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KH-M6201 GNSS模块
OPTIC®KH-M6201GNSS模块
极高性价比的MEMS惯性/卫星组合导航系统
针对农业自动驾驶在果园等轻遮挡场景下的精密定位与连续定位需求，科航基于单天线 IMU模组，集成和芯星通全系统全频点高精度定位定向模块，设计了一款专门针对自动驾驶应用场景的板卡级组合导航产品 KH-M3201,内置科航针对车载场景的多模型智能位置融合算法，可在复杂应用场景下为自动驾驶客户提供高精度车载姿态、航向以及遮挡干扰场景下的连续定位和测速。助力自动驾驶的全场景可靠运行，提升自动驾驶设备的终端应用体验。
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OPTIC®KH-M6201GNSS模块
极高性价比的MEMS惯性/卫星组合导航系统
针对农业自动驾驶在果园等轻遮挡场景下的精密定位与连续定位需求，科航基于单天线 IMU模组，集成和芯星通全系统全频点高精度定位定向模块，设计了一款专门针对自动驾驶应用场景的板卡级组合导航产品 KH-M3201,内置科航针对车载场景的多模型智能位置融合算法，可在复杂应用场景下为自动驾驶客户提供高精度车载姿态、航向以及遮挡干扰场景下的连续定位和测速。助力自动驾驶的全场景可靠运行，提升自动驾驶设备的终端应用体验。
1.产品简介
1.1技术指标
姿态精度 | Roll/Pitch :<0.2° rms Heading:<0.3° rms |
更新率 | 100hz |
陀螺量程 | ±500°/s |
陀螺零偏不稳定性 | 3deg/h @1σ |
陀螺仪GNSS 信号丢失 | 漂移<3°/min |
加速度计量程 | ±8g |
加速度计零偏稳定性 | 0.04mg @1σ |
位置推算精度 | <2% @1σ （车载场景，丢星30s,无轮速计组合） |
导航系统 | 北斗，GPS，GLONASS，Galileo |
频率段 | L1,L2,L5 |
定位精度 | 单点水平：1M，RTK：8mm+1ppm。 单点高程：1.5M，RTK:15mm+1ppm。 |
侧向精度 | 0.2° @天线距1-1.5m 范围内。 |
启动时间 | （上电时间+收星+定向）：10s |
1.2板卡概览
针对农业自动驾驶在果园等轻遮挡场景下的精密定位与连续定位需求，科航基于单天线IMU模组，集成和芯星通全系统全频点高精度定位定向模块，设计了一款专门针对自动驾驶应用场景的板卡级组合导航产品KH-M3201,内置科航针对车载场景的多模型智能位置融合算法，可在复杂应用场景下为自动驾驶客户提供高精度车载姿态、航向以及遮挡干扰场景下的连续定位和测速。助力自动驾驶的全场景可靠运行，提升自动驾驶设备的终端应用体验。
2.硬件组成
2.1机械尺寸
图 1 机械尺寸（单位：mm）
2.2连接器及PIN脚定义
除ANT1和ANT2 MMCX接口外，KH-M3201提供以下28pin Cvilux 双排插针，pin间距：2.0mm; 针长度：3.9mm；座厚度：2.0mm。
图 2 连接器PIN引脚示意图
2.3引脚功能描述
表1引脚功能
管脚 | 信号 | 输入/输出 | 描述 | 备注 |
1 | RSV | - | 保留 | - |
2 | RSV | - | 保留 | - |
3 | RSV | - | 保留 | - |
4 | RSV | - | 保留 | - |
5 | RSV | - | 保留 | - |
6 | VCC | Power | 电源输入 | 5VDC |
7 | RSV | - | 保留 | - |
8 | RXD2_IMU | I | IMU串口2接收 （用于升级固件） | LVTTL电平 |
9 | RSV | - | 保留 | - |
10 | RSV | - | 保留 | - |
11 | RSV | - | 保留 | - |
12 | RSV | - | 保留 | - |
13 | TXD2_IMU | O | IMU串口2发送 （用于升级固件） | LVTTL电平 |
14 | GND | Power | 数字和电源地 | |
15 | TXD1_IMU | O | IMU串口1发送 (用户使用) | LVTTL电平 |
16 | RXD1_IMU | I | IMU串口1接收 (用户使用) | LVTTL电平 |
17 | GND | Power | 数字和电源地 | |
18 | TX2_982 | O | 982串口2发送 | LVTTL电平 |
19 | RX2_982 | I | 982串口2接收 | LVTTL电平 |
20 | GND | Power | 数字和电源地 | |
21 | RSV | - | 保留 | - |
22 | GND | Power | 数字和电源地 | |
23 | PPS | O | 时标输出 | LVTTL电平 |
24 | RSV | - | 保留 | - |
25 | RSV | - | 保留 | - |
26 | CAN_TX | O | LVTTL电平 | |
27 | RSV | - | 保留 | - |
28 | CAN_RX | I | LVTTL电平 |
2.4电气特性
表2电气特性 （最大绝对额定值）
参数 | 符号 | 最小值 | 最大值 | 单位 |
供电电压（VCC） | Vcc | -0.3 | 5.5 | V |
输入管脚电压 | Vin | -0.3 | 3.3 | V |
VCC最大纹波 | Vrpp | 0 | 50 | mV |
输入管脚电压（除前述外所有其他管脚） | Vin | -0.3 | 3.6 | V |
主天线射频输入功率 | ANT1_IN input power | ±15 | dBm | |
从天线射频输入功率 | ANT2_IN input power | ±15 | dBm | |
最大可承受ESD应力水平 | VESD(HBM) | ±2000V | V |
2.5运行条件
表3运行条件
参数 | 符号 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 单位 | 条件 |
供电电压（VCC） | 4.75 | 5 | 5.25 | V | ||
上电冲击电流 | Iccp | 10 | A | Vcc=5V | ||
输入管脚低电平 | Vin_low_1 | -0.3 | 0.9 | V | ||
输入管脚高电平 | Vin_high_1 | 2.4 | 3.6 | V | ||
输出管脚低电平 | Vout_low | 0 | 0.45 | V | Iout=4mA | |
输出管脚高电平 | Vout_high | 2.85 | 3.3 | V | Iout=4mA | |
最佳输入增益 | Gant | 20 | 36 | dB | ||
功耗 | P | 1.15 | W | |||
2.6物理特性
表4物理特性
工作温度 | -40℃~+85℃ |
存储温度 | -55℃~+95℃ |
湿度 | 95%非凝露 |
3.硬件集成指南
3.1 设计注意事项
为使KH-M3201能够正常工作，需要正确连接以下信号：
l 模块VCC上电具有良好的单调性，且起始电平低于0.4V, 下冲与振铃保障在5%VCC范围内
l 使用VCC引脚提供可靠的电源，将板卡所有GND引脚接地
l ANT1，ANT2 MMCX接口给天线提供馈电，模块天线端口，不接天线，使用万用表测试，即空载时提供电压为DC4.8~5.4V；模块射频口接天线时，常温下，工作电流为30~100mA时测试，能对外提供DC4.6V±0.2V的天线馈电。注意线路50欧姆阻抗匹配
l 确保IMU串口1输出，用户需用此串口接收IMU数据。
l 确保IMU串口2连接至焊盘或连接器，用户需用此串口进行固件升级
l 确保982串口2输出，用户需用此串口接收定位信息数据
l 板卡复位引脚FRESET_N为恢复板卡出厂设置，RESETIN为快速复位，请正确连接以保证板卡可以可靠复位
为获得良好性能，设计中还应特别注意如下几项：
l 供电：良好的性能需要稳定及低纹波电源的保证。纹波电压峰峰值最好不要超过50mVpp。建议采用电流输出能力大于2A的电源芯片给板卡供电。除了可采用LDO保证供电纯净外，还需要考虑：
− 加宽电源走线或采用分割铺铜面来传输电流
− 布局上尽量将LDO靠近板卡放置
− 电源走线避免经过大功率与高感抗器件如磁性线圈
l UART接口确保主设备与KH-M3201板卡信号、波特率对应一致
l 天线线路尽量短且顺畅，避免走锐角并注意阻抗匹配
l 避免在KH-M3201正下方走线
l 板卡尽量远离高温气流
3.2 引脚注意事项
表5 引脚注意事项
功能 | 引脚 | I/O | 描述 | 备注 |
供电 | VCC | 电源 | 供电电源 | 稳定、纯净及低纹波电源，纹波电压峰峰值最好不要超过50mVpp |
ANT1/ANT2 | 电源 | 天线供电 | 有源天线提供对应电压的供电。模块天线端口，不接天线，使用万用表测试，即空载时提供电压为DC4.8~5.4V；模块射频口接天线时，常温下，工作电流为30~100mA时测试，能对外提供DC4.6V±0.2V的天线馈电。
| |
GND | 电源 | 地 | 将板卡所有GND 信号接地，接地最好使用大面积铺铜
| |
UART | TXD1_IMU | O | IMU串口1发送 | IMU串口1输出，需连接至用户主机 |
RXD1_IMU | I | IMU串口1接收 | ||
TXD2_IMU | O | IMU串口2发送 （用于升级固件） | IMU串口2输出，需连接至焊盘或连接器用于固件升级 | |
RXD2_IMU | I | IMU串口2接收 （用于升级固件） | ||
TXD2_982 | O | 982串口2发送 | 982串口2输出，需连接至用户主机 | |
RXD2_982 | I | 982串口2接收 |
3.3 硬件接线方式
图3 硬件接线方式
3.3 天线
KH-M3201板卡天线输入ANT1和ANT2 MMCX 接口提供天线馈电，ANT1和ANT2天线端口，不接天线，使用万用表测试，即空载时提供电压为DC4.8~5.4V；模块射频口接天线时，常温下，工作电流为30~100mA时测试，能对外提供DC4.6V±0.2V的天线馈电。KH-M3201板卡采用有源天线时注意与天线间的50欧姆阻抗匹配。
4.连接与设置
4.1静电防护
KH-M3201 板卡上很多元器件易受静电损坏，进而影响IC电路及其他元件。请在开启防静电吸塑盒前做好以下静电防护措施：
l 静电放电(ESD) 会损坏组件。请在防静电工作台上操作板卡，同时应佩戴防静电腕带并使用导电泡沫垫板。如果没有防静电工作台可用，应佩戴防静电腕带并将其连接到机箱上的金属部分，以便获得防静电保护
l 插拔板卡时不要直接触摸板卡上的元器件取出板卡请仔细检查元器件是否有明显松弛或受损。
4.2加电启动
KH-M3201供电电压为5V，通电后接收机开始启动，并能够迅速建立通信。
5.板卡LED指示灯
KH-M3201板卡上安装有LED指示灯，用于指示板卡的基本工作状态：
表6 板卡LED指示灯
NO. | 指示灯 | 状态 | 说明 | 备注 |
1 | 红色 | 常亮 | 板卡系统自检不通过 | |
常灭 | 板卡自检通过 | |||
2 | 绿色 | 常亮 | 板卡可进行定位 | |
常灭 | 板卡无法进行定位 | |||
3 | 蓝色 | 常亮 | RTK固定解 | |
常灭 | RTK其他定位状态或者不定位 |
6.组合导航输出协议
l 小端模式，先发送低字节。
l 上电默认按照100hz频率发送。
内容 | 类型 | 相对位置 |
帧头 1：0xAA | Uint8 | 0 |
帧头 2：0x55 | Uint8 | 1 |
帧头 3：0x66 | Uint8 | 2 |
帧头 4：0x88 | Uint8 | 3 |
utc时间(hhmmss.ss) | double | 4 |
纬度(度) | double | 12 |
经度(度) | double | 20 |
高度(米) | double | 28 |
北向速度（m/s） | Float | 36 |
东向速度（m/s） | Float | 40 |
地向速度（m/s） | Float | 44 |
横滚角(度) | Float | 48 |
俯仰角(度) | Float | 52 |
航向角(度) | Float | 56 |
预留1 | Float | 60 |
加速度计X轴(g) | Float | 64 |
加速度计Y轴(g) | Float | 68 |
加速度计Z轴(g) | Float | 70 |
陀螺仪X轴(deg/s) | Float | 76 |
陀螺仪Y轴(deg/s) | Float | 80 |
陀螺仪Z轴(deg/s) | Float | 84 |
预留2 | Float | 88 |
状态位 BIT0:1-已初始化,0-未初始化 BIT1:1-秒脉冲信号有效0-秒脉冲信号无效 BIT2:1-RTK数据有效0-RTK数据无效 | Uint8 | 92 |
卫星数量 | Uint8 | 93 |
RTK定位状态(同GGA中定位状态) 0:未定位 1:单点定位 2：码差分定位 4：固定解 | Uint8 | 94 |
预留3 | Uint8 | 95 |
累加和校验 | Uint16 | 96 |
数据尾 | Uint8 | |
数据尾 0x64 | Uint8 |
7.参数配置
7.1配置杆臂
例如配置杆臂向量为X=1.2m,Y=0.2m,Z=-1.0m
指令 ：AT+CLUB_VECTOR=1.2,0.2,-1.0rn
应答 ：GPS_POS_X=1.2,GPS_POS_Y=0.2,GPS_POS_Z=-1.0/r/n
7.2配置输出协议
l 若配置输出协议，则配置指令为：
指令 ：AT+SETNAVrn
应答 ：OKrn
l 若配置不输出，则配置指令为：
指令 ：AT+SETNOrn
应答 ：OKrn
7.3配置更新率
l 若配置输出更新率为50hz，则配置指令为：
指令 ：AT+OUTRATE=50rn
应答 ：OKrn
7.4配置波特率
l 仅支持配置波特率为115200或230400。
l 若配置IMU串口波特率为115200，则配置指令为：
指令 ：AT+BAUD=115200rn
应答 ：OKrn
7.5保存参数
指令 ：AT+SAVErn
应答 ：OKrn
8. 使用范例
8.1设备安装
1. 模块应牢靠固定在刚性平面上，避免安装在震动大的位置。
2. 模块安装朝向应与车头方向保持下图所述关系。
3. ANT1为主天线（定位天线）射频接头，ANT2为副天线（定向天线）射频接头。RTK板卡的双天线定向结果为主天线指向副天线的射线与地理真北方向的夹角。
图4 KH-M3201天线连接示意图
8.2 RTK差分数据导入
用户须通过18,19管脚（对应UM982板卡的串口2）获取RTK板卡的GPGGA消息，登录千寻或六分的网络CORS账号并导入差分数据，进而使RTK板卡进入固定解状态。
8.3配置杆臂参数
杆臂向量为RTK主天线相位中心相对IMU安装位置的三维矢量（X,Y,Z），单位为米。其中，
l 若RTK主天线在IMU的X轴正向，则为正数，否则为负数；
l 若RTK主天线在IMU的Y轴正向，则为正数，否则为负数。
l 若RTK主天线在IMU的下方为正数，否则为负数。
8.4保存参数
所有配置指令配置完成后，需发送保存参数指令“AT+SAVErn”