專利名稱：一種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及船舶自動(dòng)識(shí)別終端系統(tǒng)，尤其是涉及ー種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法。
背景技術(shù)：
船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)(AIS)通過(guò)全球定位系統(tǒng)(GPS)獲取當(dāng)前的位置信息，并將自身的船位，船速，航向等動(dòng)態(tài)信息以及船名，呼號(hào)，吃水及危險(xiǎn)貨物等靜態(tài)資料通過(guò)甚高頻(VHF)頻道向附近船舶及岸臺(tái)廣播。周圍的船舶通過(guò)接收廣播的船舶信息可以及時(shí)掌握附近海域的船舶資料，采取必要的避讓行動(dòng)，提高船舶航行的安全性。
船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備工作過(guò)程為每間隔一段時(shí)間進(jìn)行一次GPS定位，以及周期地按照AIS標(biāo)準(zhǔn)廣播靜態(tài)/動(dòng)態(tài)消息。由于GPS模塊和消息發(fā)送模塊耗電量較大,若船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備的各個(gè)模塊持續(xù)工作，則設(shè)備的耗電量將增大。由于小型船只沒(méi)有對(duì)AIS終端設(shè)備持續(xù)供電的能力，AIS終端設(shè)備設(shè)計(jì)為通過(guò)可充電電池供電維持工作，因此設(shè)備待機(jī)時(shí)間成為衡量船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備質(zhì)量好壞的ー個(gè)重要指標(biāo)。而各個(gè)模塊長(zhǎng)開(kāi)將嚴(yán)重縮短設(shè)備待機(jī)時(shí)間。由此，需要研發(fā)ー種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)控制船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備各個(gè)模塊的上電、斷電，以及控制模塊的休眠，在不影響設(shè)備正常工作的情況下，降低設(shè)備功耗，提高設(shè)備待機(jī)時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明特別研發(fā)ー種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法。采用本方法可解決船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備的待機(jī)時(shí)間問(wèn)題，通過(guò)合理控制各個(gè)模塊供電工作、斷電休眠來(lái)降低設(shè)備的功耗，從而提高設(shè)備待機(jī)時(shí)間。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是ー種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法，其特征在于，通過(guò)控制各個(gè)模塊供電工作、斷電休眠來(lái)降低設(shè)備的功耗，其步驟如下
(一).在船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備正常工作模式，ARM控制模塊給GPS模塊供電，等待GPS定位;
(ニ). GPS定位完成后，ARM控制模塊解析GPS模塊提供的位置消息，并組織AIS消息；ARM控制模塊通過(guò)GPS模塊提供的時(shí)間消息完成時(shí)間同步操作，然后關(guān)閉GPS模塊主電源，GPS模塊休眠；
(三).在GPS完成定位以及ARM控制模塊組織完成AIS消息后，消息發(fā)送模塊在設(shè)備時(shí)間同步的基礎(chǔ)上等待至消息發(fā)送時(shí)隙，開(kāi)始發(fā)送消息，此時(shí)射頻模塊供電，發(fā)送消息完畢后，射頻模塊關(guān)閉，射頻模塊休眠；
(四).若設(shè)備正常工作過(guò)程中檢測(cè)到用戶按鍵，控制模塊分析用戶按鍵需執(zhí)行的操作，在完成對(duì)應(yīng)t呆作后休眠；
(五).當(dāng)ARM控制模塊判定GPS定位完成，消息發(fā)送完成，按鍵響應(yīng)完成后，ARM控制模塊設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC中斷，用于將控制模塊從休眠中喚醒，然后ARM控制模塊進(jìn)入休眠模式，至此，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備所有模塊都進(jìn)入休眠；
(六).休眠過(guò)程中，若用戶按下按鍵，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備將從休眠中喚醒并進(jìn)入正常工作模式，重新檢測(cè)是否需要GPS定位、消息發(fā)送以及相應(yīng)按鍵操作，若沒(méi)有任務(wù)則繼續(xù)休眠；休眠中若RTC時(shí)鐘到達(dá)定時(shí)，產(chǎn)生中斷喚醒ARM控制模塊，則設(shè)備進(jìn)入正常工作模式。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)基于船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備，在ARM控制模塊的控制下，ARM控制模塊給GPS模塊供電并等待GPS定位。獲取GPS位置信息后，控制模塊周期地控制射頻模塊通過(guò)VHF天線廣播位置消息。控制面板可用于設(shè)備開(kāi)關(guān)機(jī)和發(fā)送告警消息，控制面板通過(guò)LED燈指示工作狀態(tài)。ARM控制模塊通過(guò)在GPS模塊和射頻模塊不需要工作的時(shí)候關(guān)閉模塊電源，以及在待機(jī)過(guò)程中休眠ARM控制模塊自身，來(lái)降低設(shè)備功耗。并且低功耗待機(jī)中的設(shè)備仍可正常使能，可正常發(fā)送消息、定位以及開(kāi)、關(guān)機(jī)等操作。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是通過(guò)本方法，使船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備工作過(guò)程的大部分時(shí)間處于休眠模式，各個(gè)模塊斷電，ARM控制模塊進(jìn)入休眠模式，整機(jī)的耗電電流僅2 3mA，極大地増加了設(shè)備待機(jī)時(shí)間，延長(zhǎng)了船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備一次充電的可使用時(shí)間，達(dá)到了降低設(shè)備功耗的目的。


圖1為本發(fā)明船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備構(gòu)成框圖。圖2為本發(fā)明船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備時(shí)鐘校準(zhǔn)及補(bǔ)償模塊的電路原理圖。圖3為本發(fā)明船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備GPS模塊電路原理圖。圖4為本發(fā)明船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備低功耗休眠架構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為了更清楚的理解本發(fā)明，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明參照?qǐng)D1，本發(fā)明的船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備包括由協(xié)議棧、消息發(fā)送模塊、GPS控制模塊和休眠控制模塊構(gòu)成的ARM控制模塊、射頻模塊、GPS模塊、時(shí)鐘模塊、控制面板和電源模塊，ARM控制模塊分別與射頻模塊、GPS模塊、時(shí)鐘模塊、控制面板及電源模塊連接，電源模塊分別與射頻模塊、GPS模塊、時(shí)鐘模塊及控制面板連接。本發(fā)明各模塊的功能如下
1)射頻模塊為通用公知的模塊，用于在AISA/B信道廣播靜態(tài)/動(dòng)態(tài)消息；
2)GPS模塊用于解析GPS位置信息，并提供UTC時(shí)間信息；
3)控制面板用于人機(jī)接ロ，用戶通過(guò)面板按鍵操作設(shè)備，通過(guò)LED燈觀察當(dāng)前工作狀
態(tài)；
4)時(shí)鐘模塊用于為ARM控制芯片提供主時(shí)鐘和RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘；
5)電源模塊用于為各個(gè)模塊供電；
6)ARM控制模塊用于控制整個(gè)終端設(shè)備工作，其中，時(shí)鐘校準(zhǔn)模塊用于通過(guò)GPS提供的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間校準(zhǔn)自身時(shí)鐘；時(shí)鐘補(bǔ)償模塊用于通過(guò)周期地修正本地時(shí)間來(lái)完成對(duì)本地時(shí)鐘誤差的補(bǔ)償；消息發(fā)送模塊用于按照AIS協(xié)議周期的發(fā)送AIS靜態(tài)、動(dòng)態(tài)消息；GPS控制模塊用于控制GPS芯片的開(kāi)關(guān)，以及解析GPS消息等；休眠控制模塊用于在設(shè)備空閑時(shí)，關(guān)閉不需要的部分，降低系統(tǒng)功耗。協(xié)議棧用于按照AIS國(guó)標(biāo)對(duì)消息編碼等操作。參照?qǐng)D2，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備的ARM控制模塊采用STM32F103RCT6控制芯片N5，時(shí)鐘模塊采用為控制芯片N5提供主時(shí)鐘的DSA321G_12. OM無(wú)源晶振芯片N2以及為控制芯片N5提供RTC時(shí)鐘的DST310S-32. 768KHz無(wú)源晶振芯片N4，其中無(wú)源晶振芯片N2的兩端分別與控制芯片N5的5腳和6腳連接，并分別通過(guò)電容C6和電容C7接地；無(wú)源晶振芯片N4的兩端分別與控制芯片N5的3腳和4腳連接，并分別通過(guò)電容C8和電容C17接地。船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備的時(shí)鐘模塊由兩部分提供，STM32F103CT6為ARM7核的設(shè)備控制芯片N5，用于控制整個(gè)船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備工作。芯片N2為DSA321G_12. OM無(wú)源晶振，為控制芯片N5提供主時(shí)鐘；晶振外部接兩個(gè)電容C6和電容C7到地，用于微調(diào)晶振頻率。芯片N4為DST310S-32. 768KHz無(wú)源晶振，為控制芯片N5提供RTC時(shí)鐘，晶振外部接兩個(gè)電容CS和電容C17到地，用于微調(diào)晶振頻率。當(dāng)船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備進(jìn)入低功耗休眠模式時(shí)，主時(shí)鐘停止工作，此時(shí)設(shè)備的時(shí)間同步維持由RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘維持。當(dāng)設(shè)備從休眠過(guò)程中喚醒時(shí)，主時(shí)鐘啟動(dòng)并接替RTC時(shí)鐘繼續(xù)維持設(shè)備的時(shí)間同步狀態(tài)。參照?qǐng)D3，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備的GPS模塊采用ー個(gè)用于通過(guò)GPS天線計(jì)算GPS的位置消息和時(shí)間消息的NE0-5M芯片N13，芯片N13的20腳和21腳分別通過(guò)電阻R78和電阻R77以及電阻R80和電阻R81與所述的控制芯片N5的17腳和16腳連接，其中電阻R78和電阻R77的一端以及電阻R80和電阻R81的一端分別通過(guò)電容ClOO和電容ClOl接地；芯片NI3的22腳通過(guò)電阻R82接3. 3V電源，芯片NI3的23腳通過(guò)三極管VTll的集電極、發(fā)射極與電阻R85相接后接3. 3V電源，電阻R85與三極管VTll的基極連接后通過(guò)電阻R86連接三極管N14的集電極，再通過(guò)三極管N14的基極與所述的控制芯片N5的11腳連接，三極管N14的發(fā)射極接地，芯片N13的3腳通過(guò)電阻R83電阻R84與控制芯片N5的15腳連接，電阻R83電阻R84通過(guò)電容C102接地，芯片N13的8腳和9腳連接后通過(guò)電阻R79和電感L17與芯片N13的11腳連接，連接后接ANT-GPS有源天線，然后接地，芯片N13的7腳、10腳、12腳、13腳、14腳和24腳接地。船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備的GPS模塊采用NE0-5M芯片N13，ARM控制模塊通過(guò)串ロ和GPS模塊進(jìn)行通信。其中NE0-5M芯片N13為GPS模塊負(fù)責(zé)通過(guò)GPS天線計(jì)算GPS的位置消息和時(shí)間消息。NE0-5M芯片N13的20和21管腳為GPS模塊的串ロ，分別與STM32F103CT6控制芯片N5的16和17管腳連接，用于通過(guò)串ロ周期的向STM32F103CT6控制芯片N5發(fā)送GPS位置消息和時(shí)間消息。NE0-5M芯片N13的22管腳為GPS模塊的備用電源，23管腳為GPS模塊的主電源。主電源通過(guò)2SB1132三極管VTll和DTCl 14EE三極管N14與STM32F103CT6控制芯片N5管腳11連接。當(dāng)STM32F103CT6控制芯片N5控制管腳11為高電平時(shí)，DTCl 14EE三極管N14集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，進(jìn)而控制2SB1132三極管VTll的集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，從而給NE0-5M芯片N13的主電源供電。同理，當(dāng)控制芯片N5控制管腳11為低電平時(shí)，DTCl 14EE三極管N14集電極和發(fā)射極截止，進(jìn)而控制2SB1132的集電極和發(fā)射極截止，從而控制NE0-5M芯片N13的主電源斷電。因NE0-5M芯片N13只要備用電源供電，在主電源斷電的情況下，仍可保存相關(guān)定位消息，所以STM32F103CT6控制芯片N5通過(guò)控制管腳11低電平關(guān)閉NE0-5M芯片N13，降低功耗。在需要GPS模塊定位時(shí)，通過(guò)STM32F103CT6控制芯片N5控制管腳11高電平打開(kāi)NE0-5M芯片N13，GPS模塊熱啟動(dòng)，快速完成定位。器件ANT-GPS為有源GPS天線，NE0-5M芯片N13通過(guò)管腳9和11與有源GPS天線連接，并以此完成定位。NE0-5M芯片N13的管腳3在GPS模塊定位后輸出秒脈沖，用于提供精確的UTC時(shí)間，此管腳和ARM的15管腳連接，ARM端通過(guò)此秒脈沖完成本地時(shí)鐘同步等操作。參照?qǐng)D4，以下描述船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備休眠和喚醒的過(guò)程
步驟100 :在船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備正常工作模式，ARM控制模塊給GPS模塊供電，等待GPS定位；
步驟101 =GPS定位完成后，ARM控制模塊解析GPS模塊提供的位置消息，并組織AIS消息；ARM控制模塊通過(guò)GPS模塊提供的時(shí)間消息完成時(shí)間同步操作，然后關(guān)閉GPS模塊主電源，GPS模塊休眠；
步驟102 :在GPS完成定位以及ARM控制模塊組織完成AIS消息后，消息發(fā)送模塊在設(shè)備時(shí)間同步的基礎(chǔ)上等待至消息發(fā)送時(shí)隙，開(kāi)始發(fā)送消息，此時(shí)射頻模塊供電，發(fā)送消息完畢后，射頻模塊關(guān)閉，射頻模塊休眠；
步驟103 :若設(shè)備正常工作過(guò)程中檢測(cè)到用戶按鍵，控制模塊分析用戶按鍵需執(zhí)行的操作，在完成對(duì)應(yīng)操作后休眠；
步驟104 :當(dāng)ARM控制模塊判定GPS定位完成，消息發(fā)送完成，按鍵響應(yīng)完成后，ARM控制模塊設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC中斷，用于將控制模塊從休眠中喚醒，然后ARM控制模塊進(jìn)入休眠模式，至此，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備所有模塊都進(jìn)入休眠，休眠下電流僅2 3mA ;
步驟105 :休眠過(guò)程中，若用戶按下按鍵，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備將從休眠中喚醒并進(jìn)入正常工作模式，重新檢測(cè)是否需要GPS定位、消息發(fā)送以及相應(yīng)按鍵操作，若沒(méi)有任務(wù)則繼續(xù)休眠；休眠中若RTC時(shí)鐘到達(dá)定吋，產(chǎn)生中斷喚醒ARM控制模塊，則設(shè)備進(jìn)入正常工作模式。本方法實(shí)現(xiàn)了在不影響正常工作的前提下，使船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備在休眠狀態(tài)下耗電量?jī)H2 3mA，極大地延長(zhǎng)了待機(jī)時(shí)間。本發(fā)明有利于AIS設(shè)備的小型化，適用范圍廣，具有推廣價(jià)值。根據(jù)上述說(shuō)明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。
權(quán)利要求
1.一種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法，其特征在于，通過(guò)控制各個(gè)模塊供電工作、斷電休眠來(lái)降低設(shè)備的功耗，其步驟如下(一).在船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備正常工作模式，ARM控制模塊給GPS模塊供電，等待GPS 定位;(二).GPS定位完成后，ARM控制模塊解析GPS模塊提供的位置消息，并組織AIS消息； ARM控制模塊通過(guò)GPS模塊提供的時(shí)間消息完成時(shí)間同步操作，然后關(guān)閉GPS模塊主電源， GPS模塊休眠；(三).在GPS完成定位以及ARM控制模塊組織完成AIS消息后，消息發(fā)送模塊在設(shè)備時(shí)間同步的基礎(chǔ)上等待至消息發(fā)送時(shí)隙，開(kāi)始發(fā)送消息，此時(shí)射頻模塊供電，發(fā)送消息完畢后，射頻模塊關(guān)閉，射頻模塊休眠；(四).若設(shè)備正常工作過(guò)程中檢測(cè)到用戶按鍵，控制模塊分析用戶按鍵需執(zhí)行的操作， 在完成對(duì)應(yīng) 呆作后休眠；(五).當(dāng)ARM控制模塊判定GPS定位完成，消息發(fā)送完成，按鍵響應(yīng)完成后，ARM控制模塊設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC中斷，用于將控制模塊從休眠中喚醒，然后ARM控制模塊進(jìn)入休眠模式，至此，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備所有模塊都進(jìn)入休眠；(六).休眠過(guò)程中，若用戶按下按鍵，船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備將從休眠中喚醒并進(jìn)入正常工作模式，重新檢測(cè)是否需要GPS定位、消息發(fā)送以及相應(yīng)按鍵操作，若沒(méi)有任務(wù)則繼續(xù)休眠；休眠中若RTC時(shí)鐘到達(dá)定時(shí)，產(chǎn)生中斷喚醒ARM控制模塊，則設(shè)備進(jìn)入正常工作模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法，其特征在于，所述的船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備包括由協(xié)議棧、消息發(fā)送模塊、GPS控制模塊和休眠控制模塊構(gòu)成的ARM控制模塊、射頻模塊、GPS模塊、時(shí)鐘模塊、控制面板和電源模塊，所述的 ARM控制模塊分別與射頻模塊、GPS模塊、時(shí)鐘模塊、控制面板及電源模塊連接，電源模塊分別與射頻模塊、GPS模塊、時(shí)鐘模塊及控制面板連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法，其特征在于，所述的ARM控制模塊采用STM32F103RCT6控制芯片Ν5，時(shí)鐘模塊采用為控制芯片Ν5提供主時(shí)鐘的DSA321G_12. OM無(wú)源晶振芯片N2以及為控制芯片N5提供RTC時(shí)鐘的 DST310S-32. 768KHz無(wú)源晶振芯片N4，其中無(wú)源晶振芯片N2的兩端分別與控制芯片N5的 5腳和6腳連接，并分別通過(guò)電容C6和電容C7接地；無(wú)源晶振芯片N4的兩端分別與控制芯片N5的3腳和4腳連接，并分別通過(guò)電容C8和電容C17接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法，其特征在于，所述的GPS模塊采用一個(gè)用于通過(guò)GPS天線計(jì)算GPS的位置消息和時(shí)間消息的 NEO-5M芯片N13，芯片N13的20腳和21腳分別通過(guò)電阻R78和電阻R77以及電阻R80和電阻R81與所述的控制芯片N5的17腳和16腳連接，其中電阻R78和電阻R77的一端以及電阻R80和電阻R81的一端分別通過(guò)電容ClOO和電容ClOl接地；芯片N13的22腳通過(guò)電阻R82接3. 3V電源，芯片N13的23腳通過(guò)三極管VTll的集電極、發(fā)射極與電阻R85相接后接3. 3V電源，電阻R85與三極管VTll的基極連接后通過(guò)電阻R86連接三極管N14的集電極，再通過(guò)三極管N14的基極與所述的控制芯片N5的11腳連接，三極管N14的發(fā)射極接地，芯片N13的3腳通過(guò)電阻R83電阻R84與控制芯片N5的15腳連接，電阻R83電阻R84 通過(guò)電容C102接地，芯片N13的8腳和9腳連接后通過(guò)電阻R79和電感L17與芯片N13的11腳連接，連接后接ANT-GPS有源天線，然后接地，芯片N13的7腳、10腳、12腳、13腳、14 腳和24腳接地 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)低功耗待機(jī)的方法。本方法通過(guò)控制各個(gè)模塊供電工作、斷電休眠來(lái)降低設(shè)備的功耗。通過(guò)本方法，使船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備工作過(guò)程的大部分時(shí)間處于休眠模式，各個(gè)模塊斷電，ARM控制模塊進(jìn)入休眠模式，整機(jī)的耗電電流僅2～3mA，極大地增加了設(shè)備待機(jī)時(shí)間，延長(zhǎng)了船舶自動(dòng)識(shí)別終端設(shè)備一次充電的可使用時(shí)間，達(dá)到了降低設(shè)備功耗的目的。本發(fā)明有利于AIS設(shè)備的小型化，適用范圍廣，具有推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)G05B19/04GK103021202SQ20121049418
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者郭長(zhǎng)勇, 張健, 李輝輝, 張財(cái)元, 程樹(shù)軍, 徐旭曉 申請(qǐng)人:天津七一二通信廣播有限公司