本實(shí)用新型涉及專門適用于無線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施，尤其是適用于礦井的微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端。

背景技術(shù)：

信標(biāo)定位技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)，應(yīng)用范圍并不是很廣，只是應(yīng)用于某些特定領(lǐng)域，如航空、導(dǎo)航等。隨著GPS定位技術(shù)出現(xiàn)和移動(dòng)基站大范圍推廣等其他定位技術(shù)相繼出臺(tái)，在生產(chǎn)、生活中用于微功率信標(biāo)定位技術(shù)相對(duì)較少。但在有一些領(lǐng)域如礦井里面由于其空間等諸多原因，使得是上述這些技術(shù)很難施展。相比較信標(biāo)定位技術(shù)相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)。將無線信標(biāo)定位技術(shù)用于管理礦井安全生產(chǎn)。礦井生產(chǎn)當(dāng)中有大量設(shè)備、人員流動(dòng)，如何檢測(cè)設(shè)備進(jìn)出、人員流動(dòng)對(duì)于生產(chǎn)效率和安全有至關(guān)重要，由于礦井下面空間地域有限，使用地面上的定位檢測(cè)技術(shù)一些常用的手段是不可能實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而設(shè)計(jì)生產(chǎn)一種微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端，作為微功率無線人機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)中人機(jī)定位信標(biāo)采集單元，解決現(xiàn)有技術(shù)價(jià)格昂貴、礦井定位不準(zhǔn)確、不方便使用等問題。

本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題而提出的技術(shù)方案是，一種微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端，作為微功率無線人機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)中信標(biāo)采集單元，與人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)模塊和人機(jī)定位后臺(tái)主站之間建立通信，包括殼體和位于其內(nèi)的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括微處理器MCU控制電路、直流穩(wěn)壓電路、看門狗復(fù)位電路、GPRS上行通信電路、微功率射頻收發(fā)電路、以太網(wǎng)收發(fā)電路和外部存儲(chǔ)器電路；所述直流穩(wěn)壓電路將電池提供的電源轉(zhuǎn)換為適配的電力向其他電路供電；所述看門狗復(fù)位電路在微處理器MCU控制電路出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，將其復(fù)位；所述微功率射頻收發(fā)電路接收人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)模塊的返回信號(hào)的RSSI值，進(jìn)行GFSK解調(diào)，將射頻信號(hào)還原成數(shù)據(jù)包，發(fā)送給所述微處理器MCU控制電路；所述微處理器MCU電路根據(jù)RSSI值計(jì)算出自身與人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)模塊的距離,將所述距離信息通過串口發(fā)送給外部存儲(chǔ)器電路進(jìn)行存儲(chǔ)，所述微處理器MCU電路還將距離信息打包、轉(zhuǎn)換成上行通信的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給所述以太網(wǎng)收發(fā)電路或者GPRS上行通信電路；所述以太網(wǎng)收發(fā)電路或者GPRS上行通信電路將距離信息數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)主站；所述后臺(tái)主站的命令數(shù)據(jù)經(jīng)所述以太網(wǎng)收發(fā)電路或者GPRS上行通信電路，發(fā)送至所述微處理器MCU控制電路；所述微處理器MCU將命令數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和分包，通過串口發(fā)送給所述微功率射頻收發(fā)電路；射頻收發(fā)電路將命令數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)制、放大和濾波，轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，發(fā)送給人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)模塊。

更佳的是，所述微處理器MCU控制電路的微處理器集成電路U1是采用STM32F207VET6，所述微處理器集成電路U1的92腳和93腳接入所述微功率射頻收發(fā)電路；所述微處理器集成電路U1的16、24、25、32、33、34、43、48、51和52腳接入所述以太網(wǎng)收發(fā)電路；所述微處理器集成電路U1的89、90、91、97和98腳接入所述外部存儲(chǔ)器電路；所述微處理器集成電路U1的81、82、84和85腳接入所述LED指示燈電路；所述微處理器集成電路U1的14、57和65腳接入所述看門狗復(fù)位電路；所述微處理器集成電路U1的29、30、31、39、40、63和64腳所述GPRS上行通信電路。

更佳的是，所述直流穩(wěn)壓電路包括兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器U2和U5；所述低壓差線性穩(wěn)壓器U2采用AMS1117-3.3，將外部電源轉(zhuǎn)化成適配電力向微處理器MCU控制電路、外部存儲(chǔ)器電路和以太網(wǎng)收發(fā)電路供電；所述低壓差線性穩(wěn)壓器U5采用SPX29302，向GPRS上行通信電路供電。

更佳的是，所述看門狗復(fù)位電路包括看門狗集成電路U11，所述看門狗集成電路U11采用UM706，該看門狗集成電路U11的5、6和7腳與所述微處理器MCU控制電路連接。

更佳的是，所述GPRS上行通信電路包括GSM模塊J3，所述GSM模塊J3采用M590E-R2，所述GSM模塊J3的STATE0、STATE1、STATE2、PCTRL、ON/OFF和RST與所述微處理器MCU控制電路連接。

所述微功率射頻收發(fā)電路包括微型處理器U2，所述微處理器U2采用STM32F103RCT6，該微功率射頻收發(fā)電路的USART1-RX-A和USART1-TX-A腳與所述微處理器MCU控制電路連接。

更佳的是，所述以太網(wǎng)收發(fā)電路包括以太網(wǎng)收發(fā)集成電路U14，所述以太網(wǎng)收發(fā)集成電路U14采用LAN8720Ai-CP-TR；所述以太網(wǎng)收發(fā)集成電路U14的7～9腳、11～12腳和13～18腳與所述微處理器MCU控制電路連接。

更佳的是，所述外部存儲(chǔ)器電路包括存儲(chǔ)器集成芯片U6，所述存儲(chǔ)器集成芯片U6采用SST26VF064BT，該存儲(chǔ)器集成芯片U6的1、2、5和6腳與所述微功率射頻收發(fā)電路連接。

更佳的是，還包括LED指示燈電路，所述LED指示燈電路與所述微功率射頻收發(fā)電路連接；所述LED指示燈電路28用不同的燈色和閃爍方式，顯示所述信標(biāo)采集終端所處的各工作狀態(tài)。

同現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型的有益效果是：采用價(jià)格低廉、操作方便方式，采用以太網(wǎng)\GPRS上行通信方式，可以適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。礦井工作人員在礦井作業(yè)時(shí)，信標(biāo)收集單元與人機(jī)定位模塊進(jìn)行通信，定位人員位置，并且上報(bào)主站后臺(tái)，自動(dòng)構(gòu)建人員運(yùn)動(dòng)地圖。

附圖說明

圖1 是本實(shí)用新型微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端的優(yōu)選實(shí)施例中PCB通信主板2的邏輯結(jié)構(gòu)示意框圖；

圖2是所述優(yōu)選實(shí)施例中微處理器MCU控制電路21的原理電路圖；

圖3是所述優(yōu)選實(shí)施例中直流穩(wěn)壓電路22的原理電路圖；

圖4 是所述優(yōu)選實(shí)施例中看門狗復(fù)位電路23的原理電路圖；

圖5 是所述優(yōu)選實(shí)施例中GPRS上行通信電路24的原理電路圖；

圖6是所述優(yōu)選實(shí)施例中微功率射頻收發(fā)電路25的原理電路圖；

圖7是所述優(yōu)選實(shí)施例中以太網(wǎng)收發(fā)電路26的原理電路圖；

圖8 是所述優(yōu)選實(shí)施例中外部存儲(chǔ)器電路27的原理電路圖；

圖9是所述優(yōu)選實(shí)施例中LED指示燈電路28的原理電路圖；

圖10是所述優(yōu)選實(shí)施例的微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端與人機(jī)定位后臺(tái)、人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)建立通信的工作示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，結(jié)合附圖所示之優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。

參見圖1，本實(shí)用新型之優(yōu)選實(shí)施例是一種微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端，應(yīng)用于微功率無線人機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)中人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)與信標(biāo)采集單元之間建立通信，所述PCB通信主板包括微處理器MCU控制電路21、直流穩(wěn)壓電路22、看門狗復(fù)位電路23、GPRS上行通信電路24、微功率射頻收發(fā)電路25、以太網(wǎng)收發(fā)電路26、外部存儲(chǔ)器電路27、LED指示燈電路28；所述直流穩(wěn)壓電路22將電池提供的電源轉(zhuǎn)換為適配的電力向其他電路供電；所述看門狗復(fù)位電路23在微處理器MCU控制電路21出現(xiàn)死機(jī)時(shí)，將其復(fù)位，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。

所述微功率射頻收發(fā)電路25接收定位節(jié)點(diǎn)的返回信號(hào)的RSSI值（場(chǎng)強(qiáng)值）強(qiáng)弱，進(jìn)行GFSK解調(diào)，并且將射頻信號(hào)還原成數(shù)據(jù)包，串口發(fā)送給所述微處理器MCU控制電路21。所述微處理器MCU控制電路21進(jìn)行解析數(shù)據(jù)，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)值計(jì)算出自身與節(jié)點(diǎn)的距離。同時(shí)將距離信息通過串口發(fā)送給所述外部存儲(chǔ)器電路2進(jìn)行存儲(chǔ)。然后對(duì)距離信息再次打包，轉(zhuǎn)換成上行通信的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26或者GPRS上行通信電路24，它們將該數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)主站；主站根據(jù)多個(gè)信標(biāo)采集單元的距離數(shù)據(jù)，采用相關(guān)的算法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，得到相應(yīng)坐標(biāo)信息，并標(biāo)注到電子地圖上，可以很直觀看到移動(dòng)物體的位置變換。

主站的命令首先發(fā)送至所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26或者GPRS上行通信電路24，它們將該數(shù)據(jù)發(fā)送至所述微處理器MCU控制電路21；微處理器MCU將數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、分包，通過串口發(fā)送給所述微功率射頻收發(fā)電路25；射頻收發(fā)電路將數(shù)據(jù)包進(jìn)行調(diào)制、放大、濾波，轉(zhuǎn)換成射頻信號(hào)，發(fā)送給定位節(jié)點(diǎn)模塊。

參見圖2，本例中，所述微處理器MCU控制電路21的微處理器集成電路U1是采用STM32F207VET6，所述微處理器集成電路U1的92腳、93腳接入所述微功率射頻收發(fā)電路25；所述微處理器集成電路U1的16、24、25、32、33、34、43、48、51和52腳接入所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26；所述微處理器集成電路U1的89、90、91、97和98腳接入所述外部存儲(chǔ)器電路27；所述微處理器集成電路U1的81、82、84和85腳接入所述LED指示燈電路28；所述微處理器集成電路U1的14、57和65腳接入所述看門狗復(fù)位電路23；所述微處理器集成電路U1的29、30、31、39、40、63和64腳所述GPRS上行通信電路24。

參見圖3，本例中，所述直流穩(wěn)壓電路22包括兩個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器U2、U5,所述低壓差線性穩(wěn)壓器U2采用AMS1117-3.3，將外部電源轉(zhuǎn)化成后向微處理器MCU控制電路21、外部存儲(chǔ)器電路27、以太網(wǎng)收發(fā)電路2）供電；所述低壓差線性穩(wěn)壓器U5采用SPX29302，向GPRS上行通信電路2）供電。

參見圖4，本例中，所述看門狗復(fù)位電路23包括看門狗集成電路U11，門狗集成電路采用UM706，該集成電路的5、6、7腳與所述微處理器MCU控制電路21連接。

參見圖5，本例中，所述GPRS上行通信電路24采用GSM模塊J3, GSM模塊J3型號(hào)為M590E-R2，所述GSM模塊J3的STATE0、STATE1、STATE2、PCTRL、ON/OFF、RST與所述微處理器MCU控制電路21連接

參見圖6，本例中，所述微功率射頻收發(fā)電路25包括微型處理器U2，該微型處理器U2采用STM32F103RCT6; 該微功率射頻收發(fā)電路的USART1-RX-A、USART1-TX-A與所述微處理器MCU控制電路21連接。

參見圖7，本例中，所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26包括以太網(wǎng)收發(fā)芯片U14，所述以太網(wǎng)收發(fā)芯片U14采用LAN8720Ai-CP-TR，該集成電路的7-9腳，11-12腳，13-18腳與所述微處理器MCU控制電路21連接。

參見圖8，本例中，所述外部存儲(chǔ)器電路27包括存儲(chǔ)器集成芯片U6，所述U6采用SST26VF064BT，該集成芯片的1、2、5、6腳與所述微功率射頻收發(fā)電路25連接。

參見圖9，本例中，所述還包括用于顯示所述微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端工作狀態(tài)的LED指示燈電路28與所述微功率射頻收發(fā)電路25連接。

本實(shí)施例的微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端的主要技術(shù)性能指標(biāo)：

1、微功率無線下行通道：

1)空中波特率：默認(rèn)10Kbps，1200bps～200Kbps

2)接收靈敏度：優(yōu)于-112dBm（BER=0.1%，10kbps）

3)工作頻段： 470MHz - 510MHz

4)信道頻率間隔：200KHz

5)天線：PCB板天線

6)調(diào)制方式：GFSK

7)發(fā)射功率：≤17dBm

8)供電電壓： +9V DC/220V AC

9)工作電流：發(fā)送電流≤100mA；靜態(tài)電流≤10mA

10)發(fā)射持續(xù)時(shí)間：≤10ms

2、GPRS上行通道

1）頻段EGSM900/DCS1800雙頻，支持鎖頻功能

2）靈敏度< -107dBm

3）最大發(fā)射功率EGSM900 Class4（2W），DCS1800 Class1（1W）

4）GPRS 特性支持GPRS CLASS 12，理論最大上行傳輸速率：85.6kbit/s，理論最大下行傳輸速率：85.6kbit/s。內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議，可支持多鏈路，支持服務(wù)器及客戶端模式，電路交換數(shù)據(jù)，支持CSD 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，支持USSD（非結(jié)構(gòu)化補(bǔ)充數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)）

5）UART 支持串口復(fù)用，支持發(fā)送AT、數(shù)據(jù)傳輸及軟件下載，支持從1200bit/s 到115200bit/s的波特率

主處理器ARM7-EJ@360MHz

6）天線特性50Ω特性阻抗

7）工作溫度-40℃～+85℃

8）工作電壓3.5V～4.3V（推薦值3.9V ）

9）瞬間電流Max 2.0A待機(jī)電流（Idle） 18mA，休眠電流（Sleep）< 2mA（現(xiàn)網(wǎng)），< 1mA（儀器，DRX=9）。

參見圖1至圖10，就本實(shí)施中的微功率無線人機(jī)定位信標(biāo)采集終端，與人機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)中人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)模塊建立通信的工作原理如下：

1)無線發(fā)射信號(hào)

信標(biāo)采集終端平時(shí)會(huì)以固定的時(shí)間間隔發(fā)射信標(biāo)信號(hào)，微處理器MCU控制電路21的集成電路U1將需發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理，然后將其加上前導(dǎo)碼和同步碼，節(jié)點(diǎn)地址及相應(yīng)強(qiáng)度信息再將其打包成數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)包通過串口數(shù)據(jù)線送到微功率射頻收發(fā)電路25。經(jīng)其內(nèi)部的調(diào)制電路進(jìn)行調(diào)制，其調(diào)制方式為高斯濾波移頻鍵控調(diào)制方式（Gaussian Frequency Shift Keying，縮寫GFSK）。然后將已調(diào)制中頻信號(hào)和本地振蕩信號(hào)進(jìn)行混頻，將已調(diào)制中頻信號(hào)變換成UHF高頻載波信號(hào)。再將UHF高頻信號(hào)送到收發(fā)信機(jī)內(nèi)部的發(fā)射射頻驅(qū)動(dòng)放大電路，將射頻信號(hào)幅度放大到17dBm。該UHF高頻信號(hào)經(jīng)內(nèi)部低通濾波電路濾除高次諧波后，送到天線，天線將UHF高頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電磁波向空中發(fā)射，使得微功率無線人機(jī)定位網(wǎng)絡(luò)中的人機(jī)定位節(jié)點(diǎn)模塊得以接收。

2)無線接收信號(hào)

微功率射頻收發(fā)電路25接收定位節(jié)點(diǎn)帶有RSSI值（場(chǎng)強(qiáng)值）的返回信號(hào)，內(nèi)部進(jìn)行低噪聲放大、零中頻混頻、中頻濾波、GFSK解調(diào)等過程進(jìn)行GFSK解調(diào)，并且將射頻信號(hào)還原成數(shù)據(jù)包，串口發(fā)送給微處理器MCU控制電路21。微處理器MCU解析數(shù)據(jù)，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)值計(jì)算出自身與節(jié)點(diǎn)的距離。然后對(duì)距離信息再次打包，轉(zhuǎn)換成上行通信的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給以太網(wǎng)收發(fā)電路26或者GPRS上行通信電路24，它們將該數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺(tái)主站；主站根據(jù)多個(gè)信標(biāo)采集單元的距離數(shù)據(jù)，采用相關(guān)的算法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的精準(zhǔn)定位，得到相應(yīng)坐標(biāo)信息，并標(biāo)注到電子地圖上，可以很直觀看到移動(dòng)物體的位置變換。