微功率无线人机定位信标采集终端的制作方法

本实用新型涉及专门适用于无线通信网络的设施，尤其是适用于矿井的微功率无线人机定位信标采集终端。

背景技术：

信标定位技术产生于上世纪，应用范围并不是很广，只是应用于某些特定领域，如航空、导航等。随着GPS定位技术出现和移动基站大范围推广等其他定位技术相继出台，在生产、生活中用于微功率信标定位技术相对较少。但在有一些领域如矿井里面由于其空间等诸多原因，使得是上述这些技术很难施展。相比较信标定位技术相对容易实现。将无线信标定位技术用于管理矿井安全生产。矿井生产当中有大量设备、人员流动，如何检测设备进出、人员流动对于生产效率和安全有至关重要，由于矿井下面空间地域有限，使用地面上的定位检测技术一些常用的手段是不可能实现。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而设计生产一种微功率无线人机定位信标采集终端，作为微功率无线人机定位网络中人机定位信标采集单元，解决现有技术价格昂贵、矿井定位不准确、不方便使用等问题。

本实用新型为解决上述技术问题而提出的技术方案是，一种微功率无线人机定位信标采集终端，作为微功率无线人机定位网络中信标采集单元，与人机定位节点模块和人机定位后台主站之间建立通信，包括壳体和位于其内的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括微处理器MCU控制电路、直流稳压电路、看门狗复位电路、GPRS上行通信电路、微功率射频收发电路、以太网收发电路和外部存储器电路；所述直流稳压电路将电池提供的电源转换为适配的电力向其他电路供电；所述看门狗复位电路在微处理器MCU控制电路出现死机时，将其复位；所述微功率射频收发电路接收人机定位节点模块的返回信号的RSSI值，进行GFSK解调，将射频信号还原成数据包，发送给所述微处理器MCU控制电路；所述微处理器MCU电路根据RSSI值计算出自身与人机定位节点模块的距离,将所述距离信息通过串口发送给外部存储器电路进行存储，所述微处理器MCU电路还将距离信息打包、转换成上行通信的数据帧，发送给所述以太网收发电路或者GPRS上行通信电路；所述以太网收发电路或者GPRS上行通信电路将距离信息数据发送给后台主站；所述后台主站的命令数据经所述以太网收发电路或者GPRS上行通信电路，发送至所述微处理器MCU控制电路；所述微处理器MCU将命令数据进行解析和分包，通过串口发送给所述微功率射频收发电路；射频收发电路将命令数据包进行调制、放大和滤波，转换成射频信号，发送给人机定位节点模块。

更佳的是，所述微处理器MCU控制电路的微处理器集成电路U1是采用STM32F207VET6，所述微处理器集成电路U1的92脚和93脚接入所述微功率射频收发电路；所述微处理器集成电路U1的16、24、25、32、33、34、43、48、51和52脚接入所述以太网收发电路；所述微处理器集成电路U1的89、90、91、97和98脚接入所述外部存储器电路；所述微处理器集成电路U1的81、82、84和85脚接入所述LED指示灯电路；所述微处理器集成电路U1的14、57和65脚接入所述看门狗复位电路；所述微处理器集成电路U1的29、30、31、39、40、63和64脚所述GPRS上行通信电路。

更佳的是，所述直流稳压电路包括两个低压差线性稳压器U2和U5；所述低压差线性稳压器U2采用AMS1117-3.3，将外部电源转化成适配电力向微处理器MCU控制电路、外部存储器电路和以太网收发电路供电；所述低压差线性稳压器U5采用SPX29302，向GPRS上行通信电路供电。

更佳的是，所述看门狗复位电路包括看门狗集成电路U11，所述看门狗集成电路U11采用UM706，该看门狗集成电路U11的5、6和7脚与所述微处理器MCU控制电路连接。

更佳的是，所述GPRS上行通信电路包括GSM模块J3，所述GSM模块J3采用M590E-R2，所述GSM模块J3的STATE0、STATE1、STATE2、PCTRL、ON/OFF和RST与所述微处理器MCU控制电路连接。

所述微功率射频收发电路包括微型处理器U2，所述微处理器U2采用STM32F103RCT6，该微功率射频收发电路的USART1-RX-A和USART1-TX-A脚与所述微处理器MCU控制电路连接。

更佳的是，所述以太网收发电路包括以太网收发集成电路U14，所述以太网收发集成电路U14采用LAN8720Ai-CP-TR；所述以太网收发集成电路U14的7～9脚、11～12脚和13～18脚与所述微处理器MCU控制电路连接。

更佳的是，所述外部存储器电路包括存储器集成芯片U6，所述存储器集成芯片U6采用SST26VF064BT，该存储器集成芯片U6的1、2、5和6脚与所述微功率射频收发电路连接。

更佳的是，还包括LED指示灯电路，所述LED指示灯电路与所述微功率射频收发电路连接；所述LED指示灯电路28用不同的灯色和闪烁方式，显示所述信标采集终端所处的各工作状态。

同现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：采用价格低廉、操作方便方式，采用以太网\GPRS上行通信方式，可以适应不同的现场环境。矿井工作人员在矿井作业时，信标收集单元与人机定位模块进行通信，定位人员位置，并且上报主站后台，自动构建人员运动地图。

附图说明

图1 是本实用新型微功率无线人机定位信标采集终端的优选实施例中PCB通信主板2的逻辑结构示意框图；

图2是所述优选实施例中微处理器MCU控制电路21的原理电路图；

图3是所述优选实施例中直流稳压电路22的原理电路图；

图4 是所述优选实施例中看门狗复位电路23的原理电路图；

图5 是所述优选实施例中GPRS上行通信电路24的原理电路图；

图6是所述优选实施例中微功率射频收发电路25的原理电路图；

图7是所述优选实施例中以太网收发电路26的原理电路图；

图8 是所述优选实施例中外部存储器电路27的原理电路图；

图9是所述优选实施例中LED指示灯电路28的原理电路图；

图10是所述优选实施例的微功率无线人机定位信标采集终端与人机定位后台、人机定位节点建立通信的工作示意图。

具体实施方式

下面，结合附图所示之优选实施例进一步阐述本实用新型。

参见图1，本实用新型之优选实施例是一种微功率无线人机定位信标采集终端，应用于微功率无线人机定位网络中人机定位节点与信标采集单元之间建立通信，所述PCB通信主板包括微处理器MCU控制电路21、直流稳压电路22、看门狗复位电路23、GPRS上行通信电路24、微功率射频收发电路25、以太网收发电路26、外部存储器电路27、LED指示灯电路28；所述直流稳压电路22将电池提供的电源转换为适配的电力向其他电路供电；所述看门狗复位电路23在微处理器MCU控制电路21出现死机时，将其复位，保证系统的稳定、可靠。

所述微功率射频收发电路25接收定位节点的返回信号的RSSI值（场强值）强弱，进行GFSK解调，并且将射频信号还原成数据包，串口发送给所述微处理器MCU控制电路21。所述微处理器MCU控制电路21进行解析数据，根据场强值计算出自身与节点的距离。同时将距离信息通过串口发送给所述外部存储器电路2进行存储。然后对距离信息再次打包，转换成上行通信的数据帧，发送给所述以太网收发电路26或者GPRS上行通信电路24，它们将该数据发送给后台主站；主站根据多个信标采集单元的距离数据，采用相关的算法，从而实现对节点的精准定位，得到相应坐标信息，并标注到电子地图上，可以很直观看到移动物体的位置变换。

主站的命令首先发送至所述以太网收发电路26或者GPRS上行通信电路24，它们将该数据发送至所述微处理器MCU控制电路21；微处理器MCU将数据进行解析、分包，通过串口发送给所述微功率射频收发电路25；射频收发电路将数据包进行调制、放大、滤波，转换成射频信号，发送给定位节点模块。

参见图2，本例中，所述微处理器MCU控制电路21的微处理器集成电路U1是采用STM32F207VET6，所述微处理器集成电路U1的92脚、93脚接入所述微功率射频收发电路25；所述微处理器集成电路U1的16、24、25、32、33、34、43、48、51和52脚接入所述以太网收发电路26；所述微处理器集成电路U1的89、90、91、97和98脚接入所述外部存储器电路27；所述微处理器集成电路U1的81、82、84和85脚接入所述LED指示灯电路28；所述微处理器集成电路U1的14、57和65脚接入所述看门狗复位电路23；所述微处理器集成电路U1的29、30、31、39、40、63和64脚所述GPRS上行通信电路24。

参见图3，本例中，所述直流稳压电路22包括两个低压差线性稳压器U2、U5,所述低压差线性稳压器U2采用AMS1117-3.3，将外部电源转化成后向微处理器MCU控制电路21、外部存储器电路27、以太网收发电路2）供电；所述低压差线性稳压器U5采用SPX29302，向GPRS上行通信电路2）供电。

参见图4，本例中，所述看门狗复位电路23包括看门狗集成电路U11，门狗集成电路采用UM706，该集成电路的5、6、7脚与所述微处理器MCU控制电路21连接。

参见图5，本例中，所述GPRS上行通信电路24采用GSM模块J3, GSM模块J3型号为M590E-R2，所述GSM模块J3的STATE0、STATE1、STATE2、PCTRL、ON/OFF、RST与所述微处理器MCU控制电路21连接

参见图6，本例中，所述微功率射频收发电路25包括微型处理器U2，该微型处理器U2采用STM32F103RCT6; 该微功率射频收发电路的USART1-RX-A、USART1-TX-A与所述微处理器MCU控制电路21连接。

参见图7，本例中，所述以太网收发电路26包括以太网收发芯片U14，所述以太网收发芯片U14采用LAN8720Ai-CP-TR，该集成电路的7-9脚，11-12脚，13-18脚与所述微处理器MCU控制电路21连接。

参见图8，本例中，所述外部存储器电路27包括存储器集成芯片U6，所述U6采用SST26VF064BT，该集成芯片的1、2、5、6脚与所述微功率射频收发电路25连接。

参见图9，本例中，所述还包括用于显示所述微功率无线人机定位信标采集终端工作状态的LED指示灯电路28与所述微功率射频收发电路25连接。

本实施例的微功率无线人机定位信标采集终端的主要技术性能指标：

1、微功率无线下行通道：

1)空中波特率：默认10Kbps，1200bps～200Kbps

2)接收灵敏度：优于-112dBm（BER=0.1%，10kbps）

3)工作频段： 470MHz - 510MHz

4)信道频率间隔：200KHz

5)天线：PCB板天线

6)调制方式：GFSK

7)发射功率：≤17dBm

8)供电电压： +9V DC/220V AC

9)工作电流：发送电流≤100mA；静态电流≤10mA

10)发射持续时间：≤10ms

2、GPRS上行通道

1）频段EGSM900/DCS1800双频，支持锁频功能

2）灵敏度< -107dBm

3）最大发射功率EGSM900 Class4（2W），DCS1800 Class1（1W）

4）GPRS 特性支持GPRS CLASS 12，理论最大上行传输速率：85.6kbit/s，理论最大下行传输速率：85.6kbit/s。内嵌TCP/IP 协议，可支持多链路，支持服务器及客户端模式，电路交换数据，支持CSD 数据业务，支持USSD（非结构化补充数据业务）

5）UART 支持串口复用，支持发送AT、数据传输及软件下载，支持从1200bit/s 到115200bit/s的波特率

主处理器ARM7-EJ@360MHz

6）天线特性50Ω特性阻抗

7）工作温度-40℃～+85℃

8）工作电压3.5V～4.3V（推荐值3.9V ）

9）瞬间电流Max 2.0A待机电流（Idle） 18mA，休眠电流（Sleep）< 2mA（现网），< 1mA（仪器，DRX=9）。

参见图1至图10，就本实施中的微功率无线人机定位信标采集终端，与人机定位网络中人机定位节点模块建立通信的工作原理如下：

1)无线发射信号

信标采集终端平时会以固定的时间间隔发射信标信号，微处理器MCU控制电路21的集成电路U1将需发送的数据信号进行处理，然后将其加上前导码和同步码，节点地址及相应强度信息再将其打包成数据包，所述数据包通过串口数据线送到微功率射频收发电路25。经其内部的调制电路进行调制，其调制方式为高斯滤波移频键控调制方式（Gaussian Frequency Shift Keying，缩写GFSK）。然后将已调制中频信号和本地振荡信号进行混频，将已调制中频信号变换成UHF高频载波信号。再将UHF高频信号送到收发信机内部的发射射频驱动放大电路，将射频信号幅度放大到17dBm。该UHF高频信号经内部低通滤波电路滤除高次谐波后，送到天线，天线将UHF高频信号转换成电磁波向空中发射，使得微功率无线人机定位网络中的人机定位节点模块得以接收。

2)无线接收信号

微功率射频收发电路25接收定位节点带有RSSI值（场强值）的返回信号，内部进行低噪声放大、零中频混频、中频滤波、GFSK解调等过程进行GFSK解调，并且将射频信号还原成数据包，串口发送给微处理器MCU控制电路21。微处理器MCU解析数据，根据场强值计算出自身与节点的距离。然后对距离信息再次打包，转换成上行通信的数据帧，发送给以太网收发电路26或者GPRS上行通信电路24，它们将该数据发送给后台主站；主站根据多个信标采集单元的距离数据，采用相关的算法，从而实现对节点的精准定位，得到相应坐标信息，并标注到电子地图上，可以很直观看到移动物体的位置变换。