支持MQTT物联网协议的高精度RTK接收装置和系统
阅读：473发布：2020-05-11
专利汇可以提供支持MQTT物联网协议的高精度RTK接收装置和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 适用于 物联网 技术领域，提供了一种支持MQTT物联网协议的高 精度 RTK接收装置和系统，所述实时动态接收装置包括：嵌入式 微处理器 以及与所述嵌入式微处理器连接的通讯单元和 定位 单元；所述通讯单元用于通过联网获取基准站的观测值和站坐标信息；所述定位单元用于接收全球卫星 导航系统 的卫星 信号 ；所述嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述 卫星信号 应用实时动态 算法 获取定位结果。本发明中，嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果，定位精度高，功耗低，体积小。，下面是支持MQTT物联网协议的高精度RTK接收装置和系统专利的具体信息内容。
1.一种实时动态接收装置，其特征在于，包括：嵌入式微处理器以及与所述嵌入式微处理器连接的通讯单元和定位单元；
所述通讯单元用于通过联网获取基准站的观测值和站坐标信息；
所述定位单元用于接收全球卫星导航系统的卫星信号；
所述嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
2.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器通过第一串口与所述定位单元连接，通过第二串口与所述通讯单元连接。
3.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述定位单元包括全球卫星导航系统芯片和惯性测量单元；所述全球卫星导航系统芯片用于接收所述卫星信号，所述惯性测量单元获取惯性导航数据；所述嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息、所述卫星信号以及所述惯性导航数据应用实时动态算法获取定位结果。
4.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器通过串行外设接口与外部闪存连接，用于存储本地日志及配置文件。
5.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器中包括一非易失性闪存，用于存储实时动态算法代码，实现实时动态算法运行的零等待。
6.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述通讯单元同时支持长期演进、通用移动通信系统和全球移动通信系统/通用分组无线服务技术网络的连接。
7.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器包括网络接口适配模块、定时模块、程序调度模块以及运算模块；
所述网络接口适配模块用于与所述通讯单元进行通讯；所述定时模块用于处理程序超时及其回调函数；所述运算模块用于根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果；所述程序调度模块用于调用所述运算模块以及各消息的处理。
8.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器还包括低功耗处理模块，用于控制所述嵌入式微处理器在不影响性能情况下工作于低功耗模式。
9.根据权利要求8所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述低功耗处理模块可以控制所述嵌入式微处理器处于三种不同的低功耗模式。
10.根据权利要求1所述的实时动态接收装置，其特征在于，所述嵌入式微处理器还包括即时通讯模块，用于进行物联网通讯，提供不同等级的通讯服务。
11.一种实时动态接收系统，其特征在于，包括如权利要求1-10之一所述的实时动态接收装置、以及包括多个基准站的全球卫星导航系统，其中：
所述实时动态接收装置通过联网获取所述基准站的观测值和站坐标信息，并且接收所述全球卫星导航系统的卫星信号，进而根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
支持MQTT物联网协议的高精度RTK接收装置和系统
技术领域
[0001] 本发明属于物联网技术领域，尤其涉及一种实时动态接收装置以及系统，以支持MQTT物联网协议。
背景技术
[0002] 随着卫星定位技术的快速发展，人们对快速高精度位置信息的需求也日益强烈。而目前使用最为广泛的高精度定位技术就是实时动态(Real-TimeKinematic，RTK)定位，RTK技术的关键在于使用了全球定位系统(Global Positioning System，GPS)的载波相位观测量，并利用了参考站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度(分米甚至厘米级)的定位。
[0003] 随着RTK技术运用日益广泛，自动驾驶，无人机，智能联网网技术的迅猛发展，使得对小体积，低功耗，高精度的终端装置的需求日益迫切。而全球卫星定位系统的高精度接收装置其体积较大，价格高昂，使用不方便，不适合迅速普及的自动驾驶、智能物联网(Artificial Intelligence Internet of Things，AIOT)等应用的现状。
发明内容
[0005] 一种实时动态接收装置，包括：嵌入式微处理器以及与所述嵌入式微处理器连接的通讯单元和定位单元；
[0006] 所述通讯单元用于通过联网获取基准站的观测值和站坐标信息；
[0009] 优选地，所述嵌入式微处理器通过第一串口与所述定位单元连接，通过第二串口与所述通讯单元连接。
[0010] 优选地，所述定位单元包括全球卫星导航系统芯片和惯性测量单元；所述全球卫星导航系统芯片用于接收所述卫星信号，所述惯性测量单元获取惯性导航数据；所述嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息、所述卫星信号以及所述惯性导航数据应用实时动态算法获取定位结果。
[0012] 优选地，所述嵌入式微处理器中包括一非易失性闪存，用于存储实时动态算法代码，实现实时动态算法运行的零等待。
[0013] 优选地，所述通讯单元同时支持长期演进、通用移动通信系统和全球移动通信系统/通用分组无线服务技术网络的连接。
[0014] 优选地，所述嵌入式微处理器包括网络接口适配模块、定时模块、程序调度模块以及运算模块；
[0015] 所述网络接口适配模块用于与所述通讯单元进行通讯；所述定时模块用于处理程序超时及其回调函数；所述运算模块用于根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果；所述程序调度模块用于调用所述运算模块以及各消息的处理。
[0016] 优选地，所述嵌入式微处理器还包括低功耗处理模块，用于控制所述嵌入式微处理器在不影响性能情况下工作于低功耗模式。
[0017] 优选地，所述低功耗处理模块可以控制所述嵌入式微处理器处于三种不同的低功耗模式。
[0018] 优选地，所述嵌入式微处理器还包括即时通讯模块，用于进行物联网通讯，提供不同等级的通讯服务。
[0019] 本发明还提供一种实时动态接收系统，所述实时动态接收系统包括实时动态接收装置、以及包括多个基准站的全球卫星导航系统，其中：
[0020] 所述实时动态接收装置通过联网获取所述基准站的观测值和站坐标信息，并且接收所述全球卫星导航系统的卫星信号，进而根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
[0022] 图1为本发明第一实施例提供的一种实时动态接收装置的结构示意图；
[0023] 图2为本发明第一实施例提供的一种实时动态接收装置的一优选方式的结构示意图；
[0024] 图3为本发明第一实施例提供的实时动态接收装置的工作流程示意图；
[0025] 图4为本发明第二实施例提供的一种实时动态接收系统的结构图。
具体实施方式
[0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027] 本发明实施例中，一种实时动态接收装置，包括：嵌入式微处理器以及与所述嵌入式微处理器连接的通讯单元和定位单元；所述通讯单元用于通过联网获取基准站的观测值和站坐标信息；所述定位单元用于接收全球卫星导航系统的卫星信号；所述嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
[0028] 为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0029] 实施例一：
[0030] 图1示出了本发明第一实施例提供的一种实时动态接收装置的结构示意图，该实时动态接收装置包括：嵌入式微处理器10以及与所述嵌入式微处理器10连接的通讯单元11和定位单元12。
[0031] 所述通讯单元11用于通过联网获取基准站的观测值和站坐标信息。所述定位单元用于接收全球卫星导航系统的卫星信号。所述嵌入式微处理器10根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
[0032] 具体地，所述嵌入式微处理器10通过第一串口与所述定位单元12连接，通过第二串口与所述通讯单元11连接。嵌入式微处理器10通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)与外部闪存连接，用于存储本地日志及配置文件等。嵌入式微处理器10中还包括一非易失性闪存，用于存储实时动态算法代码，实现实时动态算法运行的零等待。非易失性闪存优选为NOR FLASH，当然也可以是NAND Flash，在此不作限制。嵌入式微处理器10内的随机存取存储器(random access memory，RAM)中包括紧耦合内存(Tightly Coupled Memories，TCM)RAM，紧密地耦合至处理器内核，提供与高速缓冲存储器(cache)相当的性能，对提升中央处理器(Central Processing Unit，CPU)运算性能帮助很大。嵌入式微处理器10中还包括一直接内存访问单元(DMA)，可以大大提升MCU的性能。
[0033] 在本发明实施例中，嵌入式微处理器10优选为STM32F7系列微处理器(Microcontroller Unit，MCU)，如STM32F767 32，其中包括128TCM RAM。TCM是一个固定大小的RAM，紧密地耦合至处理器内核，提供与高速缓冲存储器Bit MCU。STM32F767具备512K片上RAM(cache)相当的性能，相比于cache的优点是，程序代码可以精确地控制什么函数或代码放在RAM中的哪个位置。TCM对提升CPU运算性能帮助很大。STM32F767中还包含2M片内NOR FLASH，可以容纳RTK算法及接口相关的平台软件，无需外扩FLASH用于代码存储，并且通过STM32的ART技术可以实现代码运行的零等待周期。STM32F767还具备16通道直接内存访问单元(DMA)，具备16KB CACHE I及16KB CACHE D，以上配置都可以大大提升MCU的性能。
[0034] 所述通讯单元11同时支持长期演进(Long Term Evolution，LTE)、通用移动通信系统(Univetsal Mobile Telecommunications System，UMTS)和全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication，GSM)/通用分组无线服务技术(General Packet Radio Service，GPRS)网络的连接。通讯单元11优选为EC20模块。EC20模块是移远推出的基于高通920X的4G模块，同时支持LTE、UMTS和GSM/GPRS网络，最大上行速率为50Mbps，最大下行速率为100Mbps。EC20支持接收分集技术，通过多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output，MIMO)技术降低误码率。基于以上特点，该4G模块非常适合高精度RTK设备。
[0035] 所述定位单元12包括全球卫星导航系统芯片和惯性测量单元。惯性测量单元至少包括加速度计和陀螺仪。所述全球卫星导航系统芯片用于接收所述卫星信号，可以并发接收多个全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)卫星的信号。所述惯性测量单元获取惯性导航数据。所述嵌入式微处理器10根据所述基准站的观测值和站坐标信息、所述卫星信号以及所述惯性导航数据应用实时动态算法获取定位结果。定位单元12优选为千寻魔方。千寻魔方集成了UBLOX8030 GNSS芯片，BMI055加速度传感器与陀螺仪芯片，通过高速串口与嵌入式微处理器10通讯。8030芯片具备以下特点：最多可并发接收3个GNSS(GPS、伽利略、GLONASS、北斗)，行业领先的-167dBm导航灵敏度，业界最低电流消耗，在城市峡谷中具有绝佳的定位精度。支持所有的卫星增强系统，车载级芯片的工作温度为-40°至+105℃。
[0036] 本实施例中，嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果，定位精度高，功耗低，体积小。
[0037] 嵌入式微处理器10使用FreeRtos实时操作系统，FreeRTOS是一个迷你的实时操作系统内核。作为一个轻量级的操作系统，功能包括：任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理、记录功能、软件定时器、协程等，可基本满足较小系统的需要。具体在本发明实施例中，可以同时运行多个任务，包括网络接口适配层任务(Task)，软件定时器Task，Main RTK Task，RTK算法Task，消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport，MQTT)Task等。
[0038] 因此，在本实施例的一个优选方案中(见图2)，嵌入式微处理器10包括网络接口适配模块101、定时模块102、程序调度模块103以及运算模块104。
[0039] 所述网络接口适配模块101主要用于与所述通讯单元11进行通讯，包括AT命令发送、AT应答接收，以及基于传输控制协议/网络互连协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)的应用层数据处理与解析，以及基于此适配层封装的多通道Socket层。由于网络传输的关键部分由这个Task完成，该Task具备较高的优先级。
[0040] 所述定时模块102用于处理程序超时及其回调函数，即完成软件定时器任务。软件定时器任务是Freertos系统内置的Task，主要处理各个软件定时器的超时及其回调函数等。
[0041] 所述运算模块104用于根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
[0042] 所述程序调度模块103用于调用所述运算模块104以及各消息的处理，即完成Main RTK Task。Main RTK Task是主要的调度Task，负责与用户接口API的通讯，与算法接口的调用逻辑及其它主要消息的处理等。
[0043] 所述嵌入式微处理器10还包括低功耗处理模块105，用于控制所述嵌入式微处理器在不影响性能情况下工作于低功耗模式，主要用于物联网及车载应用，多为电池供电，对功耗及其敏感。所述低功耗处理模块105可以控制所述嵌入式微处理器处于三种不同的低功耗模式。本发明实施例中，低功耗处理模块105主要从两方面着手，在不影响性能的前提下，采取相应的低功耗措施，找到功耗与性能的平衡点。第一，从MCU侧着手，嵌入式微处理器10，如STM32F767，支持三种低功耗模式，它们分别是：SLEEP、STOP和STANDBY，其省电能力依次增强。在SLEEP模式下，只有Cortex-M7内核停止了工作，而外设仍然在运行。在进入SLEEP模式后，所有中断均可唤醒MCU，从而退出SLEEP模式。在STOP模式下，内核停止工作，并且所有的时钟(如HCLK，PCLK1，PCLK2等)也停止工作，即所有外设停止工作，在进入STOP模式后，只有外部中断(EXTI)及RTC模块才能唤醒MCU。在STANDBY模式下，内核、所有的时钟、以及后备1.2V电源全部停止工作。从STANDBY模式中唤醒后，系统相当于执行了一次复位操作，程序会从头来过。第二，从FreeRTOS操作系统侧着手，FreeRTOS在启动任务调度器时，会创建一个IDLE任务，其任务优先级最低，当且仅当所有其它任务均被阻塞时，IDLE任务才会获得CPU使用权。因此，可以很容易想到在IDLE任务里去实现进入与退出STM32F767的低功耗模式，即在切入IDLE任务后，让STM32也进入低功耗模式，而在即将切换出IDLE任务之前，去唤醒STM32。
[0044] 考虑到SLEEP和STOP两者之间的差异，即SLEEP下任何中断均可唤醒STM32，而在STOP下，只能通过外部中断去唤醒，所以，采用了如下的机制：在可确定的将来的一段时间内，如果知道这期间会发生一个非外部中断，这时，就不能让STM32进入STOP模式。因为，一旦进入了STOP，STM32就只能响应外部中断，而不能对非外部中断(如串口、I2C等外设中断)作出响应。本发明实施例提供了两个接口，disable_enter_stop_mode和enable_enter_stop_mode，分别用来告知当前不能进入STOP模式和当前可以进入STOP模式了。降低整个产品功耗的基本思想，就是让FreeRTOS仅可能多的时间处于IDLE任务，让STM32尽可能多的时间处于STOP模式，最终达到尽可能多的降低功耗的目的。
[0045] 所述嵌入式微处理器还包括即时通讯模块106，用于进行物联网通讯，提供不同等级的通讯服务。即时通讯模块106支持消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport，MQTT)物联网协议。MQTT是一个客户端服务端架构的发布/订阅模式的消息传输协议。它的设计思想是轻巧、开放、简单、规范，因此易于实现。这些特点使得它对很多场景来说都是很好的选择，包括受限的环境如机器与机器的通信(M2M)以及物联网环境(IoT)，这些场景要求很小的代码封装或者网络带宽非常昂贵。本协议运行在TCP/IP或其它提供了有序、可靠、双向连接的网络连接上。它有以下特点：
[0046] 1)使用发布/订阅消息模式，提供了一对多的消息分发和应用之间的解耦。2)消息传输不需要知道负载内容。3)提供三种等级的服务质量：.
[0047] “最多一次”，尽操作环境所能提供的最大努力分发消息。消息可能会丢失。例如，这个等级可用于环境传感器数据，单次的数据丢失没关系，因为不久之后会再次发送。
[0048] “至少一次”，保证消息可以到达，但是可能会重复。
[0049] “仅一次”，保证消息只到达一次。例如，这个等级可用在一个计费系统中，这里如果消息重复或丢失会导致不正确的收费。很小的传输消耗和协议数据交换，最大限度减少网络流量异常连接断开发生时，能通知到相关各方。
[0050] 本发明实施例的实时动态接收装置还包括收发移动通信信号的GSM天线、进行移动通信的SIM卡以及向各模块设备提供电源信号的电源。
[0051] 本发明实施例的实时动态接收装置的工作流程如图3所示，包括：
[0052] 步骤S100：开始。
[0053] 步骤S101：系统初始化。具体是指整个实时动态接收装置系统的初始化。
[0054] 步骤S102：串口初始化。包括嵌入式微处理器10与定位单元12之间的第一串口和嵌入式微处理器10与通讯单元11之间的第二串口的初始化。
[0055] 步骤S103：DMA初始化。具体包括位于嵌入式微处理器10中的DMA的初始化。
[0056] 步骤S104：各任务初始化。具体包括程序调度、套接字适应、即时通讯、实时动态算法、软件定时等任务的初始化。
[0057] 步骤S105：开始OS(Operating System，操作系统)调度。具体可以是嵌入式微处理器10使用的Freertos实时操作系统的调度，即可以是后续步骤S106至步骤S110的各任务的调度。步骤S106至步骤S110的任务可以多个同时执行。
[0058] 步骤S106：程序调度。
[0059] 步骤S107：套接字适应。
[0060] 步骤S108：即时通讯。
[0061] 步骤S109：实时动态算法。
[0062] 步骤S110：软件定时。
[0063] 步骤S111：判断是否接收到消息。如果是，则跳转至步骤S113，否则执行步骤S112。
[0064] 步骤S112：阻塞。
[0065] 步骤S113：消息处理。
[0066] 即在进行程度调度任务时，如果接收到程序调度的消息，则进行对应消息的处理，即进行程序调度；否则不进行程序调度相关的任何操作。
[0067] 步骤S114：判断是否接收到消息。如果是，则跳转至步骤S115，否则执行步骤S112。
[0068] 步骤S115：消息处理。
[0069] 即在进行套接字适应的任务时，如果接收到套接字适应相关的消息，则进行对应消息的处理；否则不进行套接字适应相关的任何操作。
[0070] 步骤S116：判断定时器是否超时。如果是，则跳转至步骤S117，否则执行步骤S112。
[0071] 步骤S117：执行超时回调函数。
[0072] 即在进行软件定时器任务时，如果接收到软件定时器相关的消息，则进行对应消息的处理；否则不进行软件定时器相关的任何操作。
[0073] 本实施例中，嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果，定位精度高，功耗低，体积小。
[0074] 其次，使用高性能低功耗的嵌入式MCU做实时动态运算，能够达到低功耗，高性能，便于扩展，便于与惯导算法融合的优点，大大增强了系统灵活性。
[0075] 实施例二：
[0076] 基于上述实施例一，如图4所示，为本发明第二实施例提供的一种实时动态接收系统的结构图，该实时动态接收系统包括：实时动态接收装置41、以及包括多个基准站的全球卫星导航系统42，该实时动态接收装置41的具体结构及工作原理与上述实施例一的描述基本一致，此处不再赘述；
[0077] 实时动态接收装置41通过联网获取所述基准站的观测值和站坐标信息，并且接收所述全球卫星导航系统42的卫星信号，进而根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果。
[0078] 本实施例中，嵌入式微处理器根据所述基准站的观测值和站坐标信息以及所述卫星信号应用实时动态算法获取定位结果，定位精度高，功耗低，体积小。
[0079] 本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
[0080] 专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 北斗多模授时接收装置 | 2020-05-08 | 91 |
| 一种应用于智能终端RTD定位的粗差探测方法及系统 | 2020-05-08 | 840 |
| 一种北斗和GPS卫星信号接收的正直性监测和判决方法 | 2020-05-08 | 341 |
| 一种上行同步方法、终端、以及基站 | 2020-05-08 | 132 |
| 一种卫星系统的音视频传输控制方法、装置及服务器 | 2020-05-08 | 372 |
| 卫星天线对准装置 | 2020-05-08 | 595 |
| 一种基于GPS定位与自动避障的农业机器人的实现方法 | 2020-05-08 | 756 |
| 一种航向角确定方法、系统、电子设备及存储介质 | 2020-05-08 | 957 |
| 一种基于大数据的洪水预报方法 | 2020-05-08 | 24 |
| 一种基于遥感的灌溉水有效利用系数测算方法 | 2020-05-08 | 466 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈