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1、彩色液晶三合一GPS定位/海图/测深仪技术研究报告一、立体依据与设计指导思想地球，海洋面积占了其总面积的七成。如此浩大又如此神秘的海洋，激起了人类的征服欲，人们不断在海洋上寻求生存发展。二十一世纪的今天，海上作业和捕鱼的繁荣发展增大了对船载工具的需求。相应地，人们对航海仪器设备的需求量亦是与日俱增。在航海业空前发展的情况下，航海仪器的研发生产是刻不容缓的。而在纵多的海航仪器中，人们最常使用的仪器有卫星导航仪、海图导航仪和测探仪。这些产品对船舶的航行及捕鱼都有很大帮助。卫星导航仪显示船舶当前经纬度及航速/航向，帮助船舶航行，提高安全性能。以前只有罗经出海，现在用卫星导航仪更加方便直观。海图导航仪
2、在卫星导航仪的基础上加入电子海图显示。实时显示船舶所有的位置，周围岛屿及暗礁等固定物体图像。还有区域水深等数据显示。帮助船舶导航。测探仪主要是探测当前水下情况，显示水深数字及海底情况。主要是防止船舶搁浅，保障航行安全。水面与海底之间的物体也很直观显示出来，可用于鱼群探测。现在绝大部分船舶都配有以产设备，并且很多船只都要求双配置，以防故障。这样驾驶台就很多设置，各功能独立，使用很不方便。并且这些设置都依赖进口品牌，价格高昂。根据调查，国外生产厂家如日本扶桑、古野、海洋电子等公司生产的这类产品，其投资规模大，虽然产品质量上乘，但价格十分昂贵。国内的生产厂家如南京新吉波，技术力量和生产能力都较强，但
3、产品功能单一。目前在国内尚没有类似的彩色三合一设备生产厂家。根据客户需要，结合国内成本情况，本公司决定研发一种新产品来满足市场需要。本公司所研发的新产品，彩色液晶三合一卫星定位/海图/测深仪（简称“彩色三合一”），正是将此三种仪器功能结合在一起。目标是：1）方便使用；2）降低成本。二、试验材料与研究方法本于以上目标，“彩色三合一”必须包括卫星定位技术（信号接收、信号译码转换、显示）和海图数处理（数字化、存贮器、显示）以及测深技术（声纳换能器、距离计算、图形显示）。规划用一个中央处理单元将三类数据综合处理，结合到一个显示屏显示出来。公司已经有的电子海图数字化技术。现时工业控制最新的嵌入式数据处理
4、系统。现有的电子海图资源丰富准确，GPS定位技术成熟(OEM板)，电脑微处理器功能强大且价格不断下降。国产LCD价格低廉，易采购。公司现职工程师可以解决整个产品的技术问题。1. 卫星接功能卫星接收器收到卫星信号后, 经过译码后产生国际标准之NMEA0183数据, 而数据经过主板之CN46第2脚输入至中央处理器U45第38脚, 这些数据是用作提供中央处理器之以下资料用 :A. 本船位之东经北纬位置数据.B. 用作计算本船位与目的地之距离及方位.C. 现时之时间及日期.D. 实时之本船航速及移动方向.E. 题示本船位置在内置海图上.2. 海图功能有关之海图数据是分别储存在U47, U48及U55之
5、8M可读内存内, 当本船到达某一地区时, 中央处理器就会根据卫星接收器所提供之位置数据, 把现时地区之海图从3只可读内存内读出来, A0-A19U45内存D0-D7中央处理器当U45中央处理器收到卫星接收器提供之本船东经北纬数据后, 计算出有关位置之海图是放在内存那个地址内, 然后输出相对之地址数据A0-A19到内存, 把相对之地址内读出并由D0-D7输出海图数据. 这些海图数据会先暂放在暂存内存U49内, 而这些海图资料会经由显示处理器U52处理后在显示屏显示出来供客户使用.3. 测深功能触发信号扩大后传送到换能器，转换成声波发送到水中，声波撞到物体后反射回被换能器接收，声波信号转换成电压信
6、号后，经放大后再送到中央处理机。三、研究过程、研究内容与研究结果本项目属电子仪器的制造技术创新项目，由本公司组织技术力量进行开发和研制的。其设计方案合理可靠，技术水平达到国内先进。项目产品是在现有技术和现有产品的基础上进行改进和创新，在设计上进行大胆的试验，采用GPS卫导定位、电子海图和渔探三个功能集于一体，并升级为彩色显示，其精确度高，性能稳定，操作简便，不会受到海浪冲击振荡而影响显示精确度清晰度，同时占用空间小，解决了航海作业中使用单功能产品的缺陷和多种产品混用的复杂性，有利于航海作业人员的操作，同时大大提高远洋作业的安全水平。电路原理1.控制部分1）KPS38C01L(U45)：16 位
7、中央处理器（CPU），时钟频率 24MHz， 由石英晶体振荡器 X41 提供。重置信号由 U42(HT7033A) 在每一次开机时提供，CPU 工用所需的系统程序存储在 U47(AM29LV033) 中。2）KPS38L04(U60)：图形控制 Ic，与图形控制寄存器 U48、U51 一起完成 CPU 送来的全部与显示有关的指令。重置信号由 U42(HT7033A) 在每一次开机时提供。3）TCF(U49)：SRAM，容量 1Mbit。用于在 CPU 读/下指令时寄存数据。4）AM29LV033C(U47)：EEPROM，容量 32Mbit。用于存储系统、海图 等数据。5）X25C02(U41
8、)：EEPROM，密码存储器。用于存储用户或销售商密码。6）W24L010AJ(U48、U51)：图形控制寄存器，容量 1Mbit。可以提供 2Mbit 的空间给 U60(KPS38L04) 作显示寄存用。2 .数字 I/O 接口部分这个部分位于主板上，经一条 8 芯线连接到数据输出接口。这部分电路的主要功能是与外部仪器进行数据通信。电路构成主要包括 U43(TLP521-1)、Q48、Q49、Q50、Q51（全部为 RN1202）和周边电路构成。U43 是一个光电耦合器，作用是在外部输入 NMEA-0183 信号时隔断直流电压，同时进行相位转换。Q48 用于输出 NMEA-0183 信号到外
9、部接口。3.电源部分本机采用开关式电源，在机内完成一次 DC-AC-DC 的转换。电源的开关控制部分由 Q1(2SB1017)、Q2(2SC1815)、Q4(RN1202)、Q5(FET 2SK373)、U3(TLP541)、U4(TLP521-1) 和稳压二极管 D1(05AZ6.2) 及它们的附属电路组成。当按下 POWER 键开机时，一个瞬间的正脉冲(10.5V 到 40V)经 C24 和D13 加到 Q2 的基极，Q2 导通从而使 Q1 打开供电给后级的开关电源电路。当在开机状态下按 POWER 键时，一个稳定的直流电压经Q5 和 D10 加到 U4的 1 脚，从而使 PK1 为低电平
10、。这时，主板的 CPU开始计时，到三秒钟时，PK0 输出一个高电平到电源板使 Q4 导通，从而使 U3 的 5 脚下地。此时 Q2的基极为低电平，Q2 截止。Q1 的基极恢复高电平，Q1 截止从而达到关机的目的。如果没按够 3 秒钟就放手，因 PK0 没有输出，因此也不会关机。开关电源部分由 U1(开关控制器 TL494)、U2(光藕 TLP521-1)、Q3(三极管 2SA1015)、Q6和Q6A(都是 FET 2SK850)及它们的附属电路组成。U1 在开机后产生一个开关脉冲控制 Q6 和 Q6A 产生一个交流信号给电源变压器 T1(EN10804)。U2 作为一个反馈回路将变压器 T3的
11、输出电压反馈给 U1 的开关控制脚。而对开关脉冲长度的调整则通过调整 VR3 来改变 D6(TA76431S)的开关大小来控制 U2 的输出进而控制 Q6 和 Q6A 的开关幅度以起到调整变压器输出电压的目的。开关Q6 和 Q6A 的频率由 VR4 调整。而 U01(HT7044A)、Q01及周边元件则构成低电压关机电路， 当电压低于 10.4V 时自动关机。U6(NE555)在开机后会产生一个稳定的方波通过 U4 送给CPU，CPU 会根据这个信号产生屏上显示的电源电压。 在变压器后级的交流到直流的转换部分，通过整流和滤波电路产生出直流输出5V、12V 和 60V (或 100V)供给各部分
12、电路使用。在这部分电路中，VR3 用于设定初始电压，D6 则通过 VR3 处的电压变化来调整输出电压始终在适当的范围。U5(lm2940C-5)是一个 5V 的三端稳压器，它产生稳定的5V 电压给主板。60V(或 100V) 则只供探测板的功率管使用。12V 是使用最多的电源，它供电给探测板(KP-1038)、数字 I/O 接口和给主板的 VCC 电路提供电源。4.探测板由发射电路和接收电路组成。发射电路由缓冲放大电路(Q3、Q4、Q5 和 Q6 及附属元件)、功率放大电路(Q7A、Q7B、Q8A 和 Q8 及附属电路)和发射输出变压器 T1 及它的附属部分组成。从主板送来的 TXP1 和 T
13、XP2 信号经 Q3、Q4、Q5 和 Q6 组成的电路放大后，送到功放电路(Q7A、Q7B、Q8A 和Q8，全部为 IRFP350)进行功率放大，然后经发射输出变压器调整发射脉冲幅度后经开关电路输出到换能器。电容 C2(2200UF/63V 或 100V)经电阻 R12(200、2W)连接到 +60V(或100V)，在发射时供电给发射管。二极管 D4/D5 和 D6/D7(全部为UF4007)组成开关电路，在发射时导通而在接收时截止以防止回波信号进入发射电路从而影响接收信号的强度。另外两个二极管 D8/D9(UF4007)短路接收接收输入中周变压器的两端以防止发射脉冲损坏接收电路接收电路是由输
14、入变压器 T2，运算放大器； U1(MC1350)，低通滤波器 BF1，信号放大器 Q9(2SC1815)和检波二极管 D12/D12B(1N4148)及它们的附属电路组成。运算放大器 U1 是接收信号的第一级放大器，同时它还负责执行主板给出的 STC 和 GAIN 指令的。当有手动或自动的STC或“GAIN”操作时，主板就会送出一个触发信号经电阻 R6 输入到 U1的5 脚从而控制 U1 的放大倍数上升或下降，进而达到控制回波强度的目的。经 U1 放大后的信号经 T3 后在 Q9 处混频，混频后的信号经 BF1 滤波后，在 Q3 出进行第三次放大，最后经 D12 和 D12B 检波后，将检出
15、的信号（直流电平）送到主板进行处理。 可变电阻 VR1 用于设置灵敏度的初始值，即在键盘操作可以调整的灵敏度的范围。而 CPU 对发射频率的选择则是由探测板上 JP1 位置的状态决定的。制作过程如下：制模外壳和显示器集成电路板产品外壳设置CPU4mhz设置RAM/ROM设置卫星GPSt系统设置声纳换能器设置转换器设置控制面板设置电源单元整机组装驱动硬件程序检测校正包装出厂。本项目设计制造的是彩色液晶三合一GPS定位/海图/渔探测深仪，包括GPS技术中卫星信号接收、信号译码转换、部分显示器和海图数据存贮器以及测深仪的声纳换能器和换能器驱动接受电路。该仪器还包括了一个综合处理三种不同性质的仪器，信
16、息内容的中央处理单元，内有一片MCU（微处理器）；一个可以键入三种不同性质仪器的操作命令的操作面板；一个综合向各工作单元提供各种不同的工作电压的电源单元；MCU控制的KED显示器，可以综合显示三种不同性质的信息内容，中央处理单元中设置海图数据存储器。本项目已重点解决的问题：1、设置中央处理单元，其中有一片MCU，采用KPS38C01或其他功能相当的其他型号微处理，负责对所有单元进行智能化处理和控制。2、中央处理单元中设置海图数据存储器，固化海图仪的相关数据，由MCU调用。3、采用单独测探仪的声纳换能器和换能器驱动电路声波发射和回波信号有MCU控制和处理。4、设计一种可以键入三种不同性质仪器的操作命令的操作面板。5
