禽畜放养环境下的数据采集与定位IOT锚点装置的制作方法

本实用新型涉及一种禽畜放养环境下的数据采集与定位IOT锚点装置，具体为应用于放养环境下的禽畜运动量数据汇集及定位物联网锚点装置。

背景技术：

IOT锚点是物联网数据采集及定位系统的一个重要环节，在物联网数据采集及定位系统中，待采集目标佩戴或嵌入智慧IOT标签，IOT标签将数据定时汇集到IOT锚点，IOT锚点进一步获取IOT标签的本次接收信号强度RSSI值，并经过一定的数据融合和压缩算法之后，通过双模射频同时将数据上送至一个蜂窝IOT网络的网关，IOT网关则将数据汇集到云平台或服务器。IOT锚点在物联网数据采集及定位系统中起着承上启下的作用，其通信容量、稳定性及无线性能将影响该物联网数据采集与定位系统的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种禽畜放养环境下的数据采集与定位IOT锚点装置，该装置具有高接收灵敏度、较大的覆盖能力，其该装置无需棒状天线，体积小巧，便于部署。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种禽畜放养环境下的数据采集与定位IOT锚点装置，包括PCB电路板及设置于该PCB电路板上的用于为整个装置供电的电源模块、FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块，所述FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块分别内置第一MCU芯片、第二MCU芯片；所述PCB电路板上还设置有分别与所述FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块连接的868MHz PCB天线、780MHz PCB天线，且所述868MHz PCB天线与780MHz PCB天线在PCB电路板上成90度正交分布。

在本实用新型一实施例中，所述PCB电路板上，电源模块的设置位置远离所述FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块。

在本实用新型一实施例中，所述PCB电路板上，868MHz PCB天线与780MHz PCB天线部分不覆铜接地，其余部分大面积覆铜接地。

在本实用新型一实施例中，水平放置PCB电路板，则所述780MHz PCB天线位于PCB电路板的正前侧，所述868MHz PCB天线位于PCB电路板的正右侧。

在本实用新型一实施例中，所述FSK通信接收模块与868MHz PCB天线之间还连接有一868MHz 滤波器。

在本实用新型一实施例中，所述电源模块包括第一至第三电源电路；所述第一电源电路用于实现电源的接入及整流保护作用；所述第二电源电路用于实现对第一电源电路输入电源的滤波及电源电压的降压作用；所述第三电源电路用于实现对第二电源电路输入电源的进一步滤波及电压的隔离作用。

在本实用新型一实施例中，所述第一电源电路包括电源输入接口、跨接在电源输入接口的防雷管、PTC可恢复保险、TVS二极管、第一至第四二极管，所述PTC可恢复保险、TVS二极管组成过压过流保护电路，所述第一至第四二极管组成整流桥电路，外接电源经电源输入接口、防雷管、过压过流保护电路、整流桥电路输出至第二电源电路。

在本实用新型一实施例中，所述第二电源电路包括用于对第一电源电路输入电源进行滤波的大电容、对经大电容滤波的电源进行降压的XL1509芯片、以及对XL1509芯片输出电源进行进一步滤波的CLC滤波电路，经CLC滤波电路滤波的电源输出至第三电源电路。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

（1）与短距离物联网通信技术（WiFi，Bluetooth，ZigBee）相比，使用FSK通信采集节点数据，具有信号衰减性能好，距离远等特点；

（2）该装置的接收灵敏度可达-115dbm；

（3）使用窄带物联网LoRa调制解调技术，使得锚点可远距离与网关保持通信，最远可达5km与网关保持连接，绕射及绕障碍能力远大于当前的物联网短距离通信技术，提升了覆盖能力，节约了网络部署成本，适合与野外及树林应用环境；

（4）成本约为当前物联网接入点的1/3；

（5）使用双频（780与868）模式工作，使得IOT锚点的可接入节点数（系统容量）、上行吞吐量得到极大的提升；

（6）无需棒状天线，体积小巧，部署便利。

附图说明

图1是本实用新型禽畜放养环境下的数据采集与定位IOT锚点装置的PCB电路板板载天线总体布局图。

图2是本实用新型一实施例的PCB电路板形状及元器件分布布局框图。

图3是本实用新型硬件系统框图。

图4是本实用新型第一电源电路原理图。

图5是本实用新型第二电源电路原理图。

图6是本实用新型第三电源电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图1-6，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图1-6所示，本实用新型的一种禽畜放养环境下的数据采集与定位IOT锚点装置，包括PCB电路板及设置于该PCB电路板上的用于为整个装置供电的电源模块、FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块，所述FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块分别内置第一MCU芯片、第二MCU芯片（所述第一MCU芯片、第二MCU芯片均可采用STM32L051C8T6等芯片）；所述PCB电路板上还设置有分别与所述FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块连接的868MHz PCB天线、780MHz PCB天线，且所述868MHz PCB天线与780MHz PCB天线在PCB电路板上成90度正交分布。

所述PCB电路板上，电源模块的设置位置远离所述FSK通信接收模块、LoRa通信发送模块。所述PCB电路板上，868MHz PCB天线与780MHz PCB天线部分不覆铜接地，其余部分大面积覆铜接地。水平放置PCB电路板，则所述780MHz PCB天线位于PCB电路板的正前侧，所述868MHz PCB天线位于PCB电路板的正右侧。

所述FSK通信接收模块与868MHz PCB天线之间还连接有一868MHz 滤波器。

所述电源模块包括第一至第三电源电路；所述第一电源电路用于实现电源的接入及整流保护作用；所述第二电源电路用于实现对第一电源电路输入电源的滤波及电源电压的降压作用；所述第三电源电路用于实现对第二电源电路输入电源的进一步滤波及电压的隔离作用。所述第一电源电路包括电源输入接口、跨接在电源输入接口的防雷管、PTC可恢复保险、TVS二极管、第一至第四二极管，所述PTC可恢复保险、TVS二极管组成过压过流保护电路，所述第一至第四二极管组成整流桥电路，外接电源经电源输入接口、防雷管、过压过流保护电路、整流桥电路输出至第二电源电路。所述第二电源电路包括用于对第一电源电路输入电源进行滤波的大电容、对经大电容滤波的电源进行降压的XL1509芯片、以及对XL1509芯片输出电源进行进一步滤波的CLC滤波电路，经CLC滤波电路滤波的电源输出至第三电源电路。

实施例一：

如图3所示，本实用新型所示硬件系统主要分为3个组成部分：电源模块部分、LoRa通信发送模组部分、FSK通信接收模组部分。电源系统允许5V-30VDC宽电压范围进行系统供电，并具有防反接（反接也可正常工作）、防雷、防浪涌、防电源冲击的优点；LoRa通信发送模组实现串口接收数据并通过LoRa通信方式以及LoRa扩频通信调制方式将数据发送至LoRa网关，该发送模组工作在780MHz频点；FSK通信接收模组实现通过FSK调制方式，具有抗干扰能力强，通信距离远等优点，接收禽畜穿戴设备（节点）的运动数据及其RSSI信号强度，具有并发量大、通信距离远的优点。

如图4-6所示，为本实用新型采用的电源模块部分的第一至第三电源电路原理图。

如图4所示，为第一电源电路原理图，电源从J1接入，通过一个跨接在电源输入端的防雷管（原理图中未画出，实际可直接外挂焊接）实现防雷功能。防雷管是气体放电管，当雷电感应产生电压超过一定额度（70V）时，防雷管可瞬间短路，将能量导入到地线，从而实现保护后级电路。

R1与D5组成过压过流保护电路，可防止外部电源输入故障造成的过压或过流的影响。R1为PTC可恢复保险，D5为40V TVS二极管。

而后经过四个二极管（D1-D4）组成的整流桥电路，这个电路通过整流的方式，实现了对正负电源防反接，以及对交流电源的适应。

如图5所示，为第二电源电路原理图，C66为大电容，对输入电源进行滤波。U9（XL1509）为一个标准的DC-DC电路，对输入电源进行降压，降为3.3V系统电压。L6，C67，C68组成CLC滤波电路，对DC-DC输出的电源进行进一步过滤，使得RF部分的信号灵敏度得以保障。

如图6所示，为第三电源电路原理图，L2电感实现对MCU主控电压与RF射频系统电压的隔离，电容的选择可进一步降低电源纹波，提高电源系统稳定性。

本实施例中780MHz LoRa扩频通信PCB板载天线及868MHz FSK通信PCB板载天线布板总体布局图如图1所示：

1）PCB结构分布，电源部分尽量远离射频部分。

2）天线巴伦部分PCB板背面及正面均不敷铜接地，其他部分则大面积覆铜接地。

3）780MHz天线巴伦及868MHz天线巴伦位置关系呈现“90度正交”的分布状态，以减少信号干扰现象。

图2为本实施例PCB电路板形状及元器件具体分布布局框图。

本实用新型装置具有如下特点：

1）电源特性：防反接（反接一样工作）防雷、防浪涌、防电源冲击、宽电源输入 5V~30VDC，适合在禽畜放养的野外室外环境下工作，安全直流电源输入也可降低现场施工电源埋设的触电风险，以及排除了在系统运行过程中禽畜破坏触电的风险。

2）780MHz与868MHz的板载天线经过布局优化，极大降低了相互干扰，可实现收发并行工作。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。