专利名称：腕带式定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种定位系统中的一个重要组成部分，对场所内对象的移动及 静止状态下的位置的自动检测和跟踪装置，它釆用短距离宽带射频技术，腕带式结 构设计，是一种集接收和发送信号于一体的腕带式定位装置。
背景技术：
电子腕带一般用于标识特定范围内的对象，如看守所、监狱、医院等。现有的 电子腕带一般功能简单，通常是将需要识别对象的情况写在标签上，或将有关信息 输入到电子标签中，将该电子腕带佩带在该对象手腕上，通过对标名签或电子标签 的视读或机读；被监管对象(人犯)常具有强烈的破坏和脱逃意识，往往会想方设 法毁坏电子腕带；被监管对象(人犯)外出劳动或参加其他户外活动时，很有可能 出现逃离干警视线范围内，对特殊对象的移动及静止状态下的位置的自动检测和跟 踪功能未实现。因此，上述存在的问题使社会存在极大的安全隐患。
发明内容
技术问题本发明针对目前监狱和看守所等管理需求较高的场所，我们设计了 使用ISM频段的无线腕带式定位装置，该装置实现了对监管人员的高精度定位和人 体动作识别。从而充分满足监狱和看守所的管理需求，真正实现了向科技要警力的 目的。
技术方案本发明的无线腕带包含控制模块l、无线模块2、加速度传感器3和 锂电池4四个部分。
加速度传感器的输出端接控制模块的信号输入端，控制模块通过SPI总线与无 线模块相接，由无线模块发出各种定位信号；其中，控制模块采用型号为C8051F9XX 或MSP430FXXX系列控制芯片，无线模块采用型号为CCllOO、 CC2500或nrf9054 的射频芯片，加速度传感器选用型号为MXR6150或ADXL320,电源模块选用的体积小巧的纽扣锂电池。
所述的控制模块中控制芯片的"Pl.O， Pl.l， PI. 2， PI. 3， PI. 7， P2.7 "端顺 序对应接无线模块中射频芯片的"SCLK， SO (GDOl)， SI， CSn， GD02, GD00"端， 控制芯片的"P1.5， PI. 6， P2.6"端分别接加速度传感器的"X0UT， Y0UT， PD"短; 控制芯片的"PI. 4"端接锂电池的电压采样。
3无线模块中射频芯片的"SCLK， S0(GD01)， SI， CSn"为配置接口，同时又是 数据传输接口，分别接控制芯片的"Pl.O， Pl.l, PI. 2， P1.3，，端,"GDOO， SO (GDOl〉， GD02"端为射频芯片的状态指示接口，分别接控制芯片的"P2.7， Pl.l, P1.7"端。
电源模块的输出正极接腕带内嵌金属丝的一端，金属丝的另一端接入控制电路 的电源正极；电源模块的输出负极接入控制电路的电源负极。
加速度传感器的"X0UT， YOUT"端为信号采集输出端，分别接控制模块中控制 芯片的"PI. 5， PI. 6"端，加速度传感器的"PD"端为POWER DOWN配置，接控制 芯片的"P2. 6"脚， 一旦控制芯片将"P2. 6"端置高，加速度传感器即进入POWER DOWN 模式，降低功耗。
电源模块的电压经第一电阻Rl，第二电阻R2分压后接入控制芯片的AD输入 引脚"P2.5"端。
有益效果本发明的功能和效果为
定位功能无线腕带配合系统的基于RSSI的无线定位算法，实现定位功能。
防打架功能无线腕带通过检测加速度传感器的输出信号，从而获得人体的动作
信息，实现"防打架"功能。
防剪断功能无线腕带锂电池通过腕带中内嵌的金属丝构成回路提供整个装置的 供电， 一旦腕带被破坏，腕带不工作，控制中心将报警。
唯一 ID号每个无线腕带都有一个唯一的ID固化到控制芯片的存储器中。实现 全球唯一 ID号。
低电报警功能控制芯片通过采样锂电池的实际电压状况，进行电压侦测， 一旦 电池电压低于预先设定值，就发送指定信号给控制中心，控制中心就报警并显示该 低压的无线腕带ID号。
防水功能无线腕带在结构上采用两个腔的方式，即将表带的连接腔和电路板的装配腔分开，这样更加保证了产品的防水功能。
图l为人犯约束腕带结构框图； 图2为控制芯片和射频芯片接口； 图3为防剪断电路图4为控制芯片与加速度传感器的连接图； 图5为电池电压釆样电路图。
具体实施例方式
1、 控制模块l
采用型号为C8051F9XX或MSP430FXXX系列控制芯片，实现对无线模块的控制及 加速度传感器和电池电压的侦测。该装置控制模块采用MSP430F2011芯片，它是低 功耗单片机，供电电压只需1.8V-3.6V， 16位精简指令体系，2KB+256B Flash Memory, 128BRAM;封装采用14脚(TSS0P);
2、 无线模块2
无线模块采用高接受灵敏度的射频芯片实现无线数据通信，射频芯片型号为 CC1100、 CC2500或nrf905，控制芯片的"Pl.O， Pl. 1， P1.2, Pl. 3， P1.7， P2.7 " 端顺序对应接射频芯片的"SCLK， SO (GDOl)， SI， CSn， G廳，GDO0";该装置采用 CC1100是一款多通道RF收发器，采用4X4mm 20引脚QFP封装。
3、 加速度传感器3
加速度传感器选用MXR6150或ADXL320，控制芯片的"P1.5， Pl. 6， P2.6"分别 接加速度传感器的"X0UT， YOUT, PD";加速度传感器既可测量静态的也可测量动态 的加速度，它是一种高精度、低功耗IC芯片加速计。
4、 锂电池4
电池选用的体积小巧的纽扣锂电池，控制芯片的"P1.4"接电池的电压采样， 一旦点电池电压低于一个预先设定值，就向控制中心发送信号，系统就进行报警，提示更换电池。电池通过腕带中内嵌的金属丝构成回路提供整个装置的供电， 一旦 腕带被破坏，腕带不工作，控制中心将报警。
本发明采用低功耗的控制芯片、ISM频段射频芯片，及高容量的锂电池，并通过 睡眠与工作相结合的工作方式，真正实现了设备的低功耗和超长待机时间。系统采 用了高接受灵敏度，数字接收信号强度指示(RSSI)，无线唤醒功能(W0R)及自动 清理信道评估(CCA)的射频芯片作为无线模块的核心，配合系统的其他模块实现下 述功能
以下结合附图，对本发明产品各个模块的结构和流程进行详细说明。本发明产 品是一种使用ISM频段的无线腕带传感器，对监管对象的高精度定位和人体动作识 别装置。
该设备的总体结构框图如图1所示，控制芯片是整个设备的核心，负责处理与 射频芯片的通信，加速度传感器的信号的采集与控制，以及电池电压的侦测，锂电 池负责设备的供电。
控制芯片和射频芯片的接口如图2所示，其中，射频芯片的"SCLK， SO (GD01), SI， CSn"为配置接口，同时又是数据传输接口，分别接控制芯片的"Pl.O， Pl.l， P1.2， P1.3" —方面对射频芯片的工作方式进行配置，并可以读取射频芯片工作状 态及参数配置；另一方面还可以进行射频数据的接收和发送。射频芯片的"GDOO， SO (GDOl)， GD02"为射频芯片的状态指示接口，分别接控制芯片的"P2.7， Pl. 1， P1.7"。
防剪断电路如图3所示，电池的输出正极接腕带内嵌金属丝的一端，金属丝的 另一端接入控制电路的电源正极；电池的输出负极接入控制电路的电源负极。其中 腕带与电池正极连接的一端，在腕带佩戴前是与电池正极脱离的，只有在腕带佩戴 到被监管对象手腕上，腕带的控制电路才开始工作。 一旦腕带被恶意剪断或破坏， 控制电路即停止工作，这时控制中心即报警，并显示该被破坏的腕带的编号和佩戴 人信息，该报警延时一般不超过15s。
控制芯片与加速度传感器的连接图如图4所示，加速度传感器的"X0UT， Y0UT"为信号采集输出端，分别接控制芯片的"P1.5， PI. 6"，控制芯片的这两个管脚可配 置为控制芯片内部集成的比较器输入IH极或者配置为内部集成的A/D的输入。加速 度传感器的"PD"为POWER D0丽配置，接控制芯片的"P2.6"脚， 一旦控制芯片将 "P2.6"置高，加速度传感器即进入POWER DOWN模式，降低功耗。
电池电压采样电路如图5所示，电池电压电阻R1， R2分压后接入控制芯片的AD 输入引脚"P2.5"。这样电池电压一旦低于预先设定值，及向控制中心发出信号，控 制中心报警并显示需要更换电池的腕带编号和人员信息。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，该发明装置设计完毕后，可以通 过在现已开发的软件或硬件上稍加修改，可以将该装置改造为其他通信产品，例如 医院、幼儿园等需要监控人员行踪的场所，具有相当广泛的应用前景。而所有这些 改变或替换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1. 一种腕带式定位装置，其特征在于该装置包括控制模块(1)，无线模块(2)，加速度传感器(3)和电源模块(4)；加速度传感器(3)的输出端接控制模块(1)的信号输入端，控制模块(1)通过SPI总线与无线模块(2)相接，由无线模块(2)发出各种定位信号；其中，控制模块(1)采用型号为C8051F9XX或MSP430FXXX系列控制芯片，无线模块(2)采用型号为CC1100、CC2500或nrf9054的射频芯片，加速度传感器(3)选用型号为MXR6150或ADXL320，电源模块(4)选用的体积小巧的纽扣锂电池。
2、 根据权利要求1所述的腕带式定位装置，其特征在于所述的控制模块(1) 中控制芯片的"Pl.O， PL1， P1.2， P1.3， P1.7， P2.7 "端顺序对应接无线模块(2) 中射频芯片的"SCLK, SO (GDOl)， SI， CSn， G匿，GDOO"端，控制芯片的"P1.5， P1.6， P2. 6"端分别接加速度传感器的"XOUT， Y0UT， PD"短;控制芯片的"P1.4" 端接锂电池的电压釆样。
3、 根据权利要求1所述的腕带式定位装置，其特征在于无线模块(2)中射频 芯片的"SCLK， SO (GDOl)， SI， CSn"为配置接口，同时又是数据传输接口，分别 接控制芯片的"Pl.O， Pl. 1， P1.2, Pl,3"端，"GDOO， SO(GDOl)， GD02"端为射 频芯片的状态指示接口，分别接控制芯片的"P2.7， Pl.l， P1.7"端。
4、 根据权利要求1所述的腕带式定位装置，其特征在于，电源模块(4)的输 出正极接腕带内嵌金属丝的一端，金属丝的另一端接入控制电路的电源正极；电源 模块(4)的输出负极接入控制电路的电源负极。
5、 根据权利要求1所述的腕带式定位装置，其特征在于，加速度传感器(3) 的"XOUT， YOUT"端为信号采集输出端，分别接控制模块(1)中控制芯片的"P1.5, P1.6"端，加速度传感器的"PD"端为POWER DOWN配置，接控制芯片的"P2.6" 脚， 一旦控制芯片将"P2.6"端置高，加速度传感器即进入POWER DOWN模式，降 低功耗。
6、 根据权利要求1所述的腕带式定位装置，其特征在于，电源模块(4)的电 压经第一电阻R1，第二电阻R2分压后接入控制芯片的AD输入引脚"P2.5"端。
全文摘要
腕带式定位装置是一种对场所内对象的移动及静止状态下的位置的自动检测和跟踪装置，它采用短距离宽带射频技术，腕带式结构设计，是一种集接收和发送信号于一体的腕带式定位装置。该装置包括控制模块(1)，无线模块(2)，加速度传感器(3)和电源模块(4)；加速度传感器(3)的输出端接控制模块(1)的信号输入端，控制模块(1)通过SPI总线与无线模块(2)相接，由无线模块(2)发出各种定位信号；其中，控制模块(1)采用型号为C8051F9XX或MSP430FXXX系列控制芯片，无线模块(2)采用型号为CC1100、CC2500或nrf9054的射频芯片，加速度传感器(3)选用型号为MXR6150或ADXL320，电源模块(4)选用的体积小巧的纽扣锂电池。
文档编号G06K17/00GK101290346SQ20081002556
公开日2008年10月22日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者季卫荣, 张国建, 时小海, 杰 黄 申请人:江苏维尔科技有限公司;东南大学