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探讨车载卫星定位设备单元结构设计

2020-07-16 168 上传者：管理员

摘要：车载卫星定位设备是车辆监控管理系统的主要设备，为智能化机械装备管理提供了先进的现代化设备。基于此，本文就针对车载卫星定位设备、定位设备组成等内容进行了分析，对车载卫星定位设备单元结构设计进行了探讨，其包括：上盖组件设计、下盖组件设计以及螺钉连接设计等，以便能为相关人士提供参考建议。

关键词：
上盖组件
下盖组件
电子设备
螺钉连接
车载卫星定位设备
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车载卫星定位设备是一种户外电子设备，使用者对设备结构有着较高要求，包括设备的形状、温度、防腐能力以及冲击隔离等，很多生产厂家结合可靠性测试及仿真分析，对车载卫星定位设备结构设计，确保设备的可使用性以及缩短开发时间。

1、车载卫星定位设备

现如今，使用的定位设备有很多种，根据用途形式的不同，可以分为民用定位设备及军用定位设备两种；根据信号类型的不一样，可把其分为模拟以及数字设备，根据人们的使用手段不一样，可分为手持定位设备及车载定位设备。车载卫星定位设备的运行目的：依据天线的作用，对卫星信息进行采集捕捉，利用设备的功能，把采集到的数据进行处理，再定位操作时，能提供科学合理的测量值及详细的导航信息，从而对监控车辆的定位进行计算，使用相关的网络技术对车辆进行定位监控，其作为车辆监控管理系统设备的主要成分之一，促进了交通管理更加智能化。

2、定位设备组成

定位设备通常有两部分组成，分别是功能模块以及结构模块，功能模块通常有GPS模块以及通讯模块等，结构模块通常有指示灯、外壳、电池以及连接器等结构。GPS模块通常具有三个基本模块，其分别是定位导航运算、数据信号处理以及射频前端处理。射频前端处理通过天线获取卫星信号，数据信号处理模块依据卫星信号解调出电文，最终由定位导航运算模块进行处理，定位设备获取GPS定位效果，输出导航信息。通讯模块负责传送数据信息，以便于车辆调度工作开展。

由于车载设备电源通常为12V与24V的直流电压，因此，本设计采用锂电池，由于电池正常运行电压为14.5V，充电电压最大值为16.8V，因此可以维持产品运行3天时间。由于该电池可对电压进行自动识别，且把相应电压进行转变，以至于在多种情况下，设备都能正常充电。对于设备连接器而言，此设计采用12针安费诺型号，该连接器具有较好的防水能力，设备开关采用锁式开关，这种类型的设备具有很高的防水能力，客户为了提高通讯信号的稳定能力，以致于常常把设备安置在顶部位置。本文主要是研究设备的机械结构部分而开展的，通常设计电池的保护部位为外壳，主要的功能模块有GPS、天线以及通讯等模块提供组装特征及防护，并设计出LED导光柱、电池盖板以及棉袍以便满足于结构要求。

3、车载卫星定位设备单元结构设计

在创建三维设计模型时，最常用的软件是3DCAD,通过其进行实体建模，能在较短时间内把概念转变成三维模型。本文所使用的设计软件是PTC建模软件，利用该软件，以便能为用户提供质量较高、标准较高的数据模型，另一方面，由于数据模型具备一定的关联性，以致于在多种情况都能有效及时地对数据进行更新操作。

三维建模采用了从上到下的结构设计方式，具体指先形成基础框架，以每个组件为出发点，对其组件及其子进行全面设计，逐一细化零部件的设计，以此组装整个设备的装配图，具体设计流程如图1所示。定位设备的整体结构主要组成有：上盖组合、线路板组件以及下盖组件等。其中的上盖组合包含电池盖板、模组、磁铁组件以及连接器和开关等。其他辅助结构有螺钉、密封圈以及泡棉等。待确定设计思路后，对各个零部件进行全面的研究设计，根据设备有着不同的连接方式，把各个结构单元组装成分系统，最终组装成整机。设备单元结构设计通常包含上盖组件设计、下盖组件设计以及螺钉连接设计。

图1 车载定位设备设计流程图

3.1 上盖组件设计

上盖组件的组成成分通常有上盖以及导光柱等。上盖的作用是为导柱光提供组装的条件。一般来说，上盖组件的结构内容包含以下方面：在进行机械结构的设计时，主要基于设计工业原理及尺寸数据大小；在对导光柱进行设计时，主要基于LED的实际情况及尺寸大小；完成以上过程之后，对导光柱及装配进行最终的设计。上盖材料通常采用工程塑料PC+ABS，该材料具有较高的抗冲击能力以及较高的耐热性能等优点。在对导光柱塑料进行选取时，应当选取亚克力，该塑料具有较好的透明度，通常有效透光度高达90%，是导光柱常用的理想塑料。上盖尺寸的长度为207mm、宽度为202mm以及高度为15mm，在进行组装特征设计时，依据该上盖尺寸进行设计。另一方面，依据IP66的密封标准，在把导光柱组装在上盖上时，采用胶水黏合的形式。

3.2 下盖组件设计

一般来说，下盖组件的组成成分可以分为主板、使用的电池以及有关的连接器等，下盖为下组件提供组装功能以及防护的目的；下盖组件的结构设计内容：依据工业设计原理及尺寸大小，对下盖组件的结构进行仔细设计；依据主板尺寸及器件位置，在对主板特征进行设计时，主要基于其尺寸大小以及器件的具体位置；在为盖板及泡棉进行设计时，主要基于电池大小差别；依据连接器以及开关大小，在进行组装特征设计时，主要基于连接器以及开关大小的不同；同时，对于下盖组合装配而言，应当仔细检查。在选取材料时，与上盖组件选取同一样材料，基于主板的尺寸大小以及器件的具体位置，设计出了数根螺钉柱，基于电池大小重量的不同，在选取固定盖板材料时，选择不锈钢材料冲压件，同时，使用缓冲泡沫对电池进行保护。

3.3 螺钉连接设计

螺钉连接被广泛应用于部件连接及设备固定场合中，通常应用于连接处拆卸次数较少，其受力作用不大的情况下。螺钉连接在运用时，有一种不需要螺母只需螺钉的连接方式，由于其结构较为简单，因此，被广泛应用于多种场合，如塑料与塑料之间的连接、塑料与金属之间的连接以及金属与金属之间的连接以及固定。通常情况下，螺钉连接设计内容包括对螺钉的选型以及对于螺钉柱的设计。在螺钉连接设计时，可供选择的螺钉有多种，最常用的是机械螺钉以及自攻螺钉等，接下来，将对这两种螺钉进行分析。

与自攻螺钉相比而言，机械螺钉的优势是十分明显的：机械螺钉作为金属之间的螺纹齿合，由于存在较高的金属强度，以及偏低的塑料强度，因此，通过使用较小的螺钉，就能实现较好的效果；同时，随时对机械螺钉进行拆除，即便进行多次的拆装，对螺钉夹紧力的影响也较小。然而，机械螺钉也存在不足，使用机械螺钉的成本大于自攻螺钉费用，因此，在使用机械螺钉时，需要在塑料件预埋镶嵌螺母，不仅模内注塑能增加零件成本，同时，热压也能造成构件成本的增加。

由此可以得知，在转配尺寸控制要求较低以及不拆装的连接设计中，应当采取自攻螺钉；对于空间与强度要求较高，以及随时拆装的连接设计中，应当使用机械螺钉。在本文设计研究中，定位设备上下盖组件的连接需要夹紧力较大的螺钉，以便满足设备的密封要求，同时，结合产品抗腐蚀性能的考虑，最终选择了不锈钢类型的机械螺钉；由于线路板及电池处于固定状态，上下盖组件的装配要求并不高，只是发挥稳定的作用，在后期环节中也不需要拆装，同时，考虑部件的成本费用，最终使用了M3的自攻击螺钉，进而完成了上下盖组合的螺钉连接设计。

4、结语

总的来说，车载卫星定位设备是一种户外电子设备，使用者对设备结构有着较高要求；很多生产厂家结合可靠行测试及仿真分析，对车载卫星定位设备结构设计，确保设备的可使用性以及缩短开发时间。

参考文献：

[1]孙高炜,彭道海,邹晓.基于北斗/GPS和GPRS的车载定位终端[J].南方农机,2019,50(13):47.

[2]邓玉湖.卫星定位车载终端自动检定方法研究[J].中国计量,2018(01):84-86.

[3]顾锋.车载卫星定位设备结构设计[D].苏州大学,2018.

许刚,陈都,张贤辉.车载卫星定位设备结构设计研究[J].中国设备工程,2020(14):130-131.