礦用嵌入式無線測距模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種礦用嵌入式無線測距模塊，包括封裝殼體、郵票口焊盤、天線和電路裝置；電路裝置包括微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路、測距時鐘電路、對外接口以及供電接口；微控制器與射頻收發(fā)器雙向信號電連接；微控制器與對外接口雙向信號電連接；微控制器與主時鐘電路信號電連接；射頻收發(fā)器與功率放大電路雙向信號電連接；射頻收發(fā)器分別與實時時鐘電路以及測距時鐘電路信號電連接；功率放大電路與天線雙向信號電連接；對外接口與郵票口焊盤電連接；供電接口使用時外接電源以供電。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、測距精度高，接口豐富、適用性強且嵌入到礦用測距定位終端產(chǎn)品比較方便。
【專利說明】礦用嵌入式無線測距模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及嵌入式模塊，具體涉及一種可方便地嵌入礦用測距和定位終端產(chǎn)品以實現(xiàn)高精度測距的嵌入式模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]位置智能相關(guān)技術(shù)近年來發(fā)展迅猛。移動位置服務(wù)(Location Based Service,LBS)利用無線通訊技術(shù)、空間定位技術(shù)、GIS技術(shù)、嵌入式技術(shù)等為移動終端和應(yīng)用系統(tǒng)提供基于空間地理位置的信息服務(wù)，具有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。煤礦井下是一個特殊的應(yīng)用環(huán)境，空間狹窄、各類電器和機械設(shè)備眾多，井下的位置服務(wù)需求在安全和生產(chǎn)兩方面均顯得迫切和重要。煤礦應(yīng)用環(huán)境的特殊性，使許多在地面上可行的定位產(chǎn)品和系統(tǒng)到井下達不到實用要求，而基于IEEE 802.15.4a和SDS-TWR定位算法的測距定位產(chǎn)品由于其在無線定位精度、定位并發(fā)數(shù)、系統(tǒng)的定位容量和定位的實時性上相對于其他技術(shù)的定位產(chǎn)品有較大的優(yōu)勢，如若將基于IEEE 802.15.4a協(xié)議的無線定位技術(shù)結(jié)合煤礦應(yīng)用環(huán)境的特殊性開發(fā)出適于煤礦應(yīng)用的測距定位產(chǎn)品，必將對煤礦生產(chǎn)管理、安全決策、搶險救災(zāi)等發(fā)揮重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、測距精度高且嵌入到礦用測距定位終端產(chǎn)品比較方便的礦用嵌入式無線測距模塊。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，其特征在于:包括封裝殼體、郵票口焊盤、天線和電路裝置；電路裝置包括微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路、測距時鐘電路、對外接口以及供電接口；
上述的郵票口焊盤固定設(shè)置在封裝殼體的下方；天線固定設(shè)置在封裝殼體的上方；電路裝置封裝設(shè)置在封裝殼體內(nèi)；
電路裝置的微控制器與射頻收發(fā)器雙向信號電連接；微控制器與對外接口雙向信號電連接；微控制器與主時鐘電路信號電連接；射頻收發(fā)器與功率放大電路雙向信號電連接；射頻收發(fā)器分別與實時時鐘電路以及測距時鐘電路信號電連接；功率放大電路與天線雙向信號電連接；對外接口與郵票口焊盤電連接；供電接口與微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路以及測距時鐘電路電連接。
[0005]進一步的方案是:上述的郵票口焊盤至少設(shè)置7個以上；電路裝置的對外接口包括CAN接口、SPI接口、SSP接口、UART接口、GPIO接口和AD轉(zhuǎn)換接口 ；各對外接口分別對應(yīng)與I個郵票口焊盤電連接。
[0006]進一步的方案是:上述的電路裝置的微控制器為CM3內(nèi)核微處理器；射頻收發(fā)器為基于IEEE802.15.4a標準的2.4GHz頻率的射頻收發(fā)器；天線為陶瓷天線。
[0007]本發(fā)明具有積極的效果:(I)本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，通過采用基于IEEE802.15.4a標準的射頻收發(fā)器以及在射頻收發(fā)器的前端加入20dBm的功率放大電路，使得整個模塊的發(fā)射功率最大值可達20dBm，接收靈敏度_95dBm，最大測距距離可達500米，定位精度< 1.5米。(2)利用本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，可使得測距定位終端產(chǎn)品的硬件及軟件開發(fā)設(shè)計者有效簡化終端產(chǎn)品的硬件相關(guān)電路及程序設(shè)計。(3)本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，設(shè)有CAN、SSP,UART, SP1、IIC等豐富的通信接口，使得其在應(yīng)用于測距定位終端產(chǎn)品開發(fā)時，適用性較強，便于終端產(chǎn)品的開發(fā)。(4)本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，通過設(shè)置AD轉(zhuǎn)換接口，可通過修改微控制器的控制軟件，達到實時采集外部某點電壓值的目的，方便擴展相關(guān)應(yīng)用。(5)本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，其各類接口通過郵票口焊盤的方式給出，應(yīng)用于測距定位終端產(chǎn)品時，只需通過郵票口焊盤與終端產(chǎn)品的底板的電路封裝進行對應(yīng)焊接，使得應(yīng)用方便，省時省力。(6 )本發(fā)明的礦用嵌入式無線測距模塊，結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0009]上述附圖中的附圖標記如下:
封裝殼體1，
郵票口焊盤2，
天線3,
電路裝置4。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0011](實施例1)
見圖1和圖2，本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊，由封裝殼體1、郵票口焊盤2、天線3和電路裝置4組成。
[0012]郵票口焊盤2設(shè)置多個，本實施例中，至少設(shè)置7個以上。郵票口焊盤2固定設(shè)置在封裝殼體I的四周下方。郵票口焊盤2用于本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊在嵌入到礦用測距定位終端產(chǎn)品時，通過郵票口焊盤2與終端產(chǎn)品的底板的電路封裝進行對應(yīng)焊接。
[0013]天線3固定設(shè)置在封裝殼體I的上方。天線3本實施例中優(yōu)選采用陶瓷天線。
[0014]電路裝置4封裝設(shè)置在封裝殼體I內(nèi)。電路裝置4主要由微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路、測距時鐘電路、對外接口以及供電接口組成。對外接口包括CAN接口、SPI接口、SSP接口、UART接口、GPIO接口和AD轉(zhuǎn)換接口。
[0015]微控制器與射頻收發(fā)器雙向信號電連接；微控制器與各對外接口分別雙向信號電連接；微控制器與主時鐘電路信號電連接；射頻收發(fā)器與功率放大電路雙向信號電連接；射頻收發(fā)器分別與實時時鐘電路以及測距時鐘電路信號電連接；功率放大電路與天線3雙向信號電連接；供電接口與微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路以及測距時鐘電路電連接；各對外接口分別與I個郵票口焊盤2電連接；供電接口使用時外接電源。[0016]電路裝置4的微控制器本實施例中優(yōu)選采用CM3內(nèi)核微處理器；射頻收發(fā)器優(yōu)選采用基于IEEE802.15.4a標準的2.4GHz頻率的射頻收發(fā)器。
[0017] 本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊該模塊的部分技術(shù)指標如下:
供電電壓2.5V-2.7V ；
最大峰值電流220mA，最低靜態(tài)電流200uA ；
無線射頻部分工作頻率為2.4GHZ ；
最大發(fā)送功率20dBm ；
接收靈敏度_95dBm ；
數(shù)據(jù)傳輸率IMbps ；
遵循IEEE802.15.4a協(xié)議標準、采用SDS-TWR定位算法，定位時間間隔可調(diào)，最大的測距距離達到500米，測距定位精度< 1.5米。
[0018]本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊該模塊，具有定位、待機和低功耗三種模式。通過UART接口接收AT命令進行手動模式切換或修改微控制器內(nèi)部軟件進行自動模式切換，不同的工作模式對應(yīng)不同等級的模塊功耗，在低功耗模式時，模塊的最低工作電流典型值僅為200uA。功耗模式切換可方便滿足定位測距終端產(chǎn)品的低功耗要求。模式切換還可達到調(diào)整定位周期的目的。
[0019]本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊該模塊上電后，首先發(fā)送廣播命令自動搜索周圍遵循相同標準和定位算法的接收器，當接收到接收器的應(yīng)答命令后，按照SDS-TWR算法與接收器進行測距操作。測距操作成功后，模塊通過多種對外接口(以奶、3?1、11(:、0八隊SSP)通過相應(yīng)的通信協(xié)議，將測距距離和接收器地址傳輸?shù)酵獠?。通過AD轉(zhuǎn)換接口，可通過修改微控制器的控制軟件，達到實時采集外部某點電壓值的目的，方便擴展相關(guān)應(yīng)用。
[0020]綜上，本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊，通過采用基于IEEE802.15.4a標準的射頻收發(fā)器以及在射頻收發(fā)器的前端加入20dBm的功率放大電路，使得整個模塊的發(fā)射功率最大值可達20dBm，接收靈敏度-95dBm，最大測距距離可達500米，定位精度< 1.5米；利用本實施例的礦用嵌入式無線測距模塊，可使得測距定位終端產(chǎn)品的硬件及軟件開發(fā)設(shè)計者有效簡化終端產(chǎn)品的硬件相關(guān)電路及程序設(shè)計；通過CAN、SSP、UART, SP1、IIC等豐富的通信接口，使得其在應(yīng)用于測距定位終端產(chǎn)品開發(fā)時，適應(yīng)性較強，便于終端產(chǎn)品的開發(fā)；通過設(shè)置AD轉(zhuǎn)換接口，可通過修改微控制器的控制軟件，達到實時采集外部某點電壓值的目的，方便擴展相關(guān)應(yīng)用；各類接口通過郵票口焊盤的方式給出，應(yīng)用于測距定位終端產(chǎn)品時，只需通過郵票口焊盤與終端產(chǎn)品的底板的電路封裝進行對應(yīng)焊接，使得應(yīng)用方便，省時省力。
[0021]以上實施例是對本發(fā)明的【具體實施方式】的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用嵌入式無線測距模塊，其特征在于:包括封裝殼體(I)、郵票口焊盤(2)、天線(3)和電路裝置(4);電路裝置(4)包括微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路、測距時鐘電路、對外接口以及供電接口； 所述的郵票口焊盤(2 )固定設(shè)置在封裝殼體(I)的下方；天線(3 )固定設(shè)置在封裝殼體(1)的上方；電路裝置(4)封裝設(shè)置在封裝殼體(I)內(nèi)； 電路裝置(4)的微控制器與射頻收發(fā)器雙向信號電連接；微控制器與對外接口雙向信號電連接；微控制器與主時鐘電路信號電連接；射頻收發(fā)器與功率放大電路雙向信號電連接；射頻收發(fā)器分別與實時時鐘電路以及測距時鐘電路信號電連接；功率放大電路與天線(3)雙向信號電連接；對外接口與郵票口焊盤(2)電連接；供電接口與微控制器、射頻收發(fā)器、功率放大電路、主時鐘電路、實時時鐘電路以及測距時鐘電路電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用嵌入式無線測距模塊，其特征在于:所述的郵票口焊盤(2)至少設(shè)置7個以上；電路裝置(4)的對外接口包括CAN接口、SPI接口、SSP接口、UART接口、GPIO接口和AD轉(zhuǎn)換接口 ；各對外接口分別對應(yīng)與I個郵票口焊盤(2)電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用嵌入式無線測距模塊，其特征在于:所述的電路裝置(4)的微控制器為CM3內(nèi)核微處理器；射頻收發(fā)器為基于IEEE802.15.4a標準的2.4GHz頻率的射頻收發(fā)器；天線(3)為陶瓷天線。
【文檔編號】H04B17/00GK103576136SQ201310571776
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】霍振龍, 包建軍, 張科帆, 徐煒 申請人:天地（常州）自動化股份有限公司, 中煤科工集團常州研究院有限公司