一种定位卡

本实用新型涉及人员定位领域，特别是涉及一种定位卡。

背景技术：

射频精确定位技术在人员定位追踪、资产管理、医疗监护等领域存在着巨大的市场需求，主要涉及到人身安全的危险工作场所，尤其是在gps无法定位的室内场合，例如地下勘探、山洞开凿等场合，精确定位技术的需求极为迫切。现有的射频定位系统以zigbee为典型代表，大多是基于rssi定位技术，但rssi定位技术在实际应用中存在接收信号强度易受干扰，定位精度不稳定的问题。

为解决射频定位精度问题，2002年11月，ieee开始酝酿建立低速无线个人局域网物理层标准ieee802.15.4a，明确未来无线个人局域网定位应用2个可选的物理层：工作于2.4ghz免授权频段的线性调频扩频技术(chirpspreadspectrum，css)和工作于3.1～10.6ghz频段的超宽带(ultrawideband，uwb)技术。

对于测距精度的具体解决方法是采用信号飞行时间测量方法。该方法的优点是定位精度高、定位精度稳定、定位精度不随距离增加而降低、不易受外界环境干扰的优点，可满足高精度定位要求。由于信号发射接收时间测量分辨率与信号带宽成正比，因此uwb比css技术可获得更高测量精度。

而现有技术中的基于uwb技术的定位，大多采用基于到达时间(timeofarrival，toa)的定位方式，但这种定位要想达到厘米级，需要三次交互过程，在交互的过程中会占用过多的时隙，因此，这种方式要想准确定位而不冲突，必须有一整套的分配时隙的方法。但是由于时隙占用，系统的容纳量就会大大降低。为了提高系统的容量，需要使用到达时间差(timedifferenceofarrival，tdoa)的方式，卡片随机发送以防止冲突的产生。但是，现在市面上主流的dw1000芯片开接收时功耗比发送还大很多，卡片要想和上层交互会耗费很大的功耗。

因此，目前亟需一种新型的定位卡装置，既可以解决rssi定位技术定位不准确的问题，还可以解决dw1000芯片功耗大的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种定位卡，集成有uwb技术和2.4g功能，既可以提高定位精度，还可以提高紧急情况下紧急信息传达的可靠性，同时还可以降低功耗，解决单独基于dw1000芯片交互时功耗过大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种定位卡，包括：

主控制电路，用于对所述定位卡中各个电路进行控制；

2.4g信号放大电路，与所述主控制芯片连接，用于放大2.4g射频信号；

2.4g射频天线电路，与所述2.4g信号放大电路连接，用于接收、发送2.4g射频信号；

超宽带收发定位电路，与所述主控制电路连接，用于通过超宽带发送定位包进行定位；

超宽带信号放大电路，与所述超宽带收发定位电路连接，用于放大超宽带射频信号；

超宽带射频天线电路，与所述超宽带信号放大电路连接；用于接收、发送超宽带射频信号；

供电单元，与各个电路分别连接，用于供电。

可选的，所述主控制电路上集成有2.4g收发芯片和arm4内核处理器，所述2.4g收发芯片与所述2.4g信号放大电路连接，用于传递2.4g射频信号。

可选的，所述2.4g收发芯片的型号为nrf52832，所述arm4内核处理器为具有fpu浮点运算器的位处理器。

可选的，所述超宽带收发定位电路包括dw1000芯片，所述主控制电路通过spi总线与所述dw1000芯片进行信息交互，控制所述超宽带收发定位电路发送定位包。

可选的，所述超宽带信号放大电路包括超宽带信号放大pa电路、射频开关和反相器芯片，所述超宽带信号放大pa电路用于对超宽带射频信号进行放大，所述射频开关用于控制超宽带射频信号的收发状态的切换，所述反相器芯片用于对所述超宽带收发定位电路中的dw1000芯片输出的发送使能信号进行反相。

可选的，所述超宽带收发定位电路还包括晶体振荡器和巴伦，所述巴伦用于差分信号与单端信号之间的转换，型号为hhm1595a1。

可选的，所述供电单元还与电源转换电路连接，所述电源转换电路用于将电源的电压值进行转换后，为所述超宽带信号放大电路提供5v直流电压，为dw1000芯片提供1.8v和3.3v的直流电压，还为所述主控制电路提供3.3v直流电压。

可选的，所述定位卡还包括与所述主控制电路连接的电压检测电路，所述电压检测电路用于检测电源电压的大小，当电源电压过低时，所述电压检测电路在定位包中添加电压过低的报警标志，通过所述超宽带射频天线电路发送给读卡基站。

可选的，所述定位卡还包括分别与所述主控制电路连接的指示灯提示电路、按键求救单元、运动静止检测单元、震动提示单元和电源充放电管理单元；

所述指示灯提示电路用于通过指示灯对定位包的发送状态以及电池低电量状态进行提示；

所述按键求救单元用于实时检测求救按键的按压状态，被按下后通过所述2.4g射频天线电路向读卡基站发送求救报警；

所述运动静止检测单元用于实时检测所述定位卡的运动状态；

所述震动提示单元用于对用户进行震动提醒；

所述电源充放电管理单元用于控制电源的充电状态。

可选的，所述供电单元为可充电的锂电池。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

1、本实用新型提出了一种定位卡，包括集成2.4g收发芯片和arm4内核处理器的主控制电路、超宽带收发定位电路、2.4g信号放大电路、超宽带信号放大电路、2.4g射频天线电路和超宽带射频天线电路，通过设置超宽带收发定位电路和2.4g收发芯片，超宽带频段信号和2.4g频段信号的放大电路，以及超宽带和2.4g的射频天线，实现了在同一个定位卡中超宽带(uwb)和2.4g的集成、结合，有效提升了定位的准确性和可靠性，降低了系统功耗，在解决基于rssi技术定位不准确的问题的同时，还解决了单独基于dw1000芯片交互时功耗过大的问题。

2、本实用新型还具有指示灯提示电路、按键求救单元、运动静止检测单元、震动提示单元，指示灯提示电路用于通过指示灯对定位包的发送状态以及电池低电量状态进行提示，按键求救单元用于实时检测求救按键的按压状态，被按下后通过所述2.4g射频天线电路向读卡基站发送求救报警，运动静止检测单元用于实时检测所述定位卡的运动状态，震动提示单元用于对用户进行震动提醒，当出现紧急情况后，可有效提高紧急信息传达的可靠性。

3、本实用新型中，紧急情况的求救信息通过2.4g大功率可靠的跟随定位包发送，由于定位包采用随机发送的方式，2.4g信号的发送也具有随机性大大提高的数据的可靠性，2.4g信号的接收采用跟随定位包开启短接收的方式，发送端可以检测到对应卡的定位包时立即发送2.4g信号，在节省功耗的同时做到了可靠的接收。

4、本实用新型还具有电压检测电路，在定位卡的电源电压过低时，通过指示灯提示，管理人员可以及时给电池充电，避免发生由于电池电量用尽而无法定位的和交互的情况。低电量信息也会及时传输到读卡基站，监控人员能及时提醒使用人员给定位卡充电。

5、本实用新型提出的定位卡，可广泛适用于隧道、煤矿、工地、会场、养老院、监狱等各种场合，均可对人员实现高精度、低功耗的定位，具有普适性、实用性和推广性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1的定位卡的结构示意图。

附图标记说明：

1-主控制电路，2-2.4g信号放大电路，3-2.4g射频天线电路，4-超宽带收发定位电路，5-超宽带信号放大电路，6-超宽带射频天线电路，7-供电单元，8-电源转换电路，9-电压检测电路，10-指示灯提示电路，11-按键求救单元，12-运动静止检测单元，13-震动提示单元，14-电源充放电管理单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种定位卡，集成有uwb技术和2.4g功能，既可以提高定位精度，还可以提高紧急情况下紧急信息传达的可靠性，同时还可以降低功耗，解决单独基于dw1000芯片交互时功耗过大的问题。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

图1为本实用新型实施例1的定位卡的结构示意图。从图1中可直观看出，所述定位卡包括主控制电路1、2.4g信号放大电路2、2.4g射频天线电路3、超宽带收发定位电路4、超宽带信号放大电路5、超宽带射频天线电路6和供电单元7。其中，所述主控制电路1负责对各个电路、各个单元进行控制；所述2.4g信号放大电路2与所述主控制电路1连接，用于放大2.4g射频信号；所述2.4g射频天线电路3与所述2.4g信号放大电路2连接，用于接收、发送2.4g射频信号；所述超宽带收发定位电路4与所述主控制电路1连接，用于通过超宽带发送定位包进行定位；所述超宽带信号放大电路5与所述超宽带收发定位电路4连接，用于放大超宽带射频信号；所述超宽带射频天线电路6与所述超宽带信号放大电路5连接，用于接收、发送超宽带射频信号；所述供电单元7与各个电路分别连接，用于供电。所述供电单元7优选可以充电且电池容量为600ma的锂电池，在每秒发送一次定位数据包时平均功耗控制在200ua，充满电后可连续使用3个月。

本实施例在主控制电路1的基础上，设置了超宽带收发定位电路4和2.4g收发芯片，超宽带频段信号和2.4g频段信号的放大电路，以及超宽带和2.4g的射频天线，从而实现了在同一个定位卡中的超宽带(uwb)和2.4g功能的集成、结合，进而有效提升了定位的准确性和可靠性，降低了系统功耗，在解决基于rssi技术定位不准确的问题的同时，还解决了单独基于dw1000芯片交互时功耗过大的问题。

另外，所述2.4g信号放大电路2包括型号为8tr8211、2.4g频段的2.4g信号放大pa电路，所述2.4g信号放大pa电路对定位卡发送的2.4g射频信号进行放大。在打开2.4g接收功能时，使用主控制电路1的相应引脚控制所述2.4g信号放大pa电路的旁路，不开启低噪声放大器，以进一步节省定位卡的功耗，防止接收信号的饱和。此外，所述超宽带射频天线电路6和所述2.4g射频天线电路3均采用陶瓷天线，为了减小定位卡的体积，所述2.4g射频天线电路3可采用型号为an9520-245的小型陶瓷天线，所述超宽带射频天线电路6的型号为acs5200hfauwb。

应说明的是，在所述定位卡中，所述主控制电路1为集成有2.4g收发芯片和arm4内核处理器的芯片结构。所述2.4g收发芯片是型号为nrf52832的2.4g收发芯片与其外围的32mhz、32.768khz晶体振荡器组成的最小的2.4g射频收发系统。所述arm4内核处理器为具有fpu浮点运算器的64mhz位处理器。所述2.4g收发芯片与所述2.4g信号放大电路2连接，用于传递2.4g射频信号，从而构成了一路“2.4g收发芯片-2.4g信号放大电路2-2.4g射频天线电路3”的2.4g射频信号收发结构。

本实施例中，由于所述主控制电路1集成了2.4g收发和amr4内核，可以直接当做2.4g射频收发器使用，为了可靠的传输，本实用新型通过2.4g信号放大电路2对2.4g射频信号进行了放大，以使读卡基站能准确的读取定位卡发来的求救等信息。

所述超宽带收发定位电路4包括dw1000芯片，所述主控制电路1通过spi总线与所述dw1000芯片进行信息交互，控制所述超宽带收发定位电路4发送定位包。所述超宽带信号放大电路5包括型号为sbb5089z的超宽带信号放大pa电路、型号为sky13298-360lf的射频开关和型号为sn74aup1g14的反相器芯片，所述超宽带信号放大pa电路用于对超宽带射频信号进行放大，所述射频开关用于控制超宽带射频信号的收发状态的切换，所述反相器芯片用于对所述dw1000芯片第33脚输出的发送使能信号进行反相，原信号与反相后的信号共同控制所述射频开关，使发射通路串入超宽带信号放大pa电路，接收通路不串入超宽带信号放大pa电路。其中，发射通路：dw1000芯片->巴伦->射频开关->超宽带信号放大pa电路->射频开关->超宽带射频天线电路6；接收通路：超宽带射频天线电路6->射频开关->射频开关->巴伦->dw1000芯片。

所述超宽带收发定位电路4还包括晶体振荡器和巴伦，所述巴伦用于差分信号与单端信号之间的转换，型号为hhm1595a1。

所述dw1000芯片通过所述巴伦将发送的差分射频信号转为单端信号，使用所述反相器芯片对发送控制信号进行反相，发送控制信号和反相的发送控制信号共同控制射频开关进行收发切换。当处于发送状态时超宽带信号放大pa串入两个射频开关之间，此时所述dw1000芯片的pa使能控制引脚开启pa电源，对发送的超宽带射频信号进行放大，然后超宽带射频信号通过所述超宽带天线发送出去，发送完毕后所述dw1000芯片的pa使能引脚关闭pa电源，同时将开关切换到接收通路，此时pa处于旁路状态，超宽带射频信号经过所述超宽带天线接收后经过两个射频开关，然后通过所述巴伦将单端信号转为差分信号进入所述dw1000芯片进行解调。

所述供电单元7还与电源转换电路8连接，所述电源转换电路8包括dc/dc转换器和低压差线性稳压器，所述电源转换电路8将电源的电压值进行转换后，为所述超宽带信号放大电路5提供5v直流电压，为dw1000芯片提供1.8v和3.3v的直流电压。由于系统使用3.3v，1.8v，5v电源，定位卡使用dc/dc转换器和低压差线性稳压器对电池电压进行转换，然后给各个电路和单元供电。所述定位卡使用锂电池供电，所述超宽带信号放大电路5需要使用5v直流电压，使用mp3414a电源芯片将锂电池电压转换到5v，为所述超宽带信号放大电路5提供5v直流电压。dw1000芯片工作时使用到1.8v和3.3v直流电压，定位卡上使用两片降压型的dc/dc转换器(rt8059芯片)，一片稳压输出3.3v，另一片稳压输出1.8v，为dw1000芯片提供1.8v和3.3v的直流电压。此外，所述电源转换电路8还通过低压差线性稳压器(tps7a0533pdqn芯片)将电池电压稳压到3.3v，为所述主控制电路1提供3.3v直流电压。

本实施例中，所述定位卡还包括与所述主控制电路1连接的电压检测电路9，所述电压检测电路9用于检测电源电压的大小，当电源电压过低时，所述电压检测电路9在定位包中添加电压过低的报警标志，通过所述超宽带射频天线电路6发送给读卡基站。当供电单元7的电压通过分压电阻分压后，输送到所述主控制电路1的adc引脚上进行adc采集，采集后的数字量转换为对应的电压值，然后对电压进行卡尔曼滤波。为了节省分压电阻的功耗，使用主控制电路1的引脚对是否接入采集电压进行控制。通过电压检测电路9，当定位卡的电池电压过低时，通过红色指示灯提示，管理人员可以及时给电池充电，避免发生由于电池电量用尽而无法定位的和交互的情况。低电量信息也会及时传输到读卡基站，读卡基站的监控人员能及时提醒使用人员给定位卡充电。

此外，所述定位卡还包括分别与所述主控制电路1连接的指示灯提示电路10、按键求救单元11、运动静止检测单元12、震动提示单元13和电源充放电管理单元14。

其中，所述指示灯提示电路10用于通过指示灯显示不同的颜色或不同的闪动频次，实现对定位包的发送状态以及电池低电量状态的提示，所述指示灯提示电路10对所述电压检测电路9采集、滤波后的输出电压和对应的门限值进行比较，如果输出电压小于门限值，则指示灯会提示电池电量过低，同时通过定位包中相应的标志位提示监控人员定位卡电量报警。需要说明的是，其中的标志位，例如定位包其中的1字节数据，这一个字节数据包含8个二进制位，可以将指定的某1二进制位置1来指示定位卡电量低，或者设定的其他标志位均可。另外，还应说明的是，本实施例中的指示灯的颜色可以自行设定，例如红色、绿色等。当指示灯为红色时，可以设置为定位包发送失败的提示，或者电池电量过低的提示；当指示灯为绿色时，可以作为定位包发送成功的提示，还可以作为电池电量充满的提示。需要注意的是，上述设置的指示灯的颜色，不应作为对本实用新型的限定，指示灯显示的具体颜色以及其代表的含义，均可根据实际情况进行设定。

所述按键求救单元11用于实时检测求救按键的按压状态，所述按键求救单元11的求救按键设于所述定位卡的卡面上，所述求救按键被按下后通过所述2.4g射频天线电路3向读卡基站发送求救报警，读卡基站的后台人员接收到求救报警后，得知定位卡用户处于紧急危险状态，立即制定解决方案。具体的，所述主控制电路1内部集成有2.4g信道的射频收发器，所述主控制电路1通过相应引脚控制2.4g信号放大电路2，进行2.4g射频信号的放大、收发。当定位卡使用人员按下求救按键后，所述主控制电路1通过相应引脚控制2.4g信号放大电路2中的2.4g信号放大pa电路处于发送放大使能状态，求救信号被调制为2.4g频段的射频信号，经过2.4g信号放大pa电路放大后，通过所述2.4g射频天线电路3匹配电路，经过2.4g射频天线电路3发送出去。发送完毕后，所述主控制电路1控制2.4g信号放大pa电路处于接收旁路状态，不启用2.4g信号放大pa电路内部的低噪声放大器，以节省定位卡功耗。

所述运动静止检测单元12采用超低功耗、型号为lis2dh12tr的加速度传感器，在运动时加速度传感器产生中断唤醒所述主控制电路1，同时使定位包进入快发模式，在静止时即检测不到运动时进入低功耗定时唤醒慢发模式，从而进一步降低定位卡的功耗。

所述震动提示单元13包括蜂鸣器和震动马达，当所述定位卡的2.4g信道接收到读卡基站的2.4g信息后，所述主控制电路1确认2.4g信息，并对震动马达和蜂鸣器进行控制，实现对用户的震动提醒。所述主控制电路1接收到读卡基站的信息后通过相应引脚产生方波，控制蜂鸣器间断蜂鸣响动。另外还可通过相应引脚控制开启震动马达的电源，使震动马达旋转产生震动，通知定位卡的使用者。

所述电源充放电管理单元14用于控制电源的充电状态，当对所述供电单元7即锂电池进行usb充电时，接入到所述供电单元7的电压为5v，经过两个49.9k的电阻分压后，输送到主控制电路1的引脚上进行检测，引脚检测到高电平时会停止定位和2.4g收发功能，并进入快速充电模式，充电过程中所述电压检测电路9实时检测充电电压，待电压超过设定的阈值例如4.1v后，控制所述指示灯提示电路10指示充电完成，充电电压断开后，定位卡进入正常工作状态。

本实施例中，紧急情况的求救信息通过2.4g大功率可靠的跟随定位包发送，由于定位包采用随机发送的方式，2.4g信号的发送也具有随机性大大提高的数据的可靠性，2.4g信号的接收采用跟随定位包开启短接收的方式，发送端可以检测到对应定位卡的定位包时立即发送2.4g信号，在节省功耗的同时，实现了可靠接收。

本实用新型提出的定位卡，可有效的用于人员定位和人员救援，通过2.4g与超宽带uwb结合，接收时使用2.4g通路，紧急情况下的求救信息也通过2.4g发出，超宽带uwb发送定位包用于定位，发送完毕后立即切换为2.4g进行短时间接收，能极大降低功耗提高使用寿命，同时还在定位卡上设置有求救按键，定位卡使用人员一旦发生危险，可按下求救按键对后台进行求救报警，后台监控人员可根据定位进行救援。

并且，所述定位卡可适用于隧道、煤矿、工地、会场、养老院、监狱等各种场合，均可对人员实现高精度、低功耗的定位和救援。例如在隧道施工时，为了确保施工人员的安全，需要知道每个施工人员的位置，知道施工人员的位置能有效的调配施工人员，提高工作的效率。在发生危险时可以通过2.4g消息通知到定位卡，从而通知到定位人员，让施工人员快速的撤离从而避免人员伤亡。在施工人员遇到紧急情况时可以，通过定位卡的按键进行求救，上传自己的位置和求救信息，救援人员可以准确、高效的进行施救，另外在煤矿和工地也是如此。在会场时使用定位卡和手机上app结合可以对参会人员进行室内导航。在养老院里应用时可以精心的呵护老人的健康，方便工作人员及时对老人进行呵护。在监狱里应用定位卡可以更加有效的跟踪和管理牢犯，防止越狱等不端行为的发生，具有很强的普适性、实用性和可推广性。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。