本實用新型涉及專門適用于無線通信網(wǎng)絡的設施，尤其是適用于礦井的微功率無線人機定位信標采集終端。

背景技術：

信標定位技術產(chǎn)生于上世紀，應用范圍并不是很廣，只是應用于某些特定領域，如航空、導航等。隨著GPS定位技術出現(xiàn)和移動基站大范圍推廣等其他定位技術相繼出臺，在生產(chǎn)、生活中用于微功率信標定位技術相對較少。但在有一些領域如礦井里面由于其空間等諸多原因，使得是上述這些技術很難施展。相比較信標定位技術相對容易實現(xiàn)。將無線信標定位技術用于管理礦井安全生產(chǎn)。礦井生產(chǎn)當中有大量設備、人員流動，如何檢測設備進出、人員流動對于生產(chǎn)效率和安全有至關重要，由于礦井下面空間地域有限，使用地面上的定位檢測技術一些常用的手段是不可能實現(xiàn)。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題在于避免上述現(xiàn)有技術的不足之處而設計生產(chǎn)一種微功率無線人機定位信標采集終端，作為微功率無線人機定位網(wǎng)絡中人機定位信標采集單元，解決現(xiàn)有技術價格昂貴、礦井定位不準確、不方便使用等問題。

本實用新型為解決上述技術問題而提出的技術方案是，一種微功率無線人機定位信標采集終端，作為微功率無線人機定位網(wǎng)絡中信標采集單元，與人機定位節(jié)點模塊和人機定位后臺主站之間建立通信，包括殼體和位于其內(nèi)的PCB通信主板，所述PCB通信主板包括微處理器MCU控制電路、直流穩(wěn)壓電路、看門狗復位電路、GPRS上行通信電路、微功率射頻收發(fā)電路、以太網(wǎng)收發(fā)電路和外部存儲器電路；所述直流穩(wěn)壓電路將電池提供的電源轉(zhuǎn)換為適配的電力向其他電路供電；所述看門狗復位電路在微處理器MCU控制電路出現(xiàn)死機時，將其復位；所述微功率射頻收發(fā)電路接收人機定位節(jié)點模塊的返回信號的RSSI值，進行GFSK解調(diào)，將射頻信號還原成數(shù)據(jù)包，發(fā)送給所述微處理器MCU控制電路；所述微處理器MCU電路根據(jù)RSSI值計算出自身與人機定位節(jié)點模塊的距離,將所述距離信息通過串口發(fā)送給外部存儲器電路進行存儲，所述微處理器MCU電路還將距離信息打包、轉(zhuǎn)換成上行通信的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給所述以太網(wǎng)收發(fā)電路或者GPRS上行通信電路；所述以太網(wǎng)收發(fā)電路或者GPRS上行通信電路將距離信息數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺主站；所述后臺主站的命令數(shù)據(jù)經(jīng)所述以太網(wǎng)收發(fā)電路或者GPRS上行通信電路，發(fā)送至所述微處理器MCU控制電路；所述微處理器MCU將命令數(shù)據(jù)進行解析和分包，通過串口發(fā)送給所述微功率射頻收發(fā)電路；射頻收發(fā)電路將命令數(shù)據(jù)包進行調(diào)制、放大和濾波，轉(zhuǎn)換成射頻信號，發(fā)送給人機定位節(jié)點模塊。

更佳的是，所述微處理器MCU控制電路的微處理器集成電路U1是采用STM32F207VET6，所述微處理器集成電路U1的92腳和93腳接入所述微功率射頻收發(fā)電路；所述微處理器集成電路U1的16、24、25、32、33、34、43、48、51和52腳接入所述以太網(wǎng)收發(fā)電路；所述微處理器集成電路U1的89、90、91、97和98腳接入所述外部存儲器電路；所述微處理器集成電路U1的81、82、84和85腳接入所述LED指示燈電路；所述微處理器集成電路U1的14、57和65腳接入所述看門狗復位電路；所述微處理器集成電路U1的29、30、31、39、40、63和64腳所述GPRS上行通信電路。

更佳的是，所述直流穩(wěn)壓電路包括兩個低壓差線性穩(wěn)壓器U2和U5；所述低壓差線性穩(wěn)壓器U2采用AMS1117-3.3，將外部電源轉(zhuǎn)化成適配電力向微處理器MCU控制電路、外部存儲器電路和以太網(wǎng)收發(fā)電路供電；所述低壓差線性穩(wěn)壓器U5采用SPX29302，向GPRS上行通信電路供電。

更佳的是，所述看門狗復位電路包括看門狗集成電路U11，所述看門狗集成電路U11采用UM706，該看門狗集成電路U11的5、6和7腳與所述微處理器MCU控制電路連接。

更佳的是，所述GPRS上行通信電路包括GSM模塊J3，所述GSM模塊J3采用M590E-R2，所述GSM模塊J3的STATE0、STATE1、STATE2、PCTRL、ON/OFF和RST與所述微處理器MCU控制電路連接。

所述微功率射頻收發(fā)電路包括微型處理器U2，所述微處理器U2采用STM32F103RCT6，該微功率射頻收發(fā)電路的USART1-RX-A和USART1-TX-A腳與所述微處理器MCU控制電路連接。

更佳的是，所述以太網(wǎng)收發(fā)電路包括以太網(wǎng)收發(fā)集成電路U14，所述以太網(wǎng)收發(fā)集成電路U14采用LAN8720Ai-CP-TR；所述以太網(wǎng)收發(fā)集成電路U14的7～9腳、11～12腳和13～18腳與所述微處理器MCU控制電路連接。

更佳的是，所述外部存儲器電路包括存儲器集成芯片U6，所述存儲器集成芯片U6采用SST26VF064BT，該存儲器集成芯片U6的1、2、5和6腳與所述微功率射頻收發(fā)電路連接。

更佳的是，還包括LED指示燈電路，所述LED指示燈電路與所述微功率射頻收發(fā)電路連接；所述LED指示燈電路28用不同的燈色和閃爍方式，顯示所述信標采集終端所處的各工作狀態(tài)。

同現(xiàn)有技術相比較，本實用新型的有益效果是：采用價格低廉、操作方便方式，采用以太網(wǎng)\GPRS上行通信方式，可以適應不同的現(xiàn)場環(huán)境。礦井工作人員在礦井作業(yè)時，信標收集單元與人機定位模塊進行通信，定位人員位置，并且上報主站后臺，自動構建人員運動地圖。

附圖說明

圖1 是本實用新型微功率無線人機定位信標采集終端的優(yōu)選實施例中PCB通信主板2的邏輯結構示意框圖；

圖2是所述優(yōu)選實施例中微處理器MCU控制電路21的原理電路圖；

圖3是所述優(yōu)選實施例中直流穩(wěn)壓電路22的原理電路圖；

圖4 是所述優(yōu)選實施例中看門狗復位電路23的原理電路圖；

圖5 是所述優(yōu)選實施例中GPRS上行通信電路24的原理電路圖；

圖6是所述優(yōu)選實施例中微功率射頻收發(fā)電路25的原理電路圖；

圖7是所述優(yōu)選實施例中以太網(wǎng)收發(fā)電路26的原理電路圖；

圖8 是所述優(yōu)選實施例中外部存儲器電路27的原理電路圖；

圖9是所述優(yōu)選實施例中LED指示燈電路28的原理電路圖；

圖10是所述優(yōu)選實施例的微功率無線人機定位信標采集終端與人機定位后臺、人機定位節(jié)點建立通信的工作示意圖。

具體實施方式

下面，結合附圖所示之優(yōu)選實施例進一步闡述本實用新型。

參見圖1，本實用新型之優(yōu)選實施例是一種微功率無線人機定位信標采集終端，應用于微功率無線人機定位網(wǎng)絡中人機定位節(jié)點與信標采集單元之間建立通信，所述PCB通信主板包括微處理器MCU控制電路21、直流穩(wěn)壓電路22、看門狗復位電路23、GPRS上行通信電路24、微功率射頻收發(fā)電路25、以太網(wǎng)收發(fā)電路26、外部存儲器電路27、LED指示燈電路28；所述直流穩(wěn)壓電路22將電池提供的電源轉(zhuǎn)換為適配的電力向其他電路供電；所述看門狗復位電路23在微處理器MCU控制電路21出現(xiàn)死機時，將其復位，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠。

所述微功率射頻收發(fā)電路25接收定位節(jié)點的返回信號的RSSI值（場強值）強弱，進行GFSK解調(diào)，并且將射頻信號還原成數(shù)據(jù)包，串口發(fā)送給所述微處理器MCU控制電路21。所述微處理器MCU控制電路21進行解析數(shù)據(jù)，根據(jù)場強值計算出自身與節(jié)點的距離。同時將距離信息通過串口發(fā)送給所述外部存儲器電路2進行存儲。然后對距離信息再次打包，轉(zhuǎn)換成上行通信的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26或者GPRS上行通信電路24，它們將該數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺主站；主站根據(jù)多個信標采集單元的距離數(shù)據(jù)，采用相關的算法，從而實現(xiàn)對節(jié)點的精準定位，得到相應坐標信息，并標注到電子地圖上，可以很直觀看到移動物體的位置變換。

主站的命令首先發(fā)送至所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26或者GPRS上行通信電路24，它們將該數(shù)據(jù)發(fā)送至所述微處理器MCU控制電路21；微處理器MCU將數(shù)據(jù)進行解析、分包，通過串口發(fā)送給所述微功率射頻收發(fā)電路25；射頻收發(fā)電路將數(shù)據(jù)包進行調(diào)制、放大、濾波，轉(zhuǎn)換成射頻信號，發(fā)送給定位節(jié)點模塊。

參見圖2，本例中，所述微處理器MCU控制電路21的微處理器集成電路U1是采用STM32F207VET6，所述微處理器集成電路U1的92腳、93腳接入所述微功率射頻收發(fā)電路25；所述微處理器集成電路U1的16、24、25、32、33、34、43、48、51和52腳接入所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26；所述微處理器集成電路U1的89、90、91、97和98腳接入所述外部存儲器電路27；所述微處理器集成電路U1的81、82、84和85腳接入所述LED指示燈電路28；所述微處理器集成電路U1的14、57和65腳接入所述看門狗復位電路23；所述微處理器集成電路U1的29、30、31、39、40、63和64腳所述GPRS上行通信電路24。

參見圖3，本例中，所述直流穩(wěn)壓電路22包括兩個低壓差線性穩(wěn)壓器U2、U5,所述低壓差線性穩(wěn)壓器U2采用AMS1117-3.3，將外部電源轉(zhuǎn)化成后向微處理器MCU控制電路21、外部存儲器電路27、以太網(wǎng)收發(fā)電路2）供電；所述低壓差線性穩(wěn)壓器U5采用SPX29302，向GPRS上行通信電路2）供電。

參見圖4，本例中，所述看門狗復位電路23包括看門狗集成電路U11，門狗集成電路采用UM706，該集成電路的5、6、7腳與所述微處理器MCU控制電路21連接。

參見圖5，本例中，所述GPRS上行通信電路24采用GSM模塊J3, GSM模塊J3型號為M590E-R2，所述GSM模塊J3的STATE0、STATE1、STATE2、PCTRL、ON/OFF、RST與所述微處理器MCU控制電路21連接

參見圖6，本例中，所述微功率射頻收發(fā)電路25包括微型處理器U2，該微型處理器U2采用STM32F103RCT6; 該微功率射頻收發(fā)電路的USART1-RX-A、USART1-TX-A與所述微處理器MCU控制電路21連接。

參見圖7，本例中，所述以太網(wǎng)收發(fā)電路26包括以太網(wǎng)收發(fā)芯片U14，所述以太網(wǎng)收發(fā)芯片U14采用LAN8720Ai-CP-TR，該集成電路的7-9腳，11-12腳，13-18腳與所述微處理器MCU控制電路21連接。

參見圖8，本例中，所述外部存儲器電路27包括存儲器集成芯片U6，所述U6采用SST26VF064BT，該集成芯片的1、2、5、6腳與所述微功率射頻收發(fā)電路25連接。

參見圖9，本例中，所述還包括用于顯示所述微功率無線人機定位信標采集終端工作狀態(tài)的LED指示燈電路28與所述微功率射頻收發(fā)電路25連接。

本實施例的微功率無線人機定位信標采集終端的主要技術性能指標：

1、微功率無線下行通道：

1)空中波特率：默認10Kbps，1200bps～200Kbps

2)接收靈敏度：優(yōu)于-112dBm（BER=0.1%，10kbps）

3)工作頻段： 470MHz - 510MHz

4)信道頻率間隔：200KHz

5)天線：PCB板天線

6)調(diào)制方式：GFSK

7)發(fā)射功率：≤17dBm

8)供電電壓： +9V DC/220V AC

9)工作電流：發(fā)送電流≤100mA；靜態(tài)電流≤10mA

10)發(fā)射持續(xù)時間：≤10ms

2、GPRS上行通道

1）頻段EGSM900/DCS1800雙頻，支持鎖頻功能

2）靈敏度< -107dBm

3）最大發(fā)射功率EGSM900 Class4（2W），DCS1800 Class1（1W）

4）GPRS 特性支持GPRS CLASS 12，理論最大上行傳輸速率：85.6kbit/s，理論最大下行傳輸速率：85.6kbit/s。內(nèi)嵌TCP/IP 協(xié)議，可支持多鏈路，支持服務器及客戶端模式，電路交換數(shù)據(jù)，支持CSD 數(shù)據(jù)業(yè)務，支持USSD（非結構化補充數(shù)據(jù)業(yè)務）

5）UART 支持串口復用，支持發(fā)送AT、數(shù)據(jù)傳輸及軟件下載，支持從1200bit/s 到115200bit/s的波特率

主處理器ARM7-EJ@360MHz

6）天線特性50Ω特性阻抗

7）工作溫度-40℃～+85℃

8）工作電壓3.5V～4.3V（推薦值3.9V ）

9）瞬間電流Max 2.0A待機電流（Idle） 18mA，休眠電流（Sleep）< 2mA（現(xiàn)網(wǎng)），< 1mA（儀器，DRX=9）。

參見圖1至圖10，就本實施中的微功率無線人機定位信標采集終端，與人機定位網(wǎng)絡中人機定位節(jié)點模塊建立通信的工作原理如下：

1)無線發(fā)射信號

信標采集終端平時會以固定的時間間隔發(fā)射信標信號，微處理器MCU控制電路21的集成電路U1將需發(fā)送的數(shù)據(jù)信號進行處理，然后將其加上前導碼和同步碼，節(jié)點地址及相應強度信息再將其打包成數(shù)據(jù)包，所述數(shù)據(jù)包通過串口數(shù)據(jù)線送到微功率射頻收發(fā)電路25。經(jīng)其內(nèi)部的調(diào)制電路進行調(diào)制，其調(diào)制方式為高斯濾波移頻鍵控調(diào)制方式（Gaussian Frequency Shift Keying，縮寫GFSK）。然后將已調(diào)制中頻信號和本地振蕩信號進行混頻，將已調(diào)制中頻信號變換成UHF高頻載波信號。再將UHF高頻信號送到收發(fā)信機內(nèi)部的發(fā)射射頻驅(qū)動放大電路，將射頻信號幅度放大到17dBm。該UHF高頻信號經(jīng)內(nèi)部低通濾波電路濾除高次諧波后，送到天線，天線將UHF高頻信號轉(zhuǎn)換成電磁波向空中發(fā)射，使得微功率無線人機定位網(wǎng)絡中的人機定位節(jié)點模塊得以接收。

2)無線接收信號

微功率射頻收發(fā)電路25接收定位節(jié)點帶有RSSI值（場強值）的返回信號，內(nèi)部進行低噪聲放大、零中頻混頻、中頻濾波、GFSK解調(diào)等過程進行GFSK解調(diào)，并且將射頻信號還原成數(shù)據(jù)包，串口發(fā)送給微處理器MCU控制電路21。微處理器MCU解析數(shù)據(jù)，根據(jù)場強值計算出自身與節(jié)點的距離。然后對距離信息再次打包，轉(zhuǎn)換成上行通信的數(shù)據(jù)幀，發(fā)送給以太網(wǎng)收發(fā)電路26或者GPRS上行通信電路24，它們將該數(shù)據(jù)發(fā)送給后臺主站；主站根據(jù)多個信標采集單元的距離數(shù)據(jù)，采用相關的算法，從而實現(xiàn)對節(jié)點的精準定位，得到相應坐標信息，并標注到電子地圖上，可以很直觀看到移動物體的位置變換。