CN103576136B - 矿用嵌入式无线测距模块 - Google Patents

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    • G01S11/02—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using radio waves

Abstract

本发明提供一种矿用嵌入式无线测距模块，包括封装壳体、邮票口焊盘、天线和电路装置；电路装置包括微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路、测距时钟电路、对外接口以及供电接口；微控制器与射频收发器双向信号电连接；微控制器与对外接口双向信号电连接；微控制器与主时钟电路信号电连接；射频收发器与功率放大电路双向信号电连接；射频收发器分别与实时时钟电路以及测距时钟电路信号电连接；功率放大电路与天线双向信号电连接；对外接口与邮票口焊盘电连接；供电接口使用时外接电源以供电。本发明结构简单、成本较低、测距精度高，接口丰富、适用性强且嵌入到矿用测距定位终端产品比较方便。

Description

矿用嵌入式无线测距模块
技术领域
本发明涉及嵌入式模块，具体涉及一种可方便地嵌入矿用测距和定位终端产品以实现高精度测距的嵌入式模块。
背景技术
位置智能相关技术近年来发展迅猛。移动位置服务（LocationBasedService,LBS）利用无线通讯技术、空间定位技术、GIS技术、嵌入式技术等为移动终端和应用系统提供基于空间地理位置的信息服务，具有广泛的应用和发展前景。煤矿井下是一个特殊的应用环境，空间狭窄、各类电器和机械设备众多，井下的位置服务需求在安全和生产两方面均显得迫切和重要。煤矿应用环境的特殊性，使许多在地面上可行的定位产品和系统到井下达不到实用要求，而基于IEEE802.15.4a和SDS-TWR定位算法的测距定位产品由于其在无线定位精度、定位并发数、系统的定位容量和定位的实时性上相对于其他技术的定位产品有较大的优势，如若将基于IEEE802.15.4a协议的无线定位技术结合煤矿应用环境的特殊性开发出适于煤矿应用的测距定位产品，必将对煤矿生产管理、安全决策、抢险救灾等发挥重要作用。
发明内容
本发明的目的是：提供一种结构简单、成本较低、测距精度高且嵌入到矿用测距定位终端产品比较方便的矿用嵌入式无线测距模块。
本发明的技术方案是：本发明的矿用嵌入式无线测距模块，其特征在于：包括封装壳体、邮票口焊盘、天线和电路装置；电路装置包括微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路、测距时钟电路、对外接口以及供电接口；
上述的邮票口焊盘固定设置在封装壳体的下方；天线固定设置在封装壳体的上方；电路装置封装设置在封装壳体内；
电路装置的微控制器与射频收发器双向信号电连接；微控制器与对外接口双向信号电连接；微控制器与主时钟电路信号电连接；射频收发器与功率放大电路双向信号电连接；射频收发器分别与实时时钟电路以及测距时钟电路信号电连接；功率放大电路与天线双向信号电连接；对外接口与邮票口焊盘电连接；供电接口与微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路以及测距时钟电路电连接。
进一步的方案是：上述的邮票口焊盘至少设置7个以上；电路装置的对外接口包括CAN接口、SPI接口、SSP接口、UART接口、GPIO接口和AD转换接口；各对外接口分别对应与1个邮票口焊盘电连接。
进一步的方案是：上述的电路装置的微控制器为CM3内核微处理器；射频收发器为基于IEEE802.15.4a标准的2.4GHz频率的射频收发器；天线为陶瓷天线。
本发明具有积极的效果：（1）本发明的矿用嵌入式无线测距模块，通过采用基于IEEE802.15.4a标准的射频收发器以及在射频收发器的前端加入20dBm的功率放大电路，使得整个模块的发射功率最大值可达20dBm，接收灵敏度-95dBm，最大测距距离可达500米，定位精度≤1.5米。（2）利用本发明的矿用嵌入式无线测距模块，可使得测距定位终端产品的硬件及软件开发设计者有效简化终端产品的硬件相关电路及程序设计。（3）本发明的矿用嵌入式无线测距模块，设有CAN、SSP、UART、SPI、IIC等丰富的通信接口，使得其在应用于测距定位终端产品开发时，适用性较强，便于终端产品的开发。（4）本发明的矿用嵌入式无线测距模块，通过设置AD转换接口，可通过修改微控制器的控制软件，达到实时采集外部某点电压值的目的，方便扩展相关应用。（5）本发明的矿用嵌入式无线测距模块，其各类接口通过邮票口焊盘的方式给出，应用于测距定位终端产品时，只需通过邮票口焊盘与终端产品的底板的电路封装进行对应焊接，使得应用方便，省时省力。（6）本发明的矿用嵌入式无线测距模块，结构简单、成本较低。
附图说明
图1为本发明的外部结构示意图；
图2为本发明的电路结构框图。
上述附图中的附图标记如下：
封装壳体1，
邮票口焊盘2，
天线3，
电路装置4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
（实施例1）
见图1和图2，本实施例的矿用嵌入式无线测距模块，由封装壳体1、邮票口焊盘2、天线3和电路装置4组成。
邮票口焊盘2设置多个，本实施例中，至少设置7个以上。邮票口焊盘2固定设置在封装壳体1的四周下方。邮票口焊盘2用于本实施例的矿用嵌入式无线测距模块在嵌入到矿用测距定位终端产品时，通过邮票口焊盘2与终端产品的底板的电路封装进行对应焊接。
天线3固定设置在封装壳体1的上方。天线3本实施例中优选采用陶瓷天线。
电路装置4封装设置在封装壳体1内。电路装置4主要由微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路、测距时钟电路、对外接口以及供电接口组成。对外接口包括CAN接口、SPI接口、SSP接口、UART接口、GPIO接口和AD转换接口。
微控制器与射频收发器双向信号电连接；微控制器与各对外接口分别双向信号电连接；微控制器与主时钟电路信号电连接；射频收发器与功率放大电路双向信号电连接；射频收发器分别与实时时钟电路以及测距时钟电路信号电连接；功率放大电路与天线3双向信号电连接；供电接口与微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路以及测距时钟电路电连接；各对外接口分别与1个邮票口焊盘2电连接；供电接口使用时外接电源。
电路装置4的微控制器本实施例中优选采用CM3内核微处理器；射频收发器优选采用基于IEEE802.15.4a标准的2.4GHz频率的射频收发器。
本实施例的矿用嵌入式无线测距模块该模块的部分技术指标如下：
供电电压2.5V-2.7V；
最大峰值电流220mA，最低静态电流200uA；
无线射频部分工作频率为2.4GHZ；
最大发送功率20dBm；
接收灵敏度-95dBm；
数据传输率1Mbps；
遵循IEEE802.15.4a协议标准、采用SDS-TWR定位算法，定位时间间隔可调，最大的测距距离达到500米，测距定位精度≤1.5米。
本实施例的矿用嵌入式无线测距模块该模块，具有定位、待机和低功耗三种模式。通过UART接口接收AT命令进行手动模式切换或修改微控制器内部软件进行自动模式切换，不同的工作模式对应不同等级的模块功耗，在低功耗模式时，模块的最低工作电流典型值仅为200uA。功耗模式切换可方便满足定位测距终端产品的低功耗要求。模式切换还可达到调整定位周期的目的。
本实施例的矿用嵌入式无线测距模块该模块上电后，首先发送广播命令自动搜索周围遵循相同标准和定位算法的接收器，当接收到接收器的应答命令后，按照SDS-TWR算法与接收器进行测距操作。测距操作成功后，模块通过多种对外接口（UART、SPI、IIC、CAN、SSP）通过相应的通信协议，将测距距离和接收器地址传输到外部。通过AD转换接口，可通过修改微控制器的控制软件，达到实时采集外部某点电压值的目的，方便扩展相关应用。
综上，本实施例的矿用嵌入式无线测距模块，通过采用基于IEEE802.15.4a标准的射频收发器以及在射频收发器的前端加入20dBm的功率放大电路，使得整个模块的发射功率最大值可达20dBm，接收灵敏度-95dBm，最大测距距离可达500米，定位精度≤1.5米；利用本实施例的矿用嵌入式无线测距模块，可使得测距定位终端产品的硬件及软件开发设计者有效简化终端产品的硬件相关电路及程序设计；通过CAN、SSP、UART、SPI、IIC等丰富的通信接口，使得其在应用于测距定位终端产品开发时，适应性较强，便于终端产品的开发；通过设置AD转换接口，可通过修改微控制器的控制软件，达到实时采集外部某点电压值的目的，方便扩展相关应用；各类接口通过邮票口焊盘的方式给出，应用于测距定位终端产品时，只需通过邮票口焊盘与终端产品的底板的电路封装进行对应焊接，使得应用方便，省时省力。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (1)

1.一种矿用嵌入式无线测距模块，其特征在于：包括封装壳体（1）、邮票口焊盘（2）、天线（3）和电路装置（4）；电路装置（4）包括微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路、测距时钟电路、对外接口以及供电接口；
所述的邮票口焊盘（2）固定设置在封装壳体（1）的下方；天线（3）固定设置在封装壳体（1）的上方；电路装置（4）封装设置在封装壳体（1）内；
电路装置（4）的微控制器与射频收发器双向信号电连接；微控制器与对外接口双向信号电连接；微控制器与主时钟电路信号电连接；射频收发器与功率放大电路双向信号电连接；射频收发器分别与实时时钟电路以及测距时钟电路信号电连接；功率放大电路与天线（3）双向信号电连接；对外接口与邮票口焊盘（2）电连接；供电接口与微控制器、射频收发器、功率放大电路、主时钟电路、实时时钟电路以及测距时钟电路电连接；
所述的邮票口焊盘（2）至少设置7个以上；电路装置（4）的对外接口包括CAN接口、SPI接口、SSP接口、UART接口、GPIO接口和AD转换接口；各对外接口分别对应与1个邮票口焊盘（2）电连接；
所述的电路装置（4）的微控制器为CM3内核微处理器；射频收发器为基于IEEE802.15.4a标准的2.4GHz频率的射频收发器；天线（3）为陶瓷天线。
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