CN102209401A - 低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构 - Google Patents

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梅奎志
赵季中
王文斌
胡飞虎
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Abstract

本发明涉及一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构。该通讯技术方案采用USB接口同智能终端（如智能手机、平板电脑等）连接，以使用智能终端完成人机交互，应急通信信息可以通过该终端使用按键的方式完成北斗通信任务，该发明同时还公布了有关该便携式终端的电源设计和为减少使用的单片机引脚的IO共享方法，按此方式实现的便携式的北斗终端与专用的北斗信息服务中心、智能终端上的定制应用软件结合，可以有效的满足无通信网信号环境下的应急通信应用。

Description

低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构
技术领域
本发明涉及一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构。
背景技术
应急通信在生产和生活的诸多领域具有重要意义，当前大多采用GSM或3G的通信手段，但由于不同的通信制式由于通信基站的覆盖，存在信号的盲区或弱区，使得在应急应用时存在较大的不确定性，且主要用于通话功能，无法通过信号来实现定位，或即使能定位，对基站的依赖性较大，仍然难于适用应急通信（如户外运动）的应用场合。
发明内容
本发明的目的在于给出一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，能够满足野外或其他领域紧急情况下的呼救与定位，并能够与智能
终端组合使用。
为了实现上述任务，本发明采取以下的技术解决方案：一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其特征在于：北斗通信应急终端上设置有USB接口，北斗通信应急终端通过USB接口与作为该北斗通信应急终端的人机交互界面的智能终端连接，将智能终端上复杂的人机交互任务产生的数据和控制字信息经USB接口与北斗通信终端实现双向交互；北斗通信应急终端通过功能按键完成应急状态下的定位信息与求救信号发送，并通过音频装置与灯指示北斗通信应急终端的通信状态、应急信息的发送与应答情况指示；北斗通信应急终端通过使用PMOS开关管的开关完成对北斗发送/接收模块的电源开关控制，并通过单片机进入待机模式实现低功耗；北斗通信应急终端采用直接满足北斗接收/发送模块电压需求的直流电源，并通过DC/DC的方式来获得其他模块所需要的5V和3.3V直流电源；北斗通信应急终端通过使用锁存器实现IO扩展，实现选取通用IO管脚数少的单片机，采用USB芯片的数据IO与LED输出控制I/O的共用。
所述的音频装置为蜂鸣器或扬声器。
所述的USB接口可用无线传输方式代替。
所述的无线传输方式采用蓝牙传输。
本发明的优点及其效果：本发明给出一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其最大特征为和现有的智能终端（如手机等）的组合使用，实现应急通信下的简短或复杂交互的信息传递。
附图说明
图1 为本发明的电路结构框图；
图2 为图1本发明的电源管理芯片的选型；
图3 为锂电池电压检测电路；
图4 为同北斗发射/接收模块使用串口交互电路；
图5为北斗终端的控制用单片机与USB接口芯片的连接设计；
图6 为北斗终端的控制用单片机的IO共享设计。
1—单片机控制模块，2—电源管理模块，3—锂电池，4 —IO共享控制电路，5—USB电路模块，6—LED灯，7—按键，8—蜂鸣器，9—北斗发送/接收模块，10—天线，11—单片机FT245，12—单片机74HC573。
具体实施方式
一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其特征在于：北斗通信应急终端上设置有USB接口，北斗通信应急终端通过USB接口与作为该北斗通信应急终端的人机交互界面的智能终端连接，将智能终端上复杂的人机交互任务产生的数据和控制字信息经USB接口与北斗通信终端实现双向交互；北斗通信应急终端通过功能按键完成应急状态下的定位信息与求救信号发送，并通过音频装置与灯指示北斗通信应急终端的通信状态、应急信息的发送与应答情况指示；北斗通信应急终端通过使用PMOS开关管的开关完成对北斗发送/接收模块的电源开关控制，并通过单片机进入待机模式实现低功耗；北斗通信应急终端采用直接满足北斗接收/发送模块电压需求的直流电源，并通过DC/DC的方式来获得其他模块所需要的5V和3.3V直流电源；北斗通信应急终端通过使用锁存器实现IO扩展，实现选取通用IO管脚数少的单片机，采用USB芯片的数据IO与LED输出控制I/O的共用，所述的音频装置为蜂鸣器或扬声器，所述的USB接口可用无线传输方式代替，所述的无线传输方式采用蓝牙传输。
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明：
本发明包括单片机控制模块1、电源管理模块2，所述的单片机控制模块1上连接有IO共享控制电路4、北斗发送/接收模块9和蜂鸣器8，所述的IO共享控制电路4上连接有USB电路模块5、LED灯6和按键7，所述的LED灯6设置有4个，分别为LED1、LED2、LED3和LED4，所述的按键7设置有2个，分别为KEY1和KEY2，所述的北斗发送/接收模块9上连接有天线10，所述的电源管理模块2上连接有锂电池3，所述的单片机控制模块1的CPU为MSP430，所述的蜂鸣器8为TMB12A05有源电磁式蜂鸣器，所述的IO共享控制电路4由单片机FT245  11和单片机74HC573  12与单片机控制模块1连接。
本发明实际是一种通过USB接口使用其他智能终端作为复杂人机交互（UI: User Iinterface）的便携式北斗应急通信终端，该终端的结构如图1所示，主要有电源管理电路模块、单片机控制电路模块、北斗发送/接收电路模块构成。
电源管理电路模块：系统使用低功耗的工作模式，由便携式终端内的单片机控制模块1控制对电源管理模块2进行控制，使用充电池供电，并提供充电接口。该终端需要约12V（北斗发送/接收模块的工作电压范围为11.1～12.6V），5V和3.3V三种直流电源，为便于对北斗发射所需的高电压和大电流的需求，电源选用由3节标准锂电池3串联的电池方案，在11.1V-12.6V的直流输出电压范围内，电池的放电效率为80％，而其他直流输出(5V，3.3V)电压的获取采用DC/DC的降压输出方案，如图2所示的电路结构框图与本终端的电源管理芯片的选型。低功耗设计时需要的北斗发送/接收模块的电源控制由使用单片机编程通过控制PMOS管的开关从而控制北斗发送/接收模块的供电。
终端的单片机控制电路模块的结构如图1所示：通过一个单片机(MCU，在本终端设计实现中选取MSP430)完成LED显示灯的控制、按键的输入，同智能终端交互的USB接口的连接，同时控制蜂鸣器、接收从北斗发射/接收模块输出的状态信号线,以及使用单片机IO模拟COM口同北斗发送/接收模块交互信息，所有的功能都通过单片机上的软件实现。其中蜂鸣器电路使用TMB12A05有源电磁式蜂鸣器(占用单片机1个IO)；该终端具有2个功能按键（KEY1，KEY2），按键电路与单片机的IO直接相连，占用2个IO；图3所示为锂电池电压监测电路(通过单片机自带A/D转换器，对AD输出判断需占用单片机1个IO)；图4所示为同北斗发射/接收模块使用串口交互电路(使用2个IO模拟，占用2个单片机IO)。
该终端在是使用USB接口同智能终端（如智能手机）建立连接后，可以通过复杂的人机交互完成与BD_ISP的双向交互，同智能终端的连接也可以使用其他近距离的无线接口如蓝牙、红外等接口，在该终端当前实现中，通过USB接口芯片FT245BM芯片与USB物理接口连接，实现USB协议的转换，具体结构框图如图5所示。
该终端通过北斗卫星通信系统同BD_ISP在不使用智能终端建立简单应急通信时使用按键与LED灯完成相关设定与显示， 该终端使用的4个LED灯分别定义为LED1、LED2、LED3、LED4, 其中LED1为红灯，LED2为绿灯，在本方案中LED灯的不同组合功能可定义为：
1） 电池电量指示： 当系统电源开启后，电池电量低时，LED1每隔一段时间明灭一次（如可设定为每5秒, LED1亮2秒的方式）。
2） 卫星定位信号指示：当系统电源打开后：北斗通信终端首先进行卫星的搜寻，当卫星搜寻成功后LED2交替闪烁，表示终端已经能够进行定位计算并已经完成当前时刻的定位信息的获取。
3） 应急通信发送指示：系统电源开启，卫星定位指示信号指示定位信息已获取，此时按下紧急按钮后，通过通信终端连续发送3次将坐标等定位信息发送到特定的北斗信息服务中心(BD_ISP)，并等待BD_ISP的应答信号，在此期间，LED3交替闪烁，当接收到BD_ISP发送的应答信号后，同时启动某一频率的蜂鸣器提示已收到此应答信号。
4）  简单交互通信：北斗通信终端与BD_ISP的简单通信可以通过蜂鸣器和LED2、LED3/ LED4灯组合成其他功能定义，如可以发送简单的提示信息的交互，比如BD_ISP已将应急信息发送给相关联系人、应急救援工作已开展等。
本方案中的按键功能定义：
1）  当KEY1和KEY2同时按下时，表示应急通信，通过北斗通信终端向专用北斗信息服务中心发送定位和应急信息。
2）  当仅按下KEY1或KEY2时，表示用户希望得到BD_ISP对北斗通信终端所发信息的呼应，此时BD_ISP发送的提示信息经单片机解析后，可以通过控制蜂鸣器和LED灯将相关信息解析呈现给用户。
用户需要的其他更复杂和直接的交互功能可通过使用USB与智能终端连接，使用智能终端上为北斗通信终端定制的应用软件完成人机交互与复杂内容的双向通信交互。
为了对所使用的单片机IO接口扩展，以减少使用的单片机引脚数，从而减小所选择的单片的芯片面积和功耗，使用锁存器进行I/O扩展，实现电路如图6所示给出了LED灯的控制信号同USB接口芯片FT245的双向数据IO对单片机双向IO的共享，实现了单片机的IO扩展。
1） 该方案采用USB接口同智能终端（如智能手机、平板电脑等）连接，以将智能终端作为该北斗通信终端的人机交互界面，将智能终端上复杂的人机交互任务产生的数据和控制字信息经USB接口与北斗通信终端实现双向交互，也可以使用其他近距离的无线传输方式（如蓝牙等）完成北斗通信终端与智能终端的通信。
2） 该北斗通信终端能够通过功能按键能够完成应急状态下的定位信息与求救信号发送，并通过蜂鸣器（也可以使用扬声器）与LED灯指示北斗模块的通信状态、应急信息的发送与应答情况指示等。
3）低功耗的设计主要通过使用PMOS开关管的开关以完成对北斗发送/接收模块的电源开关控制，并通过单片机进入待机模式实现低功耗
4）多电源设计：该便携式系统采用的直流电源能够直接满足北斗接收/发送模块的电压需求，并通过DC/DC的方式来获的其他模块所需要的5V和3.3V直流电源。
5） 该终端通过使用锁存器实现IO扩展，以实现选取通用IO管脚数少的单片机，具体给出了USB芯片的数据IO与LED输出控制I/O的共用。

Claims (4)

1.一种低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其特征在于：北斗通信应急终端上设置有USB接口，北斗通信应急终端通过USB接口与作为该北斗通信应急终端的人机交互界面的智能终端连接，将智能终端上复杂的人机交互任务产生的数据和控制字信息经USB接口与北斗通信终端实现双向交互；北斗通信应急终端通过功能按键完成应急状态下的定位信息与求救信号发送，并通过音频装置与灯指示北斗通信应急终端的通信状态、应急信息的发送与应答情况指示；北斗通信应急终端通过使用PMOS开关管的开关完成对北斗发送/接收模块的电源开关控制，并通过单片机进入待机模式实现低功耗；北斗通信应急终端采用直接满足北斗接收/发送模块电压需求的直流电源，并通过DC/DC的方式来获得其他模块所需要的5V和3.3V直流电源；北斗通信应急终端通过使用锁存器实现IO扩展，实现选取通用IO管脚数少的单片机，采用USB芯片的数据IO与LED输出控制I/O的共用。
2.根据权利要求1所述的低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其特征在于：所述的音频装置为蜂鸣器或扬声器。
3.根据权利要求1所述的低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其特征在于：所述的USB接口可用无线传输方式代替。
4.根据权利要求3所述的低功耗的便携式北斗通信应急终端硬件结构，其特征在于：所述的无线传输方式采用蓝牙传输。
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