一种北斗RTK探针的制作方法

一种北斗rtk探针
技术领域
1.本实用新型涉及地图定位技术领域，具体涉及一种北斗rtk探针。


背景技术：

2.随着我国北斗导航系统的组网成功，为万物智联提供了强有力的支撑。目前的gps定位技术，采用一台观测设备同时接收多颗gps卫星信号的方式，对每一颗卫星的信号进行时间差比对运算，来获取自己相对卫星系统的相对位置，但由于空间及大气及地球电磁场环境的影响，造成定位效果并不理想，精度数米甚至数十米。本领域内多采取差分运算方式来提高精度，使得定位精度达到几厘米甚至更高精度，这种差分运算需要一个基站作为相对观测点，并知晓基站坐标，然后需要观测设备扣减基站的数据，使得观测设备能够输出一个受干扰小的定位结果。这种技术方案获得了非常好的定位结果，但是由于现有技术的rtk(real－time kinematic，实时差分定位)测试仪采用陶瓷材料的蘑菇天线设计作为有源天线、采用高速处理器作为gps模块数据的处理和交互单元、设备带有按键/显示屏、其智能系统包含有复杂的交互逻辑与界面、含有数据保存设施、采用足量的电池向设备供应电力
……
等，上述种种原因导致了观测设备的尺寸和体积均非常大，不便于携带，在路边测量以及野外测量的使用感较差。


技术实现要素：

3.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种北斗rtk探针，其采用螺旋天线，自身不设置电源，通过接口从智能终端取电、并通过智能终端显示，其结构简单、体积小巧，实现了rtk的小型化，便于携带与操作，尤其适用于路边测量与野外测量。
4.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
5.一种北斗rtk探针，包括螺旋天线、智能终端接口、控制模块、gps模块和电源转换模块，所述螺旋天线的输出与gps模块的输入通信连接，所述gps模块与所述控制模块双向通信连接，所述控制模块与智能终端接口双向通信连接，所述电源转换模块的输入连接智能终端接口、其输出分别连接gps模块与控制模块；其中，
6.所述螺旋天线，用于接收卫星信号；
7.所述控制模块，用于通过智能终端接口获取智能终端的第一观测数据，还用于通过智能终端接口向智能终端输出准确的定位数据；
8.所述gps模块，用于解算所述卫星信号得到第二观测数据，还用于将第一观测数据与第二观测数据进行差分算法、得到准确的定位数据；
9.所述智能终端接口，用于实现单片机与智能终端的数据交互，还用于实现智能终端与电源转换模块的供电连接；
10.所述电源转换模块，用于将智能终端输出的电源进行转换后、为控制模块和gps模块提供工作电源。
11.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
12.优选的，所述螺旋天线包括线圈和中空的筒状支撑件，所述线圈呈螺旋形盘旋排布在筒状支撑件的周向，所述线圈与所述gps模块通信连接。
13.优选的，还包括pcb，所述控制模块、gps模块和电源转换模块集成在所述pcb上，所述螺旋天线与智能终端接口分别固定安装在pcb的两端。
14.优选的，还包括密闭的外壳，所述pcb以及pcb上集成的元器件固定设置在所述外壳的内部，所述智能终端接口贯穿所述外壳。
15.优选的，所述外壳上靠近智能终端接口的一端设有适应人的手指形状的凹槽。
16.优选的，所述控制模块包括单片机u5、复位芯片u1和存储器u3，所述单片机u5的电源输入引脚vdd、模拟电源输入引脚vdda和参考电压引脚vref 均连接电源转换模块的输出端，所述单片机u5的复位引脚nrst连接复位芯片u1的复位信号输出端rst，所述单片机u5的四个数据输入输出引脚作为spi通信接口与存储器u3通信连接，所述单片机u5的两个数据输入输出引脚与智能终端接口通信连接，所述单片机u5的至少四个输入输出引脚与gps模块通信连接，用于设置gps参数以及与gps模块进行数据交互。
17.优选的，所述pcb2上还设有分别与所述单片机u5通信连接的第一测试接口j2与第二测试接口j3，所述第一测试接口j2用于向所述单片机u5下载程序信息，所述第二测试接口j3用于收发调试信息。
18.优选的，所述电源转换模块包括电源管理芯片u2、保险丝f1、防反二极管d1、电感l1、分压电阻r6、分压电阻r8、滤波电容c1、滤波电容c2和滤波电容c3，所述保险丝f1一端连接智能终端接口的电源总线，保险丝f1的另一端连接电源管理芯片u2的电源输入端vin、一次侧使能端en1、二次侧使能端en2和一次侧电压反馈端fb1，电源管理芯片u2的开关控制脚sw1连接电感l1的一端，电感l1的另一端作为电源转换模块的输出端；所述分压电阻r6与分压电阻r8串联后接地，分压电阻r6与分压电阻r8的公共节点连接电源管理芯片u2的二次侧电压反馈端fb2；防反二极管d1反偏设置在保险丝f1的另一端与地之间，滤波电容c3分别连接保险丝f1的另一端与地，滤波电容c1和滤波电容c2并联设置，且滤波电容c1和滤波电容c2的一端分别连接电源转换模块的输出端、其另一端接地。
19.优选的，所述gps模块包括gps芯片u6、电阻r15、电感l2和电容c7，所述gps芯片u6的电源输入端vcc连接电源转换模块的输出端，所述gps芯片u6的数据收发端rxd和txd对应连接所述单片机u5的两个输入输出引脚，用于与单片机u5的数据交互；所述gps芯片u6的复位引脚reset＿n连接所述单片机u5的另一个输入输出引脚，用于接收单片机u5发出的复位信号；所述gps芯片u6的时间脉冲引脚timepulse连接所述单片机u5的再一个输入输出引脚，用于根据卫星信号向单片机u5发出时间脉冲信号；所述gps芯片u6的电源输入端vcc＿rf串联电阻r15和电感l2后连接所述螺旋天线，用于向所述螺旋天线供电；所述电容c7一端连接电阻r15和电感l2的公共点，所述电容c7的另一端接地；所述gps芯片u6的射频信号输入端rf＿in连接所述螺旋天线，用于接收螺旋天线接收的卫星信号。
20.优选的，还包括身份认证芯片u4，所述身份认证芯片u4内预存有身份认证信息，所述身份认证芯片u4的电源输入端vcc连接所述电源转换模块的输出端，所述身份认证芯片u4通过i2c总线与所述单片机u5通信连接。
21.本实用新型的有益效果是：本实用新型的北斗rtk探针，采用螺旋天线，摒弃了传统的陶瓷结构天线，重量轻、体积小；设备自身不设置电源，通过接口从手机等智能终端取
电、并通过手机等智能终端显示，其结构简单、体积小巧，实现了rtk设备的小型化，便于携带与操作，尤其适用于路边测量与野外测量。
附图说明
22.图1为本实用新型系统组成框图；
23.图2为本实用新型整体结构图；
24.图3为本实用新型内部结构爆炸图；
25.图4为本实用新型单片机接线原理图；
26.图5为本实用新型复位芯片接线原理图；
27.图6为本实用新型存储器接线原理图；
28.图7为本实用新型智能终端接口接线原理图；
29.图8为本实用新型第一测试接口接线原理图；
30.图9为本实用新型第二测试接口接线原理图；
31.图10为本实用新型电源转换模块接线原理图；
32.图11为本实用新型gps模块接线原理图；
33.图12为本实用新型身份认证芯片接线原理图。
34.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
35.1、外壳，101、凹槽，2、pcb，3、螺旋天线，301、线圈，4、智能终端接口。
具体实施方式
36.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
37.由于rtk现有技术普遍的缺陷不足在于尺寸巨大，重量也达到一公斤左右，非常不便于携带与操作，本实施例因此对传统rtk进行了改进。
38.如图1～3所示，本实施例提供一种北斗rtk探针，包括螺旋天线3、智能终端接口4、控制模块、gps模块和电源转换模块，所述螺旋天线3的输出与gps模块的输入通信连接，所述gps模块与所述控制模块双向通信连接，所述控制模块与智能终端接口4双向通信连接，所述电源转换模块的输入连接智能终端接口4、其输出分别连接gps模块与控制模块；其中，
39.所述螺旋天线3，用于接收卫星信号；
40.所述控制模块，用于通过智能终端接口4获取智能终端的第一观测数据，还用于通过智能终端接口4向智能终端输出准确的定位数据；
41.所述gps模块，用于解算所述卫星信号得到第二观测数据，还用于将第一观测数据与第二观测数据进行差分算法、得到准确的定位数据；
42.所述智能终端接口4，用于实现单片机与智能终端的数据交互，还用于实现智能终端与电源转换模块的供电连接；
43.所述电源转换模块，用于将智能终端输出的电源进行转换后、为控制模块和gps模块提供工作电源。
44.本实施例中智能终端可以是手机或平板电脑等便携式通信设备，其至少具有gps定位功能以及显示屏幕。对应的智能终端接口4可采用能与手机或平板电脑进行通信连接
的各类usb接口，例如type－c接口、type micro b接口等。本实施例以普通的智能手机进行举例说明。本实施例的探针，gps模块内预存有传统的rtk差分算法。由于本探针功耗小，可采用与其相连的智能设备供电，而不设置专门的电源模块。当本探针通过智能终端接口4与智能手机连接完成后，电源转换模块通过智能终端接口4从智能手机上取电，经过电压转换后为控制模块以及gps提供工作电源。智能手机中自带的gps定位软件获取到附近基站的定位观测信息，此信息作为第一观测信息通过智能终端接口4传送到单片机中，并传送到探针的gps模块中。螺旋天线3搜索卫星信号并传输到gps模块，gps对卫星信号进行解算后得到第二观测数据。gps模块用传统的rtk算法对第一观测数据和第二观测数据进行运算，得到更加准确的定位数据，该定位数据经过单片机传回智能手机进行显示，实现了手机或其他智能设备的更加精准的定位。本探针将较重的陶瓷天线更换为较轻的螺旋天线3，体积尺寸明明显降低，采用螺旋天线3，摒弃了传统陶瓷结构天线大体积的缺点，在结构上缩小了设备体积；探针自身不带电源模块，利用手机等智能终端为本探针供电，进一步减小了设备体积；自身不带显示设备，充分利用了智能终端的屏幕，并且可根据使用需求灵活地更换智能终端，操作灵活、极具便携性与适用性，具有推广使用的价值。
45.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
46.本实施例中，如图3所示，所述螺旋天线3包括线圈301和中空的筒状支撑件，所述线圈301呈螺旋形盘旋排布在筒状支撑件的周向，所述线圈301与所述gps模块通信连接。螺旋天线3的中空结构有效降低了设备的重量，线圈301在筒状支撑件上呈螺旋形盘旋排布，在保障能接收卫星信号的功能前提下可减小设备体积，利于实现设备的小型化。
47.本实施例中，如图3所示，本探针还包括pcb2，pcb2既作为电气连接件、又作为结构支撑件。所述控制模块、gps模块和电源转换模块集成在所述pcb2上，所述螺旋天线3与智能终端接口4分别固定安装在pcb2的两端，以进一步减小设备体积，增加其便携性。
48.本实施例中，如图2～3所示，本探针还包括密闭的外壳1，所述pcb2以及pcb2上集成的元器件固定设置在所述外壳1的内部，所述智能终端接口4贯穿所述外壳1。密闭的外壳1用于增加本探针的防尘防水安全防护等级，也作为结构支撑件为内部的电气元件提供结构上的保护、便于使用者对设备进行握持操作。
49.本实施例中，如图2所示，所述外壳1上靠近智能终端接口4的一端设有适应人的手指形状的凹槽101。凹槽101设计为适应人体工学的弧形，使使用者将该探针在智能终端上进行插拔时更加省时省力、操作简便。进一步的，凹槽101的表面还可设置防滑机构，例如设置防滑纹路或者将凹槽101的表面设置为磨砂面，以增加使用者在对探针进行插拔时的摩擦力，提升使用感。
50.各模块的电路实现方面主要如下所示。
51.如图4～6所示，所述控制模块包括单片机u5、复位芯片u1和存储器u3，所述单片机u5的电源输入引脚vdd、模拟电源输入引脚vdda和参考电压引脚vref 均连接电源转换模块的输出端，所述单片机u5的复位引脚nrst连接复位芯片u1的复位信号输出端rst，复位芯片u1的电源端vcc连接电源转换模块的输出端，复位芯片u1的复位信号输出端rst串联电阻r1后连接电源转换模块的输出端；所述单片机u5的四个数据输入输出引脚作为spi通信接口与存储器u3通信连接，所述单片机u5的两个数据输入输出引脚与智能终端接口4通信连接，所述单片机u5的至少四个输入输出引脚与gps模块通信连接，用于设置gps参数以及与gps
模块进行数据交互。
52.单片机u5的主要功能在于将gps模块与手机等便携式智能终端连接起来，它只做gps模块与智能终端的数据交互，因此本实施例中对单片机u5的运算功能要求并不是很高。因此，单片机u5优选使用主频相对较低、但功耗特别低的单片机，例如型号stm32l432kbu6，以降低电能的消耗，使本探针更能适用于手机等智能终端直接为其供电。复位芯片u1为单片机u5提供复位信号。单片机u5在实现探针内外的数据交互的同时，还可将数据存储到存储器u3中，便于后续调用。
53.为了实现探针与外部的智能终端之间的数据交互以及供电连接，所述智能终端接口4包括电源总线、至少两路差分信号输出通道，所述电源总线连接所述电源转换模块的输入端，至少两路所述差分信号输出通道分别连接所述单片机u5的两个输入输出引脚。智能终端接口4以usb接口进行举例。如图7所示，智能终端接口4的一组差分信号通道d /d－对应连接单片机u5的一组输入输出引脚，用于进行数据传输；智能终端接口4的电源总线vbus作为电源转换模块的电源输入与电源转换模块连接。
54.本实施例中，所述pcb2上还设有分别与所述单片机u5通信连接的第一测试接口j2与第二测试接口j3，所述第一测试接口j2用于向所述单片机u5下载程序信息，所述第二测试接口j3用于进行程序调试时收发调试信息。
55.具体的，如图8所示，所述第一测试接口j2包括一组与单片机u5通信连接的信号收发端uart1rx和uart1rx，用于实现程序信息的收发，还包括一个接地端，其接地端接地。如图9所示，所述第二测试接口j3包括电源输入端、复位信号输入端、一组swd调试接口以及接地端，第二测试接口j3的电源输入端连接单片机u5的电源输入端vdd，其复位信号输入端连接单片机u5的复位引脚nrst，其一组swd调试接口连接单片机u5的一组输入输出接口，其接地端接地。
56.本实施例中，如图10所示，所述电源转换模块包括电源管理芯片u2、保险丝f1、防反二极管d1、电感l1、分压电阻r6、分压电阻r8、滤波电容c1、滤波电容c2和滤波电容c3，所述保险丝f1一端连接智能终端接口4的电源总线，保险丝f1的另一端连接电源管理芯片u2的电源输入端vin、一次侧使能端en1、二次侧使能端en2和一次侧电压反馈端fb1，电源管理芯片u2的开关控制脚sw1连接电感l1的一端，电感l1的另一端作为电源转换模块的输出端；所述分压电阻r6与分压电阻r8串联后接地，分压电阻r6与分压电阻r8的公共节点连接电源管理芯片u2的二次侧电压反馈端fb2；防反二极管d1反偏设置在保险丝f1的另一端与地之间，滤波电容c3分别连接保险丝f1的另一端与地，滤波电容c1和滤波电容c2并联设置，且滤波电容c1和滤波电容c2的一端分别连接电源转换模块的输出端、其另一端接地。
57.保险丝f1为本探针进行过电流保护。电源管理芯片u2将智能终端接口4的电源总线引入的智能终端的电源经过电压转换，输出适用于本探针装置的电压，为本装置的用电元器件供电。电源管理芯片u2的输入电压与输出电压分别经过一次侧电压反馈端fb1和二次侧电压反馈端fb2进行反馈，以保证电源管理芯片u2的正常运行。电感l1在电源管理芯片u2的二次侧起到平滑输出电流的作用，滤波电容c1和滤波电容c2为电源管理芯片u2的二次侧输出进行滤波，使电源管理芯片u2的二次侧输出更加稳定。
58.本实施例中，如图11所示，所述gps模块包括gps芯片u6、电阻r15、电感l2和电容c7，所述gps芯片u6的电源输入端vcc连接电源转换模块的输出端，gps芯片u6的电源输入端
vcc还可连接一个接地的滤波电容c6，为gps芯片u6的输入电源滤波；所述gps芯片u6的数据收发端rxd和txd对应连接所述单片机u5的两个输入输出引脚，用于与单片机u5的数据交互；所述gps芯片u6的复位引脚reset＿n连接所述单片机u5的另一个输入输出引脚，用于接收单片机u5发出的复位信号；所述gps芯片u6的时间脉冲引脚timepulse连接所述单片机u5的再一个输入输出引脚，用于根据卫星信号向单片机u5发出时间脉冲信号，使单片机u5获得非常精确的时间，在此脉冲出现的一瞬间就是秒的跳变时间，精度可达到1pps；所述gps芯片u6的电源输入端vcc＿rf串联电阻r15和电感l2后连接所述螺旋天线3，用于向所述螺旋天线3供电；所述电容c7一端连接电阻r15和电感l2的公共点，所述电容c7的另一端接地；所述gps芯片u6的射频信号输入端rf＿in连接所述螺旋天线3，用于接收螺旋天线3接收的卫星信号。为了便于gps芯片u6与螺旋天线3之间的连接，可设置一个天线连接座j4，将螺旋天线3焊接在天线连接座j4上，通过天线连接座j4的各个引脚与gps芯片u6进行电气连接。
59.单片机u5发送复位信号到gps芯片u6的复位引脚reset＿n，以指挥gps芯片u6开始工作。gps芯片u6的电源输入端vcc＿rf为螺旋天线3供电，电阻r15和电感l2将gps芯片u6输出电流变得平滑，使其向螺线天线提供稳定的工作电源。螺旋天线3通过gps芯片u6的射频信号输入端rf＿in发回接收到的卫星信号。卫星信号经过gps芯片u6的解算后生成本探针的观测的原始定位数据，本实施例中称之为第二观测数据。gps芯片u6的数据收发端rxd和txd通过所述单片机u5的两个输入输出引脚实现与单片机u5的数据交互，获取手机等智能终端上的gps软件获取的附近基站观测的定位数据，本实施例中称之为第一观测数据，本探针的gps芯片利用预存的传统rtk的差分算法将第二观测数据与第一观测数据进行差分计算，得到一个综合的定位数据。申请人经过多次实验验证，此综合的定位数据精度比手机等智能终端现有的gps功能定位得到的数据精度更高，证实了本技术方案的技术先进性。传统rtk的差分算法采用现有技术，本专利不再赘述。
60.为了兼容多种gps模块，还可启用gps芯片的safeboot＿n引脚作为备用的复位引脚，gps芯片的safeboot＿n引脚连接到单片机u5的一个输出口，用于接收单片机u5的复位信号。
61.作为优选的方案，在上述实施例的基础上，本探针内还可设置身份认证芯片u4，所述身份认证芯片u4内预存有身份认证信息，如图12所示，所述身份认证芯片u4的电源输入端vcc连接所述电源转换模块的输出端，所述身份认证芯片u4通过i2c总线与所述单片机u5通信连接。具体的，如图所示，身份认证芯片u4的scl引脚和sda引脚作为i2c总线的收发端与单片机u5的两个输入输出口对应连接。当智能终端接口4插接到手机等智能终端上时，单片机u5首先读取手机等智能终端的身份信息与身份认证芯片u4内的身份认证信息，若二者信息匹配，则开启本探针的定位功能；若二者信息不匹配，则停止单片机u5与手机等智能终端之间定位数据的交互。
62.本实施例的北斗rtk探针，可作为手机等便携式智能终端的外挂式高精度定位设备，采用螺旋天线3，摒弃了传统的较重的陶瓷结构天线，重量轻、体积小；设备自身不设置电池，通过接口从手机等智能终端取电、并通过手机等智能终端显示，其结构简单、体积小巧，实现了rtk设备的小型化，便于携带与操作。使用者通过日常使用的普通智能手机或平板电脑，插接上本探针，即可实现更高精度的gps定位，尤其适用于路边测量与野外测量。复杂的界面与交互逻辑均放在手机中完成，也能实现更为方便的功能、其输出结果能方便地
转储上传等，经过进一步开发也能实现与其它公司erp或mes平台做完美契合。
63.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。