专利名称：一种gnss监测装置及时钟控制模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及监测领域，特别涉及一种GNSS监测装置及时钟控制模块。
背景技术：
在GNSS监测装置中，GNSS接收机通过追尾、捕捉GNSS卫星，以获得最新的轨道信 息，这些轨道信息对测位计算都是必要的；通过利用获得的时新的轨道信息，进行测位 计算，从而得到测位计算结果。测位计算结果只能判断大致准确的时刻信息，随着GNSS 接收机连续的工作，振荡器频率的偏差慢慢地能得到补正，时刻信息的正确性慢慢地就 得到了提高。
为了管理时刻， 一般控制中央处理器(CPU)内置的时钟功能，或控制外部时钟集成 电路(IC)，这样的时钟因为使用了石英晶体振荡器(CXO)， 1闩内时刻的精度可以达到 数十秒的偏差，但是，这样的精度是很差的。为了提高时刻精度，考虑使用恒温的石英品 体振荡器或铷原子(RB)振荡器，但是又无法避免耗电和装置大型化问题。
因此，现有GNSS监测装置的时钟控制中，要么达不到精度，要么耗能量大，体积大。
发明内容
为了实现高精度的时钟控制，同时又能避免时钟控制模块的耗电量大和体积大的缺 陷，本实用新型提供了一种GNSS监测装置及时钟控制模块。
在本实用新型的技术方案中，启动电源，通过卫星的追尾和捕捉，当捕捉到四个以上 的卫星后，GNSS接收机进行测位计算得到测位的结果。在捕捉阶段GNSS时刻达到1秒以 下的精度。进一步地，GNSS接收机输出时系同步的计时信号(PPS)，这个计时信号的同歩 精度在捕捉阶段与测位精度相同，达数十秒。
GNSS接收机从电源启动到温度补偿石英晶体振荡器(TCX0振荡器)的振荡频率数稳定 在目标测位精度需要一定的时间。有恒温器的石英晶体振荡器、更加稳定的铷原子振荡器等， 但是由于操作、价格的问题不容易利用。为此，本实用新型技术方案中采用了比较廉价的、 可以实现高精度测位的TCXO石英晶体振荡器。GNSS监测装置具有在指定时间开始工作的能力，一旦必要的监测结束就自动停止的功能。 但是，GNSS监测装置也处于停止状态时，利用自带电源及蓄电池的充放电检出回路，自带电 源处于发电状态向GNSS接收机和蓄电池充电，在自带电源不发电的时候，维持从蓄电池向 GNSS接收机的电源供给。
尤其，在监测装之中，具有任务功能的单元每个都可以单独进行启动、停止，如GNSS 接收机和通信单元等，分别任意启动、停止的目的是使机器运转时的耗电量在不丧失装置 工作目的的状态下，以最小限度的电力消耗量、保持最长时间运行的功能。
本实用新型中的技术方案具体如下
一种GNSS监测装置，包括
GNSS接收单元，可以单独进行启动或停止，具体包括GNSS天线部和GNSS接收机，用 于接收GNSS卫星的信号数据；
通信控制单元，可以单独进行启动或停止，具体包括微型计算机部，时钟部，存储部， 用于控制通信；时钟部包含温度补偿石英晶体振荡器，温度补偿石英晶体振荡器具有控制 GNSS监测装置工作的启动和停止功能；
数据处理单元，可以单独进行启动或停止，具体用于处理接收到的信号数据；
电源单元，可以单独进行启动或停止，具体包括太阳能电池，蓄电池，用于为GNSS 监测装置提供电源；
无线电收发信单元，可以单独进行启动或停止，具体包括无线天线部和无线收发信机， 用于传送GNSS卫星和所述GNSS接收单元之间信息。
其中，通信控制单元中的微型计算机部包括中央处理器，只读存储器，随机存储器， 寄存器，只读存储器保存GNSS卫星的参数信息，寄存器保存时刻信息；
电源单元中的太阳能电池具有为GNSS接收单元提供电源，及为蓄电池充电的功能， 当太阳能电池停止工作时，蓄电池为GNSS接收单元提供电源；
一种时钟控制模块，位于GNSS监测装置中，可以单独进行启动或停止，具体包括温度 补偿石英晶体振荡器，温度补偿石英晶体振荡器具有控制GNSS监测装置工作的启动和停止功 能。
通过本实用新型中的技术方案，可以在GNSS监测装置中，实现高精度的时钟控制， 并且模块的耗能小，体积小。
图1是本实施例中GNSS监测装置的结构图2是本实施例中PI0_A寄存器位分配示意图3是本实施例中PI0—B寄存器位分配示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施 方式作进一歩地详细描述。
本实施例提供一种GNSS监测装置及时钟控制模块。
GNSS监测装置由通信控制单元、电源单元、GNSS接收装置、无线电收发信装置等组 成；在通信控制单元中，包括时钟部，电压控制部，电源控制部，电池部等模块； 图1是GNSS监测装置的示意其中，1为GNSS接收装置，由GNSS天线部及GNSS接收机部构成；GNSS接收装置接 收从人造卫星发出的测位信号，在GNSS接收机内进行测位运算，再由GNSS接收机输出 位置信息，时钟信息及时刻同步信号；
2为通信控制单元，由中央处理器(CPU)2a，只读存储器(R0M) 2b，随机存储器(RAM) 2c的微型多用计算机部，时钟部2d，存储卡2d构成；CPU2a具有中断控制器(TNTC)、 串行通信端口 (S10)、通用的并行输入输出端口 (PIO)、计数器(COUNT)等基本功能；
通常，串行通信端口2个，16位计数器3个、8位并行输入输出端口 4个。
3为电源单元，由太阳能电池板3f在白天接收太阳光来发电，在供给装置直流电源的 同时为蓄电池充电。 一旦太阳能电池不能发电时，将由蓄电池供给装置直流电源。供给 的直流电源可制造出通信控制部2所需的电压+VCC，并且为使电源开关3e切断后RAM2c 内容不消失，利用搭载在基片上的电池3d也制造出电压+Vback;同时，对无线电收发信 装置4的电源ON-OFF控制及收发信许可、禁止等操作；
4为无线电收发信装置，由无线天线部及无线收发信机组成。
在通信控制单元2中，时钟部2d由计数器模块，同歩信号管理模块构成
计数器模块，用于管理卫星捕捉时的正确同步计时，
同歩信号管理模块，用于管理GNSS接收机输出的同步信号。
下面就本实施例的技术方案如何实现高精度的时钟控制，同时又能避免时钟控制模块 的耗电量大和体积大的缺陷做如下描述
1、在通信控制单元中，微型多用计算机部采用的CPU IC具有中断控制器(INTC)、串行通信端口 (SIO)、通用的并行输入输出端口 (PIO)、计数器(COUNT)等基本功能； 作为优选方法，串行通信端口2个，16位计数器3个、8位并行输入输出端口 4个。
2、 在GNSS接收装置中，GNSS卫星通过GNSS时系被精确控制，发送基于GNSS时系 的同歩信号。 一方面，我们利用的时刻是基于UTC时系运转的，该GNSS时系是将UTC的 1980年IO月作为基准开始的，根据随后的闰秒的补正，现在比UTS时系慢了 12秒。尽 管时系不同，但是，时间的刻度是相同的。
此处，GNSS接收机在地上接收GNSS信号，考虑了地上位置的测定。
GNSS卫星位于地上约20000km的位置、来自GNSS接收机头顶上的GNSS卫星放送的 信号约需70 ms到达接收机(仰角越低，到达时间越迟)。
原理性的以地上的GNSS接收机为例，如果通过3个GNSS卫星判定GNSS卫呈与地上 的GNSS接收机的天线间的距离，则可知地上的位置。
利用时间来测定距离。将时间乘以电磁波的速度(电磁波的速度是光速，约300000 km/h)即可求得。
对于重叠的GNSS电磁波信号有表示时刻开始的标记，如果地上的GNSS接收机iH确 求解该标记的接收时刻，则可测定出从GNSS卫星出发到电磁波到达GNSS接收机的天线 的时间。
此外，如果假定地上的GNSS接收机的测位精度是300m，那么地上的GNSS接收机的 时刻的系统误差变成1 ix秒。也就是说，即使在全世界范围内让相同的GNSS接收机动作 的场合、全部的GNSS接收机在lu秒散乱的范围内可以取得同步。
实际上连使用了车载导航等的GNSS接收机的测位精度也是30m，根据上述所述，具 有比已经说明了的更好的时刻精度(测位精度更高的意思)。
为了利用该时刻信号，GNSS接收机输出经UTS时系同步的脉冲信号。每l秒输出的 时刻同歩信号被称做1PPS信号。
除了1PPS外，还有输出5PPS、 10PPS、 20PPS等信号的GNSS接收机。
3、 山时钟來控制电源部的起动、停止； (1)电源部的动作
电源3e—处于开(ON)状态，直流正电压(+DC)输入电压电阻3h，就接通电源开关、 为电源控制部施加+DC输入电压3h。电源控制部一有电源控制部的+DC输入电压3h，电 源控制内的开关振荡回路就开始动作、产生电压+Vcc，电压+Vcc—稳定，就接受+Vcc的 供给，CPU控制部开始动作，CPU控制部在+Vcc的供给的同时产生一个让CPU复位的信号，CPU回路按照记录在附属的ROM中的程序开始动作/控制。
图2是本实用新型的实施例中提供的PI0一A寄存器位分配方框图； 根据该软件CPU输出PI0-A寄存器的位-6电源0N信号为1信号，将位-6信号供给 给电源控制部的电源开关ON信号。启动时通过电源开关回路供给给电源控制回路的电源 开关0N信号， 一旦变成位-6信号供给的状态，则即使电源开关回路的信号消失，电源 控制回路中的信号的供给也持续下去，只要+Vcc电压产生回路不停止动作就具备了连续 动作的条件。另外，基于+DC输入电压3h，蓄电池3g被充电。蓄电池3g在+DC输入电 压3h不再供给的情况时，将由该蓄电池3g向整个装置提供必要的电源。
以上是对+DC输入信号的说明，在通过作为其他提供电源的太阳能电池板3f提供电 力的情况时，也是进行同样的动作。
(2) GNSS接收机部由+Vback驱动:
为了使GNSS接收机连续动作，GNSS接收部通过电池+Vback控制电源的话，只要电 池+Vback供给电源，GNSS接收机就能够持续动作。
(3) 时钟部即使没有+Vcc也能够动作
连时钟部即使没有+Vcc电压也能维持动作，时钟部也由+Vback电源供电。
(4) 在指定时刻电源+Vcc启动的方案
图3是本实用新型的实施例中提供的PI0—B寄存器位分配方框由于时钟部及GNSS接收机由电源十back驱动，为了基于时钟部指定的时间输出信号、
预先利用时钟部的报警设置功能、通过PI0-B寄存器的位-0、 1、 2、 3在时钟部设置报
警信号输出时刻。
顺便说一下，位-0是许可时钟IC从外部进行操作的信号；位-1是从时钟IC读出的 连续数据由CPU接受寄存器的位端口；位-2是对时钟IC进行添加数据时的发送连续数 据位端口，为使时钟IC读取和添加连续数据，位-3信号输出脉冲信号、使连续数据与 该信号同歩、读取并进行添加。
为电源控制部加入报警信号后电源控制内的开关振荡回路就开始动作、产生+Vcc电 压。+￥^电压一稳定，就接受+Vcc的供给、CPU控制部开始动作。CPU控制部在+Vcc的 供给的同时产生一个让CPU复位的信号、CPU回路按照记录在附属的ROM中的程序丌始 动作/控制。根据该软件CPU输出PI0-A寄存器的位-6电源ON信号为1信号、将电源ON 信号供给给电源控制部。启动时通过报警信号供给给电源控制回路的电源ON信号， 一旦 变成电源ON信号供给的状态，则即使报警信号消失，电源控制回路中的电源ON信号的供给也持续下去，只要+Vcc电压产生回路不停止动作就具备了连续动作的条件。
(5) 管理回路内时刻的方案
能够根据CRJ设定GNSS接收机的测位时刻、当1日1次GNSS处于测位状态时，在 最新的测位时刻修正时钟部内的时刻寄存器。该修正即使是l日l次也能正确地维持时 钟部内的内部时刻寄存器。
(6) 在指定时刻内+Vcc电源停止方案
其次，为了停止电源，按照cra的软件的指示，如果指示停止PI0-A寄存器的位-6
的电源ON信号，则维持电源控制回路动作的信号消失、电源控制部内的开关振荡回路停 止动作，+Vcc电压停止。
这样构成了基于电源部启动信号和按照era动作产生维持电压发生动作的信号、电
源部产生/停止+Vcc电压的方案。
还有，在切断控制部的电源前，设定时钟部的最新GNSS测位时刻，然后，将电源ON 信号设定为"0"，使电源ON信号停止。
4.准确管理时刻的方案；
时钟部本身具有石英振荡回路，根据振荡产生的频率数来管理时刻。为此，时钟部 内的时刻精度依靠本身的石英振荡器。为此，时钟部的时刻精度始终保留确定启动时间 的目标的时刻管理能力。
为此，搭载有〔;NSS接收机，基于以GNSS接收机输出的1秒信号管理时刻的时钟利 用CPU内的计数器，设计作为控制部内的基本时刻的时钟。
GNSS接收机输出的1秒脉冲与UTC的时刻差的精度达到100ns、计数器能够构成TE 确的1秒计时的时钟。
本实施例技术方案中，由于使用了 TCXO振荡器，不仅解决了 GNSS接收机从电源启 动到振荡器的振荡频率数稳定在目标测位精度需要一定的时间，实现高精度的时钟控制； 而且容易操作，价格低廉，又能避免时钟控制模块的耗电量大和体积大的缺陷。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的 精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围 之内。
权利要求1、一种GNSS监测装置，其特征在于，所述装置包括可以单独进行启动或停止的GNSS接收单元，其具体包括用于接收GNSS卫星的信号数据的GNSS天线部和GNSS接收机；可以单独进行启动或停止的通信控制单元，具体包括微型计算机部，时钟部，存储部，用于控制通信；所述时钟部包含具有控制GNSS监测装置工作的启动和停止功能的温度补偿石英晶体振荡器；可以单独进行启动或停止以及用于处理接收到的信号数据的数据处理单元；可以单独进行启动或停止的电源单元，具体包括为GNSS监测装置提供电源的太阳能电池和蓄电池；可以单独进行启动或停止的无线电收发信单元，具体包括用于传送GNSS卫星和所述GNSS接收单元之间信息的无线天线部和无线收发信机。
2、 根据权利要求l所述的GNSS监测装置，其特征在于，所述通信控制单元中的微型计 算机部包括中央处理器，保存GNSS卫星的参数信息的只读存储器，随机存储器，保存时 刻信息的寄存器。
3、 根据权利要求1或2中任一项所述的GNSS监测装置，其特征在于，所述电源单元中 的太阳能电池为所述GNSS接收单元提供电源，及为所述蓄电池充电，当所述太阳能电池 停止工作时，所述蓄电池为所述GNSS接收单元提供电源。
4、 一种时钟控制模块，其特征在于，所述时钟控制模块位于GNSS监测装置中，可以 单独进行启动或停止，具体包括控制GNSS监测装置工作的启动和停止的温度补偿石英晶体振荡器o
专利摘要本实用新型公开了一种GNSS监测装置及时钟控制模块，属于监测领域。该GNSS监测装置，包括GNSS接收单元；通信控制单元，包括微型计算机部，时钟部，存储部，用于控制通信；时钟部包含温度补偿石英晶体振荡器，温度补偿石英晶体振荡器具有控制GNSS监测装置工作的启动和停止功能；电源单元；无线电收发信单元。该时钟控制模块，位于GNSS监测装置中，具体包括温度补偿石英晶体振荡器，温度补偿石英晶体振荡器具有控制GNSS监测装置工作的启动和停止功能。通过本实用新型中的技术方案，可以在GNSS监测装置中，实现高精度的时钟控制，并且模块的耗能小，体积小。
文档编号G04G3/00GK201352259SQ20082012347
公开日2009年11月25日 申请日期2008年11月4日 优先权日2008年11月4日
发明者文 武, 角谷一明 申请人:文 武