微功率无线人机定位节点模块的制作方法

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节点模块。

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节点模块，作为人机定位网络中的人机定位节点使用，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节点模块，作为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，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、时钟电路、收发信机电路、低通滤波电路、收发开关电路、直流稳压电路和天线；所述直流稳压电路将外部提供的电力转换为适配的电力向其他电路供电；所述天线将收到的射频信号经收发开关电路送到收发信机电路，由收发信机电路将射频信号调解为数据包再送到所述微处理器MCU控制电路；所述微处理器MCU根据通信协议，解析接收到的数据信号，再回复相关的数据帧；微处理器MCU控制电路将带有场强值信息的基带信号，送至收发信机电路调制为射频信号，经低通滤波电路送到收发开关电路，通过天线发送给信标采集单元。

更佳的是，所述微处理器MCU控制电路的微处理器集成电路U102是采用低功耗EFM32TG110，所述微处理器集成电路U102的13脚和14脚接入所述时钟电路；所述微处理器集成电路U102的1脚、3脚、17脚、18脚、23脚和24脚接入收发信机电路。

更佳的是，所述时钟电路包括时钟芯片U3, 所述时钟芯片U3采用RX8025，该时钟芯片U3的数据SDA脚和SCL脚连接至所述微处理器MCU控制电路。

更佳的是，所述收发信机电路包括收发信集成电路U200，所述收发信集成电路U200采用SI4438，收发信集成电路U200的第3脚和4脚与收发开关电路连接；该收发信集成电路U200的13脚至17脚和20脚与所述微处理器MCU控制电路连接，该收发信集成电路U200的2脚与低通滤波电路连接。

更佳的是，所述低通滤波电路由电感L200～ L204和电容C204～C210构成的滤波电路。

更佳的是，所述收发开关电路包括收发转换开关集成电路U201，所述收发转换开关集成电路U201采用UPG2179, 该收发转换开关集成电路U201的5脚与天线连接，该收发转换开关集成电路U201的第1脚、第4脚和第6脚与收发信机电路连接，该收发转换开关集成电路U201的3脚与所述低通滤波电路连接。

更佳的是，所述直流稳压电路包括稳压集成电路U102，所述稳压集成电路U102将由内部电池提供的+3.7V电源转换为+3.3V电源，向所述微处理器MCU控制电路、 时钟电路和收发信机电路供电。

更佳的是，还包括用于显示所述微功率无线人机定位节点模块工作状态的LED指示电路所述LED指示电路与微处理器MCU控制电路。

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，将人机定位节点模块镶嵌矿工帽中，无需附加设备，矿井工作人员在矿井作业时，信标收集单元与人机定位节点模块进行通信，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节点模块的所述PCB通信主板2优选实施例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20的原理电路图；

图3 是所述优选实施例中时钟电路21的原理电路图；

图4 是所述优选实施例中收发信机电路22和低通滤波电路23的原理电路图；

图5 是所述优选实施例中收发开关电路24和天线26的原理电路图；

图6 是所述优选实施例中直流稳压电路25的原理电路图；

图7 是所述优选实施例中LED指示电路27的原理电路图；

图8是所述优选实施例的微功率无线人机定位节点模块与信标采集单元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至图8，本实用新型之优选实施例是一种微功率无线人机定位节点模块，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，所述信标采集单元包括集中器模块和GPRS上行终端。所述微功率无线人机定位节点模块包括壳体和位于其内的PCB通信主板2，所述PCB通信主板2包括微处理器MCU控制电路20、时钟电路21、收发信机电路22、低通滤波电路23、收发开关电路24、直流稳压电路25和天线26；所述直流稳压电路25将内部电池提供的电力转换为适配的电力向其他电路供电；所述天线26将收到的射频信号经收发开关电路24送到收发信机电路22，由收发信机电路22将射频信号调解为数据包再送到所述微处理器MCU控制电路20；所述微处理器MCU根据通信协议，解析接收到的数据信号，再回复相关的数据帧；微处理器MCU控制电路将带有RSSI值（场强值）信息的基带信号送至所述收发信机电路22调制为射频信号，经低通滤波电路23滤波后送到收发开关电路24，通过与该收发开关电路24连接的天线26发送给人机定位中的信标采集单元。

信标采集单元根据返回的RSSI值（场强值）强弱，计算出自身与节点的距离。多个信标采集单元将自身与节点的距离信息通过GPRS/以太网的方式返回给后台主站，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。

参见图2 ，所述微处理器MCU控制电路20的微处理器集成电路U102是采用EFM32TG110，所述微处理器集成电路U102的13脚、14脚接入所述时钟电路21；所述微处理器集成电路U102的1脚、3脚、17脚、18脚、23脚、24脚接入收发信机电路22。

参见图3，本例中，所述时钟电路21包括时钟芯片U3, 所述时钟芯片U3采用RX8025，该时钟芯片U3的数据SDA脚、SCL脚连接至所述微处理器MCU控制电路20。

参见图4，本例中，所述收发信机电路22包括收发信机集成电路U200，采用SI4438，收发信集成电路U200的第3脚、4脚与收发开关电路24连接；该收发信集成电路U200的13脚至17脚、20脚与所述微处理器MCU控制电路20连接，该收发信集成电路U200的2脚与低通滤波电路23连接。

参见图4，本例中，所述低通滤波电路23包括由电感L200～ L204和电容C204～C210构成的滤波电路。

参见图5，本例中，所述述收发开关电路24包括收发转换开关集成电路U201，采用UPG2179,该收发转换开关集成电路U201的5脚与天线26连接，该收发转换开关集成电路U201的第1脚、第4脚、第6脚与收发信机电路22连接，该收发转换开关集成电路U201的3脚与所述低通滤波电路23连接。

参见图6，本例中，所述直流稳压电路25包括稳压集成电路U102，所述稳压集成电路U102将由外部电池提供的+3.7V电源转换为+3.3V电源，向所述微处理器MCU控制电路20、时钟电路21和收发信机电路22供电。

参见图7，本例中，还包括用于显示所述微功率无线人机定位节点模块工作状态的LED指示电路27，所述LED指示电路27与微处理器MCU控制电路20连接。所述微处理器集成电路U102的8脚接入LED指示灯电路27。

本实施例的微功率无线人机定位节点模块的主要技术性能指标：

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：≤5dBm

8)供电电压：+3.7VDC

9)工作电流：发送电流≤17mA；静态电流≤1.2uA

10)发射持续时间：≤10ms

参见图1至图8，就本实施中的微功率无线人机定位节点模块，作为人机定位网络中人机定位节点，与信标采集单元建立通信的工作原理如下：

1)接收信号

节点通讯单元在正常时大部分时间是处在休眠状态，唤醒后天线26接收到的射频信号首先送到收发开关电路24的转换开关集成电路U201（型号为UPG2179），此时微功率无线人机定位节点模块处于接收模式，收发开关电路24开通接收信号通路，将射频信号送到的收发信机电路22的射频集成电路U200（型号为SI4438）的3、4脚接收信号输入端，射频信号在该射频集成电路U200的内部进行低噪声放大、零中频混频、中频滤波、GFSK解调等过程，将射频信号还原成数据包，然后所述数据包通过收发信机电路22和微处理器MCU控制电路20连接的串口数据线送到微处理器集成电路U102，微处理器集成电路U102将数据包进行处理，取出人机定位信息数据，进行分析，再回复相应的数据帧。时钟电路21的时钟芯片U3 为RX8025，为无线定位模块提供时间参数，使得建立位置、时间坐标系成为可能。

2)发射信号

微处理器MCU控制电路20的集成电路U102将带有RSSI值（场强值）信息的数据进行处理，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收发信机电路22的收发信机电路U200（型号为SI4438）中，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），调制后的已调制中频信号被送到收发信机电路U200内部的发射混频电路。

所述发射混频电路的任务是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5dBm。

经处理后的所述UHF高频信号从收发转换开关集成电路U200的2脚输出，所述 UHF高频信号经过低通滤波电路23，该UHF高频信号经低通滤波电路23滤除高次谐波后，被送到收发开关电路24的转换开关集成电路U201中，此时微功率无线人机定位节点模块处于发射模式时，收发开关电路24开通发射信号通路，将UHF高频信号送到天线26，天线26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中的信息采集单元得以接收。

信标采集单元根据返回的RSSI值强弱，计算出自身与节点的距离。多个信标采集单元将自身与节点的距离信息通过GPRS/以太网的方式返回给后台主站，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。主站根据计算得出相应坐标信息，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。通常必须有三个以上信标站收到同一个移动物体信号，其得出坐标信息相对准确。