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拓展北斗卫星(UM220-Ⅲ N)集成通信模块(终稿) 本帖主对外承接开发, 联系作者
葫芦狗熊
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该帖子为嘉立创认证过的开发案例,案例是对作者实际开发产品的介绍,您可以通过这些案例去找到和自己产品相关的一些方案或解决途径。 查看更多案例 >>
发表于2016-10-01 17:56:59 | 显示全部楼层
1# 电梯直达

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并提出宝贵意见!感谢感谢。  

有需要该板子的可以联系我,还剩2块板子,留下您的收货地址,只需付个邮费


拓展北斗卫星(UM220- N)集成通信模块-- 说明书

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64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- 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- 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I2CSPI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I2CSPI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:


电源开/关控制电路

主要控制北斗拓展板的启停,由J1R3R5Q1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

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。

电池充放电电路

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DT2R4BAT1充电,BAT1DT1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BAT1DT1V_BCKP提供备用电源,保持BD1芯片供电的连续性。

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。

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L1R14有效的解决了此类问题,最好在L1(标准68nh)R14之间增加2104 电容,效果更好。

TXD2\RXD2通信5V/3.3V输入输出转换电路

R11R12R18R19DZ2DZ3J3组成,R18R19起到限流作用,DZ2DZ3防止电压过冲,其中R11上拉电阻可以不用内部已经上拉

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。

TXD1\RXD1通信5V/3.3V输入输出转换电路带通信指示灯

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。

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

R10PPSQ2R6组成, 信号正常时R10PPStimepluse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 3.3V电源输出端子,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。

 

6PCB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,3s10s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。

10UM220-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- 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- 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67两个引脚,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PNSNHWFW)。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)

 3ublox 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。

3ublox 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FR232PL2302CH341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17805稳压芯片,功耗大,不足以满足液晶屏和拓展北斗 (UM220- 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- 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- 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10k5.1k,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104DZ13v3,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- 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44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64英寸大数码管的第二版万年历,用北斗卫星UM220- 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- N)模式或集成于PCB板的北斗(UM220- 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64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






模仿+改良=创新
hong
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发表于2016-10-02 00:15:56   |  显示全部楼层
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