申请/专利权人：丰翼科技(深圳)有限公司

申请日：2017-10-26

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN107659369B

主分类号：H04J3/06

分类号：H04J3/06;H04W88/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2021.08.03#专利申请权的转移;2018.03.06#实质审查的生效;2018.02.02#公开

摘要：本发明涉及一种定位基站时钟同步装置及其同步方法。该定位基站时钟同步装置，GPS单元用于进行定位并输出第一时钟信号；处理单元用于接收所述第一时钟信号，所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；定位单元用于接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步，实现GPS单元与定位单元时钟同步，时钟精度相同，则定位基站的各定位单元的时钟同步，不再如现有技术依赖GPS定位时钟使定位基站的时钟保持同步，无需使用价格昂贵的PLL时钟产生分配芯片，大大降低了成本，而且结构简单，定位准确。

主权项：1.一种定位基站时钟同步装置，其特征是，包括：GPS单元，用于进行定位并输出第一时钟信号；处理单元，用于接收所述第一时钟信号，所述第一时钟信号与GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；定位单元，用于接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与处理单元时钟同步；GPS单元，还用于向所述处理单元输出通知信号，以通知所述处理单元接收所述第一时钟信号；其中，GPS单元分别通过2个PPS端口输出第一时钟信号、通知信号，处理单元经PLL时钟输出口输出第二时钟信号。

全文数据：一种定位基站时钟同步装置及其同步方法技术领域[0001]本发明涉及时钟同步领域，尤其涉及一种定位基站时钟同步装置及其同步方法。背景技术[0002]随着人们对定位精度要求的提高，UWB定位技术由于其精度高达厘米级而越来越受到人们的青睐，一些室内定位:例如工厂自动化管理、监狱安防管理、机器人等领域的需要也越来越明显。鉴于其定位系统的独特性，一个UWB定位系统至少包含一个定位标签Tag+4个定位基站Anchor+定位服务器+路由器可以为有线或者无线，定位基站通过此路由器提供的有线或无线连接与定位服务器通信组成。工作原理为:定位标签Tag在固定的时隙内发送信标信号，各定位基站Anchor截获此信号后，将信号到达时间信息通过路由器传送至定位服务器，然后由定位服务器根据TD0A算法（TimeDifferenceOfArrival对终端进行定位。显然定位的精度主要取决于定位基站Anchor的时间精度和各基站间是否同步。目前用于UWB时间同步的方法是采用无线自同步：系统采用TD0A算法，基站间同步精度决定了系统定位的累计误差和最终精度。通过无线协议中独特的帧结构设计和同步算法，利用UWB无线连接保证了精度高达10-9的系统时钟同步机制。与其他UWB定位方案相比，无需同步器和基站间的有线互联，极大地简化了系统架构，明显地降低了系统成本。[0003]但是该无线自同步系统，开发难度大，周期长，需依赖GPS定位时钟使UWB基站的时钟保持同步，受外界干扰时，容易出现定位不准的问题。常用无线自同步系统通过PLL时钟产生分配芯片启动8MHZ时钟，该芯片价格高，极大的增大了生产成本。[0004]上述问题均急需解决。发明内容[0005]为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种定位基站时钟同步装置及其同步方法。[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种定位基站时钟同步装置，包括：[0007]GPS单元，用于进行定位并输出第一时钟信号；[0008]处理单元，用于接收所述第一时钟信号，所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；[0009]定位单元，用于接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。[0010]定位单元包括UWB芯片，GPS单元可以采用U-BL0X的LEA-6T，是标准的授时型GPS单元，其时间精度非常搞。处理单元MCU采用ST公司的常见的STM32F103,当然也可以是其他的STM32F系列的，而UBX定位芯片采用DECAWAVE公司的DW1000，其定位精度达到±10厘米。它支持高达6.8Mbs的数据传输率，特别适合无线传感器网络ffSN应用。它还有不错的通信距离，直视距离达290米，非直视距离为35米，有助于降低系统成本及对额外基础设施的需求。[0011]进一步的，GPS单元、处理单元与定位单元通过引脚连接。[0012]进一步的，GPS单元还配置用于向所述处理单元输出通知信号，以通知所述处理单元接收所述第一时钟信号。[0013]进一步的，GPS单元分别通过PPS端口输出第一时钟信号、通知信号，处理单元经PLL时钟输出口输出第二时钟信号。[0014]进一步的，处理单元包括用于启动配置GPS单元输出第一时钟信号的内部rc振荡器。[0015]进一步的，处理单元通过UART串口配置GPS单元的寄存器，使GPS单元输出第一时钟信号。[0016]进一步的，处理单元还包括PLL分倍频器、第一时钟选择器、第二时钟选择器、内部RC振荡器、外部晶体振荡器，所述第一时钟选择器经PLL分倍频器分别与外部晶体振荡器、第二时钟选择器、内部RC振荡器连接，第二时钟选择器分别连接所述处理单元的[^0_Pin引脚、第一时钟选择器，外部晶体振荡器分别连接所述处理单元的0SC-IN引脚及0SC-0UT引脚。[0017]进一步的，GPS单兀还包括GPS天线，定位单元还包括UWB天线。[0018]根据本发明的另一个方面，提供了一种定位基站时钟同步方法，包括以下步骤：[0019]GPS单元进行定位并输出第一时钟信号；[0020]处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；[0021]定位单元接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。[0022]进一步的，处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号，包括：[0023]处理单元配置其内部的寄存器，使PLL时钟输出口设置为MC0模式；[0024]处理单元同时配置PLLCLK时钟信号，使PLL时钟输出口输出第二时钟信号。[0025]进一步的，GPS单元首次启动，执行步骤包括:对处理单元与GPS单元之间的关联关系进行配置。[0026]进一步的，对处理单元与GPS单元之间的关联关系进行配置，包括：[0027]处理单元的内部RC振荡器向GPS单元发出输出第一时钟信号的请求；[0028]处理单元配置所述GPS单元；[0029]GPS单元接受所述请求，并同步输出第一时钟信号及通知信号；[0030]存储处理单元与GPS单元之间的配置结果。[0031]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0032]1、本发明示例的定位基站时钟同步装置，GPS单元用于进行定位并输出第一时钟信号；处理单元用于接收所述第一时钟信号，所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；定位单元用于接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步，实现GPS单元与定位单元时钟同步，时钟精度相同，则定位基站的各定位单元的时钟同步，不再如现有技术依赖GPS定位时钟使定位基站的时钟保持同步，无需使用价格昂贵的PLL时钟产生分配芯片，大大降低了成本，而且结构简单，定位准确。[0033]2、本发明示例的定位基站时钟同步装置同步的方法，GPS单元进行定位并输出第一时钟信号;处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号;定位单元接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。无需依赖GPS定位时钟即可使定位基站的时钟保持同步，方法简单，精度尚。附图说明[0034]图1为常用无线自同步系统结构图；[0035]图2为本发明定位基站时钟同步装置的结构图；[0036]图3为本发明处理单元时钟分配图。具体实施方式[0037]为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合具体实施例、说明书附图对本发明作进一步说明。[0038]实施例一：[0039]如图1所示，常用无线自同步系统，其中，GPS单元LEA-6T通过PPS端□与PLL时钟产生分配芯片连接，进行通知信号PPS信号）传输，PLL时钟产生分配芯片与STM32F系列的处理单元信号连接，输出为处理单元需要的8MHZ时钟，PLL时钟产生分配芯片输出UWB芯片DW1000需要的38.4MHZ的时钟，UWB芯片DW1000与UWB天线相连，UWB芯片DW1000与处理单元通过SPI接口连接，将处理单元、UWB芯片通过信号连接，GPS单元LEA-6T通过串口连接处理单元，GPS单元LEA-6T与GPS天线连接。[0040]该无线自同步系统，开发难度大，周期长，需依赖GPS定位时钟使UWB基站的时钟保持同步，受外界干扰时，容易出现定位不准的问题。常用无线自同步系统通过PLL时钟产生分配芯片启动SMHZ时钟，该芯片价格高，极大的增大了生产成本。[0041]为了解决上述问题，如图2所示，本实施例提供了一种定位基站时钟同步装置，包括:通过信号连接的GPS单元、处理单元及定位单元，该定位单元包括UWB芯片。GPS单元还包括GPS天线，定位单元还包括UWB天线。GPS单元、处理单元与定位单元通过引脚连接。[0042]GPS单元，配置用于进行定位并输出第一时钟信号；[0043]处理单元，配置用于接收所述第一时钟信号，所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；[0044]定位单元，配置用于接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。[0045]GPS单元还配置用于向所述处理单元输出通知信号，以通知所述处理单元接收所述第一时钟信号。GPS单元分别通过PPS端口输出第一时钟信号、通知信号，处理单元经PLL时钟输出口输出第二时钟信号。[0046]处理单元包括用于启动配置GPS单元输出第一时钟信号的内部RC振荡器。[0047]处理单元通过UART串口配置GPS单元的寄存器，使GPS单元输出第一时钟信号。[0048]处理单元还包括PLL分倍频器、第一时钟选择器、第二时钟选择器、内部RC振荡器、夕卜部晶体振荡器，所述第一时钟选择器经PLL分倍频器分别与外部晶体振荡器、第二时钟选择器、内部RC振荡器连接，第二时钟选择器分别连接所述处理单元的MCO-Pin引脚、第一时钟选择器，外部晶体振荡器分别连接所述处理单元的0SC-IN引脚及OSC-OUT引脚。[0049]如图3所示，MCU采用ST公司的常见的STM32F103时，时钟分配图，处理单元的0SC—IN引脚连接外部晶体振荡器提供4_l6MHz内部外部0SC时钟），外部晶体振荡器连接处理单元的OSC-OUT引脚，外部晶体振荡器经PLL分倍频器一连接第一时钟选择器，第一时钟选择器经PLL分倍频器二连接内部RC振荡器提供8MHz内部RC时钟），第一时钟选择器经PLL分倍频器三连接第二时钟选择器，第二时钟选择器分别连接所述处理单元的MCO-Pin引脚、第一时钟选择器。[0050]GPS单元采用U-BL0X的LEA-6T，是标准的授时型GPS单元，其时间精度非常搞。MCU采用ST公司的常见的STM32F103,当然也可以是其他的STM32F系列的，而UBX定位芯片采用DECAWAVE公司的DW1000，其定位精度达到±10厘米。它支持高达6.8Mbs的数据传输率，特别适合无线传感器网络WSN应用。它还有不错的通信距离，直视距离达290米，非直视距离为35米，有助于降低系统成本及对额外基础设施的需求。[0051]利用了GPS单元如LEA-6T的2个PPS端口，其中1个端口可以配置输出为MCU需要的8MHZ时钟。而MCU则是STM32F系列的处理单元，此处理单元又正好有可配置的PLL时钟输出口，利用MCU的时钟输出口MC0端口给UWB芯片DW1000作为时钟输入。这样STM32处理单元的时钟与GPS时钟同步，而UWB的时钟又与STM32的时钟同步，也即：UWB的时钟与GPS时钟同步。如果每个UWB基站的时钟都与GPS同步的话，那么这几个UWB基站的时钟则是同步的，而且时钟精度与GPS的时钟精度是相同的。[0052]本实施例提供了一种定位基站时钟同步方法，包括以下步骤：[0053]S1、GPS单元进行定位。[0054]GPS单元首次启动，执行步骤包括：[0055]对处理单元与GPS单元之间的关联关系进行配置。[0056]对处理单元与GPS单元之间的关联关系进行配置，具体包括：[0057]处理单元的内部RC振荡器向GPS单元发出输出第一时钟信号的请求；[0058]处理单元配置所述GPS单元；[0059]GPS单元接受所述请求，并同步输出第一时钟信号及通知信号；[0060]存储处理单元与GPS单元之间的配置结果。[0061]具体步骤为：[0062]SMT32F103通过内部RC8MHZ的时钟启动，由UART去配置GPS单元的寄存器，使得其第9脚TIMEPULSE2输出8MHZ的时钟，当然这个时钟与其第28脚TIMEPULSE默认输出的1HZ的秒时钟是同步的。配置完成后，保存。这样下次启动GPS就不需要再配置了。[0063]S2、GPS单元进行定位并输出第一时钟信号。[0064]具体为:GPS定位后，其模块会发出1HZ1PPS的时钟信号通知STM32F103外部有GPS提供的同步8MHZ时钟，STM32F103复位，采用外部时钟工作。[0065]S3、处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号。[0066]处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号，包括：[0067]处理单元配置其内部的寄存器，使PLL时钟输出口设置为MCO模式；[0068]处理单元同时配置PLLCLK时钟信号，使PLL时钟输出口输出第二时钟信号。[0069]具体为:STM32F103复位后，通过配置其内部寄存器，使PA8脚设置为MC0模式，同时配置PLLCLK，使MC0输出UWB芯片DW1000需要的38.4MHZ的时钟参见图3。[0070]S4、定位单元接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。[0071]这样本系统需要的8MHZ、38.4MHZ的时钟都与GPS时钟同步了。由于每个基站都采用这种方式，那么每个基站间的时钟也就同步。[0072]实施例二[0073]本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：[0074]MCU采用STM32F405。[0075]实施例三[0076]本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：[0077]MCU采用STM32F407。[0078]以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的但不限于具有类似功能。

权利要求：I•一种定位基站时钟同步装置，其特征是，包括：GPS单元，用于进行定位并输出第一时钟信号；处理单元，用于接收所述第一时钟信号，所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；定位单元，用于接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。2.根据权利要求1所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，GPS单元、处理单元与定位单元通过引脚连接。3.根据权利要求1所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，GPS单元还配置用于向所述处理单元输出通知信号，以通知所述处理单元接收所述第一时钟信号。4.根据权利要求3所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，GPS单元分别通过PPS端口输出第一时钟信号、通知信号，处理单元经PLL时钟输出口输出第二时钟信号。5.根据权利要求1所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，处理单元包括用于启动配置GPS单元输出第一时钟信号的内部RC振荡器。6.根据权利要求5所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，处理单元通过UART串口配置GPS单元的寄存器，使GPS单元输出第一时钟信号。7.根据权利要求1-6任一所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，处理单元还包括PLL分倍频器、第一时钟选择器、第二时钟选择器、内部RC振荡器、夕卜部晶体振荡器，所述第一时钟选择器经PLL分倍频器分别与外部晶体振荡器、第二时钟选择器、内部RC振荡器连接，第二时钟选择器分别连接所述处理单元的MCO-Pin引脚、第一时钟选择器，夕卜部晶体振荡器分别连接所述处理单元的0SC-IN引脚及0SC-0UT引脚。8.根据权利要求7所述的定位基站时钟同步装置，其特征是，GPS单元还包括GPS天线，定位单元还包括UWB天线。9.一种定位基站时钟同步方法，其特征是，包括以下步骤：GPS单元进行定位并输出第一时钟信号；处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号；定位单元接收所述第二时钟信号，所述第二时钟信号与所述处理单元时钟同步。10.根据权利要求9所述的定位基站时钟同步方法，其特征是，处理单元接收所述第一时钟信号，根据所述第一时钟信号与所述GPS单元时钟同步，并输出第二时钟信号，包括：处理单元配置其内部的寄存器，使PLL时钟输出口设置为MC0模式；处理单元同时配置PLLCLK时钟信号，使PLL时钟输出口输出第二时钟信号。II•根据权利要求9所述的定位基站时钟同步方法，其特征是，GPS单元首次启动，执行步骤包括：对处理单元与GPS单元之间的关联关系进行配置。12.根据权利要求11所述的定位基站时钟同步方法，其特征是，对处理单元与GPS单元之间的关联关系进行配置，包括：处理单元的内部RC振荡器向GPS单元发出输出第一时钟信号的请求；处理单元配置所述GPS单元；GPS单元接受所述请求，并同步输出第一时钟信号及通知信号；存储处理单元与GPS单元之间的配置结果。

百度查询： 丰翼科技(深圳)有限公司 一种定位基站时钟同步装置及其同步方法

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