立创君11月3日晚21点插楼提示：该作品已进入首届立创商城电子制作节15强，点我投票参与公投，选出最终6强！
拓展北斗卫星_UM220-Ⅲ N_集成通信模块20161022 终稿.rar
http://pan.baidu.com/s/1cn9Zga （电脑 3款北斗测试相关软件）
希望各界朋友留下您的足迹
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拓展北斗卫星(UM220-Ⅲ N)集成通信模块-- 说明书
0 前 言
为了参加立创商城举办的电子制作节设计的主题活动，将北斗卫星授时的一款6位4英寸数码管静态显示的第2版万年历PCB板的一瞥参展，即北斗卫星UM220-Ⅲ N拓展端口板，产品定位于单片机初学者的通信控制练习，可应用于航模定位、时钟授时、导航等领域。
北斗卫星UM220-Ⅲ N模块是国产的本土产品。外界部分人士称其定位不够精准，目前大多用户采用美国GPS卫星ublox模块授时、导航等，本人背其道而行之，决定目睹为快，并将其拓展端口成5V/3.3V电源供电，5V/3.3V电平通信接口。
1、作品简介 (用途、目的和意义)
1实用性：
该拓展端口板可应用于单片机初学者的编程练习，航模定位、时钟授时、导航等。该拓展端口板供电电源适用范围宽3.3~5V，通信端口实现了5V/3.3V两种TTL电平，可直接与单片机相连，同时也可以学习I2C，SPI等的不同电平单片机的通信、数据传输、程序编译，进而完成需要的授时、定位等功能。
2新颖性：
该端口拓展模块可由单片机远程或由J1短路跳线控制电源的开关，在待机时，起到节能作用。且V_BCKP电源能持续为北斗模块供电和电池充电，在外部电源中断时，由备用电池维持北斗模块记录数据的持续性。
2、作品亮点（如果有请写出）
该端口拓展版优势：
①拓展供应电源5.0/3.3V ，电源适应范围宽
②拓展输出端口TTL电平，可供5.0/3.3V单片机直连
③拓展天线输入端子，适应3种不同天线的选择
④拓展其他I2C，SPI数据端口，通信模式选择更方便
⑤PCB电路板通用性强，适应同类ublox，北斗等模块的焊接调试
⑥串口1和串口2可以同时输出NEMA信号，每个串口可以设置不同的波特率
3、系统构架图
4、原理图
端口介绍
该端口拓展板区域划分及原理：
①电源开/关控制电路
主要控制北斗拓展板的启停，由J1，R3，R5，Q1组成，当gps_on处于高电平时，Q1截止，为U1 中断供电，当gps_on处于低电平时，Q1饱和导通，为U1 连续供电。该模式可由单片机远程控制或由J1短路帽控制。
②VCC电源稳压3.3V及跳线电路
由C1,C2,C3,C4,U1,J5组成，电容主要耦合，滤波消除电路的电磁干扰，J5主要用于供电电压3.3V时，短路帽短接以保证数据传输时指示灯供电的正常。
③电池充放电电路
由R1,R2,R4,DZ1,DT1,DT2,BAT1组成，R1,R2分压后经DZ1稳压（这里DZ1也可不用），电流经肖特基二极管DT2，R4为BAT1充电，BAT1经DT1放电至V_BCKP（其中外部电压和电池电压高者为V_BCKP供电），当外部电源断电，直接由BAT1经DT1为V_BCKP提供备用电源，保持BD1芯片供电的连续性。
④复位电路
由常见的积分型复位电路组成，和AVR单片机复位电路类同。
⑤天线滤波电路
L1防止天线的高频输入，造成电源的干扰，利用L1，R14有效的解决了此类问题，最好在L1（标准68nh），R14之间增加2个104 电容，效果更好。
⑥TXD2\RXD2通信5V/3.3V输入输出转换电路
由R11，R12，R18，R19，DZ2，DZ3，J3组成，R18，R19起到限流作用，DZ2，DZ3防止电压过冲，其中R11上拉电阻可以不用内部已经上拉
⑦其他(I2C,SPI)
3.3V通信接口,直接3.3V接口引出，未增加电平保护和转换，必须连接3.3V单片机。
⑧TXD1\RXD1通信5V/3.3V输入输出转换电路带通信指示灯
由R15,RXD,Q4,R17构成接收转换电路，当输入RXD_IN为低电平时，RXD1为低电平，此时接收红色指示灯点亮，反之熄灭；R13,TXD,Q3,R16构成发送转换电路，当发送TXD1为低电平时，TXD1_OUT为低电平，此时发送蓝色指示灯点亮，反之熄灭。
⑨通信BD1芯片
和芯星通芯片比UBLOX信号灵敏度高，双模信号强，但外部可用端口少。
⑩PPS信号指示灯及输出隔离电路
由R10，PPS，Q2，R6组成， 信号正常时R10，PPS为timepluse输出绿色正常信号指示灯，其中PPSOUT端口由Q2隔离，并供外部单片机使用，有效的隔离外部电压的影响。
11 供3.3V电源输出端子，当VCC输入3.3V时，需短路帽短接gpsin否则传输信号指示灯无法工作
5、材料清单（BOM列表)
除第1、2、8、23项，全部采购于立创商城。
6、PCB实物图
6BITSPCB1.rar
6BITSPCB1 修改贴片按键尺寸错误版本.zip
附上PCB图的图片或者源文件（我们官方建议大家尽量用源文件上传）
如果是图片，请确保图片是清晰可辨的。
7、软件部分的描述(扩展选项，可不写)
51USB DB2-GPS测试程序12864液晶（并行方式）20161022.rar
校时万年历的汇编语言部分代码.rar
8、作品演示(扩展选项，可不写)
应用图片及视频链接示例：
8.1附自制万年历校时图片
视频链接：http://v.youku.com/v_show/id_XMTc2MDM4ODM2MA==.html
8.2电脑接收通信实例图片
8.3单片机通信12864显示实例图片
视频链接：http://v.youku.com/v_show/id_XMTc2MDM3NjE0MA==.htm
9焊接技巧及工具
9.1电烙铁：电烙铁的种类比较多，常用的电烙铁有外热式，内热式，恒温式，吸锡式等种类。一般选择普通的35W外热式电烙铁（带接地线）即可满足焊接要求，温控焊台是最佳选择。电烙铁焊接时间不宜过长，3s～10s为最佳，最长不要超过10s，否则容易烫坏元件。
9.2镊子（型号ESD14）：镊子主要用于夹持贴片元器件，镊子夹住管脚也可以帮助散热。
9.3吸锡器：吸出焊盘上过焊孔多余的焊锡，比敲击PCB方式好多了。
9.4松香：松香是常用的助焊剂且绝缘效果好，尽量选择无烟松香，好处就不说了。用25%的松香溶解在75%的酒精（重量比）中作为助焊剂也是不错的选择。
9.5焊锡膏：焊锡膏在电路板上尽量少用，适当的使用可以改善焊接效果。一般焊接前避免电烙铁头挂锡（锡粘），在焊锡膏上蘸几下，同时又可以避免焊锡在焊接过程中氧化及电路板腐蚀。切记：不能涂抹大量焊锡膏至电路板，因为焊锡膏非常容易导电，造成电路板指示灯暗亮及器件短路现象等。这也是本人先前焊接时，损坏多块通信电路板及高价芯片，造成了很大损失后换来的经验。
9.6吸锡带：正常情况下，一般松香都能解决焊锡过多的问题。吸锡带不太常用，但吸锡带可以避免松香在电路板上粘糊糊的粘成一片，去除多余焊锡较松香更有效。
9.7焊锡材料：一般由锡铅合金及一定的活性焊剂按照一定比例配置而成，一般锡占63%，铅占37%，焊锡的液化温度在400℃以下。如果人工焊接的话，焊点应成正弦波峰形状，表面应光滑、无毛刺，锡量适中，焊接过后，记得洗洗手，防止毒物入口。
个人建议：不要选择无铅焊锡，好像毒性比含铅更强一些。
10、UM220-III NL模块分析及选购建议
UM220-III N数据接口协议.rar
UM220-III NL_Datasheet_Ch_mail.rar
模块第二版本在调试时确认模块的真假过程
关于UM220-III NL模块，在输入命令时没有应答语句，怎么辨别标签的信息是该公司的产品。谢谢！
UM220-Ⅲ NL P/N080101003100 7913011417 05863版本为仿真品造成的，该版本似为ublox版本，能在u-center_v8.20软件上可以控制冷启动等，却打着北斗和芯星通的旗号，虽然能用，但却欺骗消费者。电子爱好者请在购买时多加注意了！
UM220-Ⅲ NL P/N080101003100 7913011417 05863版本输出语句如下：
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,MA=CASIC*27
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,HW=AT6558,0051105122042*6F
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,IC=AT6558-5N-30-1C500000,ZJ5J824-54-001081*37
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,SW=URANUS4,V4.2.4.1*19
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,TB=2015-11-23,09:58:06*4F
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,MO=GB*77
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,BS=SOC_BootLoader,V6.0.0.3*37
??:??:?? $GNGGA,,,,,,0,00,25.5,,,,,,*64
??:??:?? $GNRMC,,V,,,,,,,,,,N*4D
??:??:?? $GNVTG,,,,,,,,,N*2E
??:??:?? $GNZDA,,,,,,*56
??:??:?? $GPTXT,01,01,01,ANTENNA OK*35
北京官方答复如下（仅供参考）：
我司模块是没有GPTXT这条语句，这个不是我司模块。我司模块标签上面会有SN号每块模块上的SN都不一样（代表模块的ID）。如果SN号都一致说明非我司产品。
串口2是模块的6、7两个引脚，模块串口的默认波特率为9600。模块串口1和串口2输出的数据是相同的。模块在上电时会输出数据头（如下面所示里面包含模块PN、SN、HW和FW）。如果没有数据头则不是我司模块。命令后面需要以回车换行结尾。请确认如上信息，如果还是未解决可电话联系我。
UM220-III L G1B1 COM1
PN 080101002000
SN 581301134101040
HWVer V1.3
FWVer R1.50Build10516
Copyright (c) 2009-2013, Unicore Communications Inc.
All rights reserved.
$GNRMC,235958.000,V,0000.000000,N,00000.000000,E,0.000,0.000,,,E,N*2D
$GNGGA,235958.000,0000.000000,N,00000.000000,E,0,00,127.000,0.000,M,0,M,,*69
$GNGLL,0000.000000,N,00000.000000,E,235958.000,V,N*5F
$GNGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,127.000,127.000,127.000*2A
$GNGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,127.000,127.000,127.000*2A
$GPGSV,1,1,00*79
$BDGSV,1,1,00*68
海滨/AE部/ 和芯星通科技（北京）有限公司
本人在测试ublox ct1612上电后语句输出
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,u-blox ag - www.u-blox.com*50
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,HW UBX-G60xx 00040007 FFF9FFFFp*5D
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,ROM CORE 7.03 (45969) Mar 17 2011 16:18:34*59
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,ANTSUPERV=AC SD PDoS SR*20
??:??:?? $GPTXT,01,01,02,ANTSTATUS=DONTKNOW*33
??:??:?? $GPRMC,,V,,,,,,,,,,N*53
??:??:?? $GPVTG,,,,,,,,,N*30
??:??:?? $GPGGA,,,,,,0,00,99.99,,,,,,*48
??:??:?? $GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,99.99,99.99,99.99*30
??:??:?? $GPGGA,,,,,,0,00,99.99,,,,,,*48
??:??:?? $GPGSA,A,1,,,,,,,,,,,,,99.99,99.99,99.99*30
三种模块定位效果图（本次试验同一时间、同一地点，窗前试验，平台不同，可能略微差别，数据仅供参考）
3种不同芯片外观对比图片.rar
1、北斗和芯星通正品芯片（卫星显示红绿分明，卫星数量多达14颗且可以修改串口输出波特率，信号综合接受能力强）注意：该芯片与仿真芯片的区别
2、北斗和芯星通仿真品芯片（卫星只显示绿色，卫星数量10颗，不可以修改串口输出波特率，只有一个串口，可由U Center 8.20控制热启动等）
3、ublox ct1612模块（模块接收信号能力弱，天气晴朗时，信号强度还可以）
3组参数对比.rar
根据上面面的三组参数综合数据分析：
1、北斗和芯星通正品芯片值得使用，双模接收信号能力强，串口波特率修改方便。
2、和芯星通仿真品芯片接收信号能力也是比较强的，但由于区分北斗和ublox信号能力差，在不考虑修改波特率的情况下也可以采用此类芯片。
3、ublox ct1612模块接收信号时天气等因素起决定性。
结论：在成本相当的情况下，双模北斗正品芯片作为航模试验、导航、校时等是最佳的选择。
11、总结
每一次的电路板设计都花费了个人的大量精力和心血，然而在原理设计、绘制PCB、调试的整个过程中，乐在其中，对自己以后的发展都有增进之处。本拓展端口PCB板设计尺寸小，比较精简，尚未设计5V电源适配器DC005接口及与计算机通信用的RS232接口，应该说是一种遗憾。暂时可以采用外接USB接口通信FR232，PL2302，CH341模块或RB9接口的RS232转接模块连接电脑。
调试心得之一：模块调试通电试验后，出现信号接收不正常，经过语句分析 发现天线焊接对地电阻几十欧姆，拆卸检查天线贴片元件，重新焊接效果依旧，电烙铁升温后蘸点松香，对BD模块天线输出端再次修焊，问题得到解决。如下图，左图显示ANTENNA SHORT天线对地短路了，通电时间不宜过长，否则易烧坏模块；右图显示ANTENNA OK表示工作正常。
原因分析：①焊接过后可能采用酒精95%纯度清洁。②焊锡膏使用量过度。
调试心得之二：在单片机串口通信调试过程中，数据接收出现乱码，程序下载出现错误且12864屏显示界面混乱不稳定现象。原因分析：①检查供电电源 ②液晶模块 ③重新设置波特率④更换晶振等等。最终解决办法：其一、外部电源采用1片7805稳压芯片，功耗大，不足以满足液晶屏和拓展北斗 (UM220-Ⅲ N)端口板。其二、MCU经过多次下载、热插拔或静电造成的损伤，更换模块。电子产品切记：时刻消除静电，禁止热插拔。
调试心得之三:连续调试3天，发现TXD2,RXD2没有信号输出，用万用表测电平没有反应，以为板子设计的端口有问题，无奈之下重新焊接了第二块板子，结果还是一样。原因分析：该型号的北斗(UM220-Ⅲ NL P/N080101003100 7913011417 05863)不支持串口2输出，故大家选购时请注意了。话说回来，北斗的串口1输出的定位速度还是蛮快的冷启动也就是20s。
本人采购的第二批(UM220-Ⅲ NL 34090）但愿是真品。20161020拿到手后，结果是正品，效果真的很好，波特率串口支持修改及双串口等优势。
调试心得之四：电池充电的电路适当的修改效果会更好，关于稳压管与电阻的匹配性必须考虑，电阻选择大了，起不到稳压效果，太小了稳压管又容易烧坏。在本电路的设计原理图中，其一、R1,R2设计的10k和5.1k，不用后面的稳压管DZ1效果会更好；其二、将R2选用330欧姆，R1焊接旁路电容104，DZ1为3v3，效果也挺好！在焊接时两种情况可以任选其一。
调试心得之五：在为ms621电池充电的电阻从330应改为20k，经过这次的资料分析，电池的充电电流最好不要超过0.015mA，根据电压分配原则，电池标准电压3.0V，充电电压3.3V，故中间值(3.3-3.0)/20k=0.015 mA,在电压变化时，对电池寿命影响微乎其微。所以设计不是恒流源为电池充电，最好做一下计算会更安全可靠。
该端口(UM220-Ⅲ N)拓展板，带4个螺栓固定孔，PCB板尺寸50mm*40mm。对于PCB板的器件布置、走线和设计功能仍存在不完善之处，寄希望于产品端口设计及应用达到一个高水准水平，欢迎各界人士提出改进意见（邮箱：66243335@qq.com）。
总之，我很高兴能够参加立创商城举办的电子制作节，也非常感谢商城为我们这些电子爱好者搭建的平台。既能与大家交流，开拓视野，又能展现自己，改善学习方法，在学到新知识的同时，又能了解与参赛选手的差距，树立新的研究方向。
最后，希望立创商城及嘉立创做大做强，走出国门，拓展世界。
11后记
最初的设计理念源于第一版自万年历，晶振误差，造成走时偏差。其中万年历显示部分由1.8英寸数码管时、分、秒，0.56英寸数码管年、月、日、星期、农历、带小数点温度，共22位数码管构成，该版设计的万年历采用基于美国GPS卫星UBLOX模块。美国GPS卫星定位授时万年历的一体化模块，虽已经成功完成调试和正常运行，但设计端口布置，按键布置，电源设计等不太完美，心中略微不爽，进而发展一下北斗卫星模块的应用和功能拓展。
在近期的计划中，本人准备开发一款与该拓展端口板通信的匹配板（插拔型），通过NF2401无线发送卫星授时及其他控制数据，在方圆200米范围内，可以实现数据安全覆盖。
在网上论坛里，本人曾见过贺工设计过4位4英寸数码管的PCB布线比较精简、规范。有感而发，再准备制作一款静态显示6位4英寸大数码管的第二版万年历，用北斗卫星UM220-Ⅲ N模块授时并增加相应的功能，包括：时间设定采用按键模式、红外遥控模式、NF2401无线模块传输北斗(UM220-Ⅲ N)模式或集成于PCB板的北斗(UM220-Ⅲ N)模式，与上位机数据通信模式；显示界面采用切换模式：时—分—秒，年—月—日，农历月—日—星期，温度—湿度。日前，由于NF2401无线通信协议编译程序仍处于调试阶段，第二版万年历PCB开发板尚未做成成品，待后续……，分享于大家！希望众多电子爱好者收获多多，快乐多多……
附第二版6位4英寸PCB样图(感兴趣的朋友可以关注我，完工后将分享大家……）
——葫芦狗熊
20161014
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发表于2016-10-01 17:56:59
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