一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置的制作方法

本实用新型涉及一种定位装置，具体涉及一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置。

背景技术：

在日常生活中，老人和儿童的安全问题越来越引起人们的重视，尤其是外出时，实时掌握老人和儿童的实时位置，是每个看护人的基本要求。此外，随着中国经济的快速发展、人民生活水平的不断提高，汽车已进入百姓家庭，但随之而来的盗窃案也在逐渐增加，需要实时掌握汽车的位置，满足汽车防盗的需求。

随着移动互联网的发展、技术进步和高性能低功耗处理芯片的推出等，满足以上需求的无线定位装置已经从概念转化成产品，且越来越受到人们的关注。无线定位装置通常是将GPS(Global Positioning System, 全球定位系统) 设置于定位装置内，并将部署该定位装置的使用对象的动态位置、时间等信息通过无线网络的传输传递至监控中心，监控中心根据使用对象的准确位置、速度及运动方向等信息，对部署该定位装置的使用对象进行动态监控、报警处理或其他信息管理。

现在的无线定位装置通常内置GPS模块和移动通信模块，将GPS模块获得的定位数据通过移动通信模块(GSM/GPRS网络)传至Internet上的一台服务器上，从而可以实现在电脑上查询GPS追踪器所处的位置，用于儿童和老人的行踪掌控，公路巡检，贵重货物跟踪，追踪与勤务派遣，私人侦探工具，个人财物跟踪，宠物跟踪，野生动物追踪，货运业，汽车防盗，自行车防盗，电动车防盗，摩托车防盗，银行运钞车，军警演习操控，检调追踪，公务车管理等。

然而，现在的无线定位装置存在着数据传输方案或借助局域网的2.4GHz的WIFI、蓝牙、ZigBee等无线技术，或广域网的2G、3G、4G、5G等无线技术来进行，导致解决方案必须在便捷部署、远距离和低功耗等方面进行平衡选择。

当前已经有为数众多的技术方案为用户提供定位装置，但是它们仍然有改进之处。2004年国家知识产权局公布的由宜虹科技股份有限公司申报，中国专利号为200410048966.9《无线预设追踪监控装置》的专利，公开了提供一种无线预设追踪监控装置，可对监控区实施严密的追踪监控。该专利所述的无线发送模块和无线接收模块，以315MHZ频率的无线传输方式来传送定位讯号，将导致无法远程便捷部署。2005年国家知识产权局公布的由尹红伟和尹红英申报，中国专利号为200510007232.0《无线通讯移动目标搜索追踪器》的专利，公开了一种无线通讯移动目标搜索追踪器，用于老人、儿童、特殊人群的搜索追踪。该专利的无线通信方式借助第二、三、四代及以后到若干代无线通信技术，将导致因使用通讯运营商的无线网络存在流量费用导致运营成本过高。2006年国家知识产权局公布的由上海晨兴电子科技有限公司申报，中国专利号为200610027853.X《无线追踪方法、用于该方法的设备以及无线追踪系统》的专利，公开了一种利用无线通信网络进行追踪的无线追踪方法，采用该方法的终端设备和控制设备，以及采用上述设备和方法的无线追踪系统。该专利的无线通信方式采用GSM网络、CDMA网络或者3G网络，将导致因使用通讯运营商的无线网络存在流量费用导致运营成本过高。2013年国家知识产权局公布的由南京亚士德科技有限公司和桦汉科技股份有限公司申报，中国专利号为201310162121.1《无线定位追踪器》的专利，公开了一种无线定位追踪器，通过无线通讯传输实现对被追踪者的定位追踪。该专利所述的通信单元是借助通讯运营商提供的信道，实现与外部通讯设备之间收发及传递信息，将导致因使用通讯运营商的无线网络存在流量费用导致运营成本过高。2014年国家知识产权局公布的由中电科卫星导航运营服务有限公司申报，中国专利号为201410721686.3《一种包含近距离无线通信模块的追踪器及追踪方法》的专利，公开了一种小型定位追踪器装置及追踪方法，用于老人、儿童、宠物等的看护。该专利所述的近距离通信模块局限于蓝牙，无线局域网802.11或红外数据传输，导致无法远程便捷部署。2016年国家知识产权局公布的由广州市正唐信息科技有限公司申报，中国专利号为201610143830.9《一种基于双MCU的无线车载防盗追踪系统及追踪方法》的专利，公开了一种基于双MCU的无线车载防盗追踪系统。该专利所述的通讯模块采用GSM/GPRS方式进行通讯，用于对整个系统进行信息数据传输，实现定位数据的传输和云服务器与用户终端的通信，将导致因使用通讯运营商的无线网络存在流量费用导致运营成本过高。

随着物联网技术的出现，我们可以将各种设备连接在一起实现设备间的连接和协同、全方位的信息交互功能，驱动智慧生活的架构向着连接和协同方向前进。其中，LoRa作为物联网中的一种低功耗广域网通信技术，是美国Semtech公司推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，为用户提供了免牌照频段、远距离、长电池寿命、大容量的无线通信系统。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是现有技术存在的，或采用蓝牙，无线局域网802.11或红外数据传输等近距离通信模块导致无法远程便捷部署，或采用GSM网络、CDMA网络、3G网络或者4G网络等远距离通信模块导致因使用通讯运营商的无线网络存在流量费用导致运营成本过高，即现有技术的共性技术问题是：数据传输方案或借助局域网的2.4GHz的WIFI、蓝牙、ZigBee等无线技术，或广域网的2G、3G、4G、5G等无线技术来进行，导致解决方案必须在便捷部署、远距离、运营成本和低功耗等方面进行平衡选择等不足。

本实用新型提供了一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置，既能实现低成本大规模的便捷部署，又能应用在长距离和低功耗的场景，既结构简单、又经济实用。为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思如下。

一、数据传输采用LoRa物联网传输技术。LoRa技术相比现有局域网的2.4GHz的WIFI、蓝牙、ZigBee等无线技术，广域网的2G、3G、4G、5G等无线技术，具有远距离，低功耗、多节点、低成本的特点，无需在远距离和低功耗两者之间进行平衡选择，做到了两者皆可兼顾，最大程度地实现了更长距离通信和更低功耗。尽管LoRa技术的数据速率较低，但却延长了电池的寿命、增加了网络的容量、增强了建筑物的穿透力。LoRa的上述技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。

二、在无线定位装置部署区域的中心点架设一台LoRa网关路由器，即可覆盖半径为15公里的区域范围；若部署区域半径超过15公里，则通过分布式架设多台LoRa网关路由器协同工作。

三、在定位管理主机的定位管理数据库中，存储所有已部署的GPS定位及LoRa通信装置的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象、GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户）。

根据上述的实用新型构思，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置，其特征是它包括若干台LoRa网关路由器、定位管理主机、手机基站、定位管理用户、若干个被定位目标对象、若干个被部署在被定位目标对象的GPS定位及LoRa通信装置。

所述的LoRa网关路由器，是覆盖整个部署区域的，单台LoRa网关路由器或者分布式协同工作的多台LoRa网关路由器。

所述的定位管理主机，是设有定位管理数据库的定位管理主机；其中，定位管理数据库存储所有已部署的GPS定位及LoRa通信装置的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象、GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户）、GPS定位及LoRa通信装置通过LoRa网关路由器提供的无线数据链路连接定位管理主机，接收定位指令后，获取被定位目标对象的实时GPS位置，上传实时GPS定位位置、定位时间点信息，播报“定位成功”语音信息；定位管理主机以LoRa芯片ID信息为关键字搜索定位管理数据库，匹配得到相应的GPS定位及LoRa通信装置的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象、GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户），读取三元组信息中的GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户信息、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象信息；定位管理主机形成定位记录四元组信息（定位时间点、被定位目标对象、实时GPS定位位置、定位管理用户），记录在定位管理数据库；定位管理主机通过手机基站，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向定位管理用户发送定位记录四元组信息。

所述的手机基站，是提供手机通信相关服务的手机通信运营商设立的手机基站。

所述的定位管理用户，是通过手机接收以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种信息传输方式发送的定位记录四元组信息。

所述的被定位目标对象，是被部署了GPS定位及LoRa通信装置的目标对象。

所述的GPS定位及LoRa通信装置，是指整个部署区域内的若干个GPS定位及LoRa通信装置，包括控制模块、GPS定位模块、LoRa通信模块、电源模块、语音提示模块。

所述的GPS定位及LoRa通信装置的控制模块，是连接GPS定位模块、LoRa通信模块、电源模块、语音提示模块。

所述的GPS定位及LoRa通信装置的GPS定位模块连接着控制模块，将被定位目标对象的实时GPS定位位置、定位时间点信息送往控制模块。

所述的GPS定位及LoRa通信装置的LoRa通信模块连接着控制模块，通过LoRa网关路由器提供的无线数据链路将控制模块连接定位管理主机，接收定位指令，上传实时GPS定位位置、定位时间点信息。

所述的GPS定位及LoRa通信装置的电源模块连接着控制模块、直接给控制模块、通过控制模块间接给GPS定位模块、LoRa通信模块、语音提示模块提供相应的工作电压。

所述的GPS定位及LoRa通信装置的语音提示模块连接着控制模块，当控制模块收到被定位目标对象的实时GPS定位位置信息后，控制语音提示模块播报“定位成功”语音信息。

所述的一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置的具体的工作流程步骤如下。

步骤1：初始化内部模块。

步骤2：定位管理用户借助定位管理主机，通过LoRa网关路由器提供的无线数据链路连接指定的GPS定位及LoRa通信装置，发出定位指令。

步骤3：GPS定位及LoRa通信装置通过LoRa网关路由器提供的无线数据链路接收定位指令后，获取被定位目标对象的实时GPS位置，向定位管理主机上传实时GPS定位位置、定位时间点信息，并播报“定位成功”语音信息。

步骤4：定位管理主机以LoRa芯片ID信息为关键字搜索定位管理数据库，匹配得到相应的GPS定位及LoRa通信装置的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象、GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户），读取三元组信息中的GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户信息、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象信息。

步骤5：定位管理主机形成定位记录四元组信息（定位时间点、被定位目标对象、实时GPS定位位置、定位管理用户），记录在定位管理数据库。

步骤6：定位管理主机通过手机基站，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向定位管理用户发送定位记录四元组信息。

本实用新型具体的技术效果是：既结构简单、又经济实用地实现了基于LoRa物联网传输技术的无线定位的功能，能满足低成本大规模的部署，又能应用在长距离和低功耗的场景。本实用新型具有成本低廉、使用方便、无线定位、多时间点式定位、定位区域可扩展性强、定位结果准确性强、计算效率高，系统实时性能强等特点和优点，有效地提高了定位的效率和性能。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

通过以下对本实用新型一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置的实例结合其附图的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、具体结构特征和优点。

图1为本实用新型的部署示意图。

图2为本实用新型的原理方框图。

图3为本实用新型的具体工作流程图。

图4为本实用新型的控制模块电路图。

图5为本实用新型的电源模块电路图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型一种基于LoRa物联网传输技术的无线定位装置的技术内容，特举以下实例详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型是这样实现的，它包括若干台LoRa网关路由器103、定位管理主机104、手机基站106、定位管理用户107、若干个被定位目标对象101、若干个被部署在被定位目标对象的GPS定位及LoRa通信装置102。

所述的LoRa网关路由器103，是覆盖整个部署区域的，单台LoRa网关路由器或者分布式协同工作的多台LoRa网关路由器。

所述的定位管理主机104，是设有定位管理数据库105的定位管理主机106；其中，定位管理数据库105存储所有已部署的GPS定位及LoRa通信装置102的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置102的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置102部署的被定位目标对象101、GPS定位及LoRa通信装置102的定位管理用户107）、GPS定位及LoRa通信装置102通过LoRa网关路由器103提供的无线数据链路连接定位管理主机104，接收定位指令后，获取被定位目标对象101的实时GPS位置，上传实时GPS定位位置、定位时间点信息，播报“定位成功”语音信息；定位管理主机104以LoRa芯片ID信息为关键字搜索定位管理数据库105，匹配得到相应的GPS定位及LoRa通信装置102的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置102的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置部署102的被定位目标对象101、GPS定位及LoRa通信装置102的定位管理用户107），读取三元组信息中的GPS定位及LoRa通信装置102的定位管理用户107信息、GPS定位及LoRa通信装置部署102的被定位目标对象101信息；定位管理主机104形成定位记录四元组信息（定位时间点、被定位目标对象101、实时GPS定位位置、定位管理用户107），记录在定位管理数据库105；定位管理主机104通过手机基站106，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向定位管理用户107发送定位记录四元组信息。

所述的手机基站106，是提供手机通信相关服务的手机通信运营商设立的手机基站。

所述的定位管理用户107，是通过手机接收以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种信息传输方式发送的定位记录四元组信息。

所述的被定位目标对象101，是被部署了GPS定位及LoRa通信装置102的目标对象。

所述的GPS定位及LoRa通信装置图1中102或者图2中201，是指整个部署区域内的若干个GPS定位及LoRa通信装置，包括控制模块202、GPS定位模块203、LoRa通信模块204、电源模块205、语音提示模块206。

所述的GPS定位及LoRa通信装置201的控制模块，是连接GPS定位模块203、LoRa通信模块204、电源模块205、语音提示模块206。

所述的GPS定位及LoRa通信装置201的GPS定位模块203连接着控制模块202，将被定位目标对象101的实时GPS定位位置、定位时间点信息送往控制模块202。

所述的GPS定位及LoRa通信装置201的LoRa通信模块204连接着控制模块202，通过LoRa网关路由器207提供的无线数据链路将控制模块202连接定位管理主机208，接收定位指令，上传实时GPS定位位置、定位时间点信息。

所述的GPS定位及LoRa通信装置201的电源模块205连接着控制模块202、直接给控制模块202、通过控制模块202间接给GPS定位模块203、LoRa通信模块204、语音提示模块206提供相应的工作电压。

所述的GPS定位及LoRa通信装置201的语音提示模块206连接着控制模块202，当控制模块202收到被定位目标对象101的实时GPS定位位置信息后，控制语音提示模块206播报“定位成功”语音信息。

本实施例的具体工作流程步骤如图3显示，步骤如下。

步骤301：初始化内部模块。

步骤302：定位管理用户借助定位管理主机，通过LoRa网关路由器提供的无线数据链路连接指定的GPS定位及LoRa通信装置，发出定位指令。

步骤303：GPS定位及LoRa通信装置通过LoRa网关路由器提供的无线数据链路接收定位指令后，获取被定位目标对象的实时GPS位置，向定位管理主机上传实时GPS定位位置、定位时间点信息，并播报“定位成功”语音信息。

步骤304：定位管理主机以LoRa芯片ID信息为关键字搜索定位管理数据库，匹配得到相应的GPS定位及LoRa通信装置的三元组信息（GPS定位及LoRa通信装置的LoRa芯片ID、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象、GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户），读取三元组信息中的GPS定位及LoRa通信装置的定位管理用户信息、GPS定位及LoRa通信装置部署的被定位目标对象信息。

步骤305：定位管理主机形成定位记录四元组信息（定位时间点、被定位目标对象、实时GPS定位位置、定位管理用户），记录在定位管理数据库。

步骤306：定位管理主机通过手机基站，以短信方式、微信方式、手机APP方式中的任意一种方式进行信息传输，向定位管理用户发送定位记录四元组信息。

本实施例的控制模块可选择STC、Atmel、TI、MicroChip、ARM等公司提供的STC12、MSP430、TMS、STM32、PIC、AVR等不同型号芯片来实现。进而，控制模块与其他模块的具体电路连接关系，完全取决于具体型号芯片所配备的用户手册之规定。本实施例采用的技术方案为：控制模块选用的是专为高性能、低成本、低功耗工程要求设计的、基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103系列的处理器，用于构建状态监测及通信装置中功能控制的基本电路；LoRa通信模块选用Semtech公司的SX1272、SX1276、SX1301等芯片。本实施例的具体的电路连接关系分别如图4～5所示。其中，图4为本实用新型的控制模块电路图；图5为本实用新型的电源模块电路图。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种扩展、改进和修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的扩展、改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。