【应用】ATGM336H-5L系列定位模组在燃气远程阀门控制器中的应用
近期应客户要求升级一款燃气远程阀门控制器，该控制器原先仅有GPRS通讯功能，该通讯方式可通过网络基站对设备进行粗略的定位，对于其管理平台的设备地图标定来说，定位精度太差，无法通过网络基站定位确定设备具体位置，因此在本次设备升级中需要增加卫星定位功能，配合云端的设备地图精确的定位设备位置，便于设备的维护。
客户原先的控制器由“控制器板+可插拔通讯模块”的方式组成，原板子实物如下图1所示，在升级的过程中不能对控制器板硬件做改动，因此在本次升级过程中只能在“可插拔通讯模块”中想办法实现客户要求的功能，而可插拔的通讯模组与“控制器板”之间则采用下图2所示的接口方式；
图1 升级前“控制器板+可插拔通讯模块”实物
图2 可插拔通讯模组与控制器板接口定义
升级设计过程中可用的接口如上图2所示，接口包含一组用于GPRS通讯的串口（USART_X、USART_RX）、一组预留I2C（I2C0_SDA、I2C0_SCL），以及三个通用IO接口（PB2-1、PA1-1和用于GPRS模块状态的SIM_STATUS），鉴于可用接口限制，因此在原有的GPRS基础上增加卫星定位功能，可选的方案比较受限，其一是选择一种采用I2C接口的卫星定位模组，这种接口的模组较少，不在优先考虑范畴，其二是想办法通过串口实现GPRS及卫星定位功能，本设计中选用这种方案，通过串口完成GPRS+卫星定位模组与控制器板之间的通讯功能，而一个串口无法同时与两个串口模组进行通讯，因此这里增加一片MCU芯片完成转换连接，其系统构成框图如下图3所示：
图3 升级方案系统框图
如上图3所示，本文就升级过程中新增的卫星定位模组做一些设计说明，相比原有的单一功能GPRS模组，本次升级在这个模组基础上增加了一卫星定位模组、MCU芯片、EEPROM芯片，至于原有的GPRS模组的元器件不做改动，这里新增的卫星定位模组选用杭州中科微电子的ATGM336H-5L系列模组（具体使用型号为ATGM336H-5N31，该型号支持GPS和BDS，另一种型号ATGM336H-5N11仅支持GPS）。
ATGM336H-5L系列模块是 9.7mm x 10.1mm 尺寸的高性能、低功耗 GPS 定位导航模块系列的总称。该系列模块产品基于中科微第四代低功耗 GNSS SOC 单芯片—AT6558，支持多种卫星导航系统，包括中国的 BDS（北斗卫星导航系统），美国的GPS，俄罗斯的 GLONASS，欧盟的 GALILEO，日本的QZSS 以及卫星增强系统SBAS（WAAS，EGNOS，GAGAN，MSAS）。AT6558 是一款真正意义的六合一多模卫星导航定位芯片，包含 32 个跟踪通道，可以同时接收六个卫星导航系统的 GNSS 信号，并且实现联合定位、导航与授时，该模组功能框图如下图4所示：
图4 ATGM336H-5L 系列模块功能框图
该模块具有出色的定位导航功能，支持 GPS 卫星导航系统的单系统定位，支持 A-GNSS ，冷启动捕获灵敏度可达-148dBm， 跟踪灵敏度为-162dBm ，定位精度：2.5 米（CEP50） ，首次定位时间为32 秒，模组内置天线检测及天线短路保护功能；除此之外，该型模组还具有较好的低功耗特性：连续运行功耗＜15mA（@3.3V 单系统定位）（TBD），低功耗 ON/OFF 关断模式为40uA， 待机电池备份模式为10uA ，串口命令进入低功耗模式为40uA。
确定模组之后，根据模组数据手册提供的参考电路，我们设计如下图5所示的电路，ATGM336H-5L模组主要外围电路参考数据手册的应用电路即可；对于供电而言，因从通讯扩展接口提供供电电压为5V（VCC-IN_5V），而ATGM336H-5L模组及新增的MCU供电均为3.3V，因此这里采用一颗圣邦微的LDO芯片（型号为SGM2019-3.3）用于给ATGM336H-5L模组供电（提供BDS_3.3V电压），然后通过新增MCU对ATGM336H-5L的主电源/备用电源进行控制，这里采用IO接口控制PMOS的方式实现（MCU控制模组整体的供电），对于ATGM336H-5L模组的复位引脚（nRESET）和模块关断控制引脚（ON/OFF）同样采用MCU的IO接口进行控制，最后将模组的串口（TXD0、RXD0）与MCU的串口进行连接即可完成整体的设计，这些接口在设计的时候，考虑到MCU端口保护，故而在线上串联一个小电阻以提升MCU端口防护（图中串联的51Ω电阻，可以也可以使用22Ω）。
图5 ATGM336H-5L型BDS/GNSS模组应用原理图
完成升级设计的板图如下图6、图7所示：
图6 完成升级设计的通讯扩展模块板图
图7 通讯扩展模组与原有控制器板安装板图
ATGM336H-5L模组数据手册参考：https://www.sekorm.com/doc/1029078.html
SGM2019-3.3型LDO芯片选型参考：https://www.sekorm.com/doc/41588.html
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司南导航定位模块/转接板选型表
GNSS高精度定位模块是司南导航自主研发的多系统多频点的小尺寸高精度定位模块，支持BDS-3、GPS、BDS-2、GLONASS、Galileo、QZSS 等卫星导航系统的信号跟踪，定位精度高，适用于物联网、智能驾驶、无人机、智能机器人等领域。
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产品型号
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品类
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包装形式
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尺寸（mm）
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特点
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频点
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BDS（信号跟踪）
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GPS（信号跟踪）
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GLO（信号跟踪）
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GAL（信号跟踪）
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QZSS（信号跟踪）
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SPP（定位精度）
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DGPS（定位精度）
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RTK（定位精度）
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伪距精度（cm）
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载波相位精度（mm）
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速度精度（m/s）
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I/O
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冷启动（S）
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热启动（S）
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重捕（S）
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初始化（S）
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IO引脚
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重量（g）
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输入电压（V）
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功耗（w)
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K801
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GNSS高精度定位模块
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真空密封的铝箔放静电袋
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12mm×16mm×2.4mm
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小尺寸定位
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多频
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B1I,B2a
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L1C/A,L5
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G1
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E1,E5a
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L1C/A,L5
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H:≤1.5m V:≤3.0m
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H:≤0.3m V:≤0.5m
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H:≤8+Dx10-6mm V:≤15+Dx10-6mm
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≤10cm
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≤1mm
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≤0.02m/s
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LVCMOS×2,PPS×1,EVENT×1,SPI×1
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＜24S
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＜1S
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＜1S
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＜5S
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LGA 24Pin,1.1mm
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3g
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+3.3V DC
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0.1w
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选型表 - 司南导航 立即选型
GPS导航模块和GPS定位模块的区别差异
由于需要支持地图显示、路径规划等功能，硬件设计相对复杂。除了基本的GPS定位组件外，还需要配备较大容量的存储器来存储地图数据，以及高性能的处理器来运行路径规划算法和处理地图显示等任务。同时，还需要具备良好的人机交互界面，如显示屏、按键等，以便用户进行操作和查看导航信息。
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1、CEP指的是圆概率误差（circular error probable—CEP），2.5米（CEP50）表示有50%的定位点落在了这个2.5米为半径的圆内。以此来评价定位导航模块的定位精度。 2、ATGM336H-5N 系列模块是 基于中科微第四代低功耗 GNSS SOC 单芯片—AT6558，支持多种卫星导航系统，包括中国的 BDS（北斗卫星导航系统），美国的 GPS，俄罗斯的 GLONASS，欧盟的 GALILEO，日本的 QZSS以及卫星增强系统 SBAS（WAAS， EGNOS， GAGAN， SAS）。 AT6558 是一款真正意义的六合一多模卫星导航定位芯片， 包含 32 个跟踪通道， 可以同时接收六个卫星导航系统的 GNSS 信号，并且实现联合定位、导航与授时。ATGM336H-5N 本系列模块具有高灵敏度、低功耗、低成本等优势，适用于车载导航、手持定位、可穿戴设备， 可以直接替换 Ublox MAX 系列模块。
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