НАВИГАЦИОННЫЙ ТЕРМИНАЛ СВЯЗИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к телекоммуникационным устройствам, а именно к навигационному терминалу связи, который может найти широкое применение для пользователей спутниковой глобальной системы определения местоположения GPS (Global Positioning System).
Значительная часть мобильных навигационных терминалов конструктивно представляет собой GPS антенну, GSM антенну, GSM приемопередатчик, GPS приемник, процессор и порты ввода-вывода.
Известен навигационный терминал связи, представляющий собой беспроводную телефонную трубку с многофункциональной антенной для сетей глобальной системы мобильной связи GSM и приема GPS сигналов, описанный в патенте США №6694150 В1, 17.02.2004. Этот терминал используется для сетей мобильной связи и приема GPS, Bluetooth сигналов и состоит из следующих компонентов: телефонный приемопередатчик, GPS приемник, Bluetooth приемник, GSM антенна, GPS антенна, соединенная с GPS приемником, и Bluetooth антенна.
Недостатком этого устройства является низкая надежность и производительность при приеме GPS сигналов. Низкая надежность и производительность в устройстве объясняется тем, что GPS антенна должна быть в постоянной зоне видимости спутников GPS и потреблять небольшое количество энергии.
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели является надежность приема GPS сигналов и повышение производительности за счет перераспределения функций между элементами заявленного терминала связи.
Технический результат достигается за счет того, что, согласно первому варианту, навигационный терминал связи, содержащий батарею электропитания, модуль для приема данных со спутниковой глобальной системы определения местоположения (GPS) и GPS-антенну, выход которой соединен с первым входом упомянутого GPS модуля, дополнительно содержит микроконтроллер, два генератора тактовой частоты и устройство беспроводной приемопередачи данных (ZigBee™) с низким энергопотреблением и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с, при этом антенна упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ предназначена для приемопередачи данных внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, первый выход батареи электропитания соединен с входом микроконтроллера, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом GPS модуля, тактовый выход которого соединен с входом первого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом GPS модуля, второй вход которого соединен со вторым выходом батареи электропитания, третий выход которой соединен с входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, тактовый выход которого соединен с входом второго генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом микроконтроллера.
В частном варианте выполнения первый и второй генераторы тактовой частоты являются кварцевыми генераторами.
В другом частном варианте микроконтроллер содержит кнопку сброса.
Еще в одном частном варианте GPS модуль содержит GPS приемник, фильтр поверхностных акустических волн (ПАВ), керамический фильтр, вход которого соединен с упомянутым первым входом упомянутого
GPS модуля, выход керамического фильтра соединен с входом ПАВ фильтра, выход которого соединен с первым входом GPS приемника, второй вход которого соединен с упомянутым вторым входом упомянутого GPS модуля, упомянутый вход-выход которого соединен с входом-выходом GPS приемника, тактовый выход которого соединен с упомянутым тактовым выходом GPS модуля, упомянутый тактовый вход которого соединен с тактовым входом GPS приемника.
В другом частном варианте в GPS приемник встроены усилитель, частотный синтезатор, частотные делители, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, память, коррелятор, таймер и устройство электропитания, при этом вход таймера, является тактовым входом GPS приемника, а выход таймера является тактовым выходом GPS приемника.
Согласно второму варианту, навигационный терминал связи, содержащий батарею электропитания, приемник для приема данных со спутниковой глобальной системы определения местоположения (GPS) и GPS-антенну, дополнительно содержит микроконтроллер, два генератора тактовой частоты, фильтр поверхностных акустических волн (ПАВ), керамический фильтр и устройство беспроводной приемопередачи данных (ZigBee™) с низким энергопотреблением и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с, при этом антенна упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ предназначена для приемопередачи данных внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, первый выход батареи электропитания соединен с входом микроконтроллера, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом GPS приемника, тактовый выход которого соединен с входом первого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом GPS приемника, второй вход которого соединен со вторым выходом батареи электропитания, третий выход которой соединен с входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™,
тактовый выход которого соединен с входом второго генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом упомянутого устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™, вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом микроконтроллера, вход керамического фильтра соединен с выходом антенны, выход керамического фильтра соединен с входом ПАВ фильтра, выход которого соединен с первым входом GPS приемника, тактовый выход которого соединен со входом первого генератора тактовой частоты, выход которого соединен с тактовым входом GPS приемника.
В частном варианте первый и второй генераторы тактовой частоты являются кварцевыми генераторами.
В другом частном варианте микроконтроллер содержит кнопку сброса.
В другом частном варианте в GPS приемник встроены усилитель, частотный синтезатор, частотные делители, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, память, коррелятор, таймер и устройство электропитания, при этом вход таймера, является тактовым входом GPS приемника, а выход таймера является тактовым выходом GPS приемника.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующими чертежами: фиг.1, на которой показана структурная схема навигационного терминала связи по первому варианту; фиг.2, на которой показана структурная схема навигационного терминала связи по второму варианту; фиг.3, на которой показан пример исполнения GPS модуля с генератором тактовой частоты; фиг.4, на которой показан пример монтажа терминала связи на гибком кабеле печатной платы РСВ.
Рассмотрим структуру и работу терминала связи.
Как видно из чертежа фиг.1, терминал связи 1 содержит GPS модуль 7, подключенный к микроконтроллеру 5, батареи электропитания 6 и антенны 9, при этом микроконтроллер 5 связан с устройством
беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, антенна 3 которого предназначена для приемопередачи внешнему устройству беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 11, батарея электропитания 6 также связана с устройством беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 и микроконтроллером 5. Кроме того, тактовый выход упомянутого устройства беспроводной приемопередачи 2 соединен с входом второго генератора тактовой частоты 4, выход которого соединен с тактовым входом устройства беспроводной приемопередачи 2, тактовый выход GPS модуля соединен с входом первого генератора тактовой частоты 8, выход которого соединен с тактовым входом GPS модуля.
Устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 (зарегистрированная торговая марка альянса ZigBee™ IEEE 802.15.4) является беспроводным устройством приемопередачи данных с низким энергопотреблением, радиусом действия до 75 м и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с.
GPS модуль, как показано на фиг.2, содержит GPS приемник 12, фильтр поверхностных акустических волн (ПАВ) 13 и керамический фильтр 14, вход которого соединен с выходом антенны 9, выход фильтра 14 соединен с входом ПАВ фильтра 13, выход которого соединен с первым входом GPS приемника, второй вход которого соединен с выходом батареи электропитания 6, вход-выход GPS приемника 12 соединен с входом-выходом микроконтроллера 5, при этом тактовый вход GPS приемника соединен с входом генератора 8, выход которого соединен с тактовым входом GPS приемника 12.
Здесь необходимо отметить, что антенна 9 является GPS антенной и предназначена для приема сигналов от спутников глобальной системы определения местоположения GPS 10.
Упомянутые генераторы тактовой частоты 4, 8 являются кварцевыми генераторами, а микроконтроллер 5 может содержать кнопку
"сброс", предназначенную для перезапуска микроконтроллера 5, выход кнопки сброс соединен со вторым входом микроконтроллера 5 при этом другой выход кнопки "сброс" соединен с шиной земля (на чертежах не показано).
Кроме того, в GPS приемник встроены усилитель, частотный синтезатор, частотные делители, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, память, коррелятор, таймер и устройство электропитания, при этом вход таймера, является тактовым входом GPS приемника, а выход таймера является тактовым выходом GPS приемника (на чертежах не показано).
На чертеже фиг.3 показан пример исполнения терминала связи 1 с устройством беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, микроконтроллером 5, GSP приемником 12, антеннами 3 и 9.
На фиг.4 показан пример монтажа элементов терминала связи 1 на гибком кабеле печатной платы РСВ (Printed Circuit Board) 15.
Заявленный антенный терминал связи 1 работает следующим образом.
Данные от GPS спутников 10 на частоте 1,575 ГГц поступают на антенну 9 и далее поступают на фильтр 14 и ПАВ - фильтр 13, где фильтруются и поступают на GPS приемник 12 содержащий усилитель и процессор (на чертеже не показано) терминала связи 1. Усилитель усиливает сигнал и далее данные передаются на процессор (на чертеже не показано) и микроконтроллер 5, где при помощи встроенного драйвера (на чертеже не показано) преобразуются и поступают на блок контроля доступа MAC (Media Access Control) (на чертеже не показано) и посредством последовательного интерфейса SPI (Serial Peripheral Interface) передаются на устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, которое работает в диапазоне частот 2,4 ГГц.
Устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, имеет приемник и передатчик (на чертеже не показано), которые принимают команду от внешнего устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 11 на передачу данных (широта, долгота и т.п.), полученных от GPS спутников 10 через антенну 9. Внешнее устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 11 называется мастером.
Главной особенностью устройства ZigBee™ 2 является то, что различные ZigBee™ устройства, соединяются друг с другом автоматически, стоит им только оказаться в пределах досягаемости (на расстоянии около 10-75 метров).
Оказавшись рядом с устройством ZigBee™ 2, устройство ZigBee™ 11 может устанавливать не только соединения типа точка-к-точке, когда имеется только два устройства, но и точка-к-многоточек, когда одно устройство ZigBee™ 11 (мастер) одновременно работает с несколькими другими.
Работа устройства ZigBee™ 11 в незнакомом окружении - это поиск других ZigBee™ устройств, например, GPS модуля 7 с устройством ZigBee™ 2. Для этого посылается запрос, и ответ на него зависит не только от наличия в радиусе связи активных ZigBee™ устройств, но и от режима, в котором находятся эти устройства.
Устройство ZigBee™ 11 и устройство ZigBee™ 2 договариваются между собой об используемом диапазоне частот, размере страниц, количестве и других физических параметрах соединения. После того, как соединение установлено, его можно использовать для самых различных целей. Возможно это благодаря набору базовых протоколов стандарта IEEE 802.15.4, используемых в технологии ZigBee™ для передачи различных типов данных, например, передачи данных от GPS модуля 7 к микроконтроллеру 5 и устройству ZigBee™ 2.
Преимущество устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 от других устройств беспроводной приемопередачи данных, например, Bluetooth - это низкое энергопотребление. Например, устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 с GPS модулем 7, микроконтроллером 5 и антенной 9 может работать от батареи электропитания 6 в течение 6-12 месяцев.
Так как при изготовлении терминала связи 1 может быть использована технология гибкого кабеля печатной платы - РСВ (Printed Circuit Board) 15, как показано на чертеже фиг.4, то терминал 1 может иметь небольшие габариты (размеры), при этом антенна 9 находится в постоянной зоне видимости спутников GPS 10.
Таким образом, за счет GPS модуля 7, микроконтроллера 5 и устройства беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 решается задача полезной модели: прием сигналов от спутниковой глобальной системы определения местоположения GPS и передачи принятых данных на другое внешнее устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 11 на расстоянии до 75 метров, работа в различных частотных диапазонах 2,4 ГГц и 1,575 ГГц, т.е. повышается надежность и производительность терминала связи 1.
Электропитание терминала связи 1 может осуществляться от батареи электропитания 6, в качестве которой также может выступать аккумуляторная батарея, или внешнего источника, подключенного к порту внешнего электропитания (на чертеже не показано). Напряжение для электропитания терминала связи 1 подается от батареи электропитания 6 на устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2, которое имеет устройство управления электропитания ( на чертеже не показано), далее напряжение подается на микроконтроллер 5 и GPS модуль 7. В случае подключения к GPS модулю активной GPS антенны 9, питание на малошумящий усилитель (на чертеже не показано) антенны подается по
центральному проводнику входного коаксиального разъема (он может находиться в гибком кабеле печатной платы РСВ 15).
Впервые был использовано устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 2 с низким энергопотреблением и со скоростью передачи от 10 до 250 Кбит/с, микроконтроллер 5 в сочетании с GPS модулем 7 для выполнения функций приема сигналов от спутниковой глобальной системы определения местоположения GPS и передачи принятых данных на другое внешнее устройство беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ 11 на расстоянии до 75 метров, тем самым решая задачу полезной модели: повышение надежности и производительности терминала связи 1.
Терминал связи 1 работает для устройств беспроводной приемопередачи данных ZigBee™ в диапазоне 2, 4 ГГц, а для спутниковой глобальной системы определения местоположения GPS в диапазоне 1,575 ГГц.
При изготовлении терминала связи 1 может быть использована технология гибкого кабеля печатной платы - РСВ ( Printed Circuit Board ) 15, которая состоит из печатной платы, переходных устройств и устройств крепления (на чертежах не показано). При помощи технологии РСВ 15 происходит соединение и крепление всех устройств терминала связи 1, как показано на чертеже фиг.4.
Изготовление антенного терминала связи 1, изображенного на фиг.1-4, осуществляют из типовых элементов, с добавлением устройства ZigBee™ 2 на основе, например, микросборки типа МС13192 компании Motorola. GPS модуль может быть FS Опсоге (зарегистрированная торговая марка компании Motorola), антенна 9 имеет герметизированный корпус и изготовлена из стойких материалов. ПАВ - фильтр 13 может быть использован, например, марки TA1575GG компании Golledge или марки 856134 компании Sawtek.
Керамический фильтр 14 может быть использован марки DFCB21G57LDJAB компании MURATA, a GPS приемник на основе микросхемы, например, Phoenix A9 ( MG4100) компании Motorola. Опытные образцы терминала связи 1 изготовлены. Испытания показали, что они соответствует тем требованиям, которые предъявляются к активным GPS антеннам (нормативные документы: ARINC-743a, ГОСТ Р 50860-96, КТ-34-01 и ГОСТ РВ 39.304-98) и стандарта технологии ZigBee™ IEEE 802.15.4.