滤波电路包括:电容C11、电阻R18、电感LI和电容C13;电容Cll一端连接三极管QI的集电极，另一端通过电阻Rl8接地，并与电感LI和电容Cl3构成的LC滤波电路相连接;电感LI和电容Cl 3的相接点连接第一电压跟随电路；
[0025]所述第一电压跟随电路包括:运算放大器U3A、电阻R19、运算放大器U2A、电阻R1、电容C2、电阻R3、电容C3、电阻R9、电容C4、电阻RlO和电容C5;所述运算放大器U3A的同相输入端连接电感LI和电容C13的相接点，并通过电阻R19连接所述运算放大器U2A的输出端;所述运算放大器U3A的反相输入端直接连接所述运算放大器U3A的输出端；所述运算放大器U2A的反相输入端直接连接所述运算放大器U2A的输出端;所述运算放大器U2A的同相输入端依次经过电阻RlO和电容C5构成的RC滤波电路、电阻R9和电容C4构成的RC滤波电路、电阻R3和电容C3构成的RC滤波电路、以及电阻Rl和电容C2构成的RC滤波电路后与处理器相连接;所述运算放大器U3A的输出端连接第二滤波电路；
[0026]所述第二滤波电路包括:电阻R20、电感L2和电容C20;电阻R20—端连接运算放大器U3A的输出端，另一端与电感L2和电容C20构成的LC滤波电路相连接；电感L2和电容C20的相接点连接第二电压跟随电路；
[0027]所述第二电压跟随电路包括:运算放大器U3B;所述运算放大器U3B的同相输入端连接电感L2和电容C20的相接点；所述运算放大器U3B的反相输入端连接所述运算放大器U3B的输出端；