CN107280153A - 一种具有定位功能的电子校徽 - Google Patents

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Abstract

本发明一种具有定位功能的电子校徽，属于移动通信技术领域，包括具有校徽本体，包括CC2530芯片、姿态传感器、M25P16Flash存储芯片、LED指示灯、太阳能电池板、升压充电电路、锂电池、分压电路以及降压电路，且均设置于校徽本体内部，姿态传感器、M25P16Flash存储芯片及LED指示灯均与CC2530芯片连接，电子校徽使用了太阳能电池板作为电能供应，通过升压电路为锂电池进行充电，通过低压降降压电路为各种器件供电。与现有技术相比，该电子校徽通过ZigBee的RSSI强度值定位自身位置，同时利用姿态传感器稳定RSSI的定位结果，方便学校管理人员以及家长对学生位置的掌握。

Description

一种具有定位功能的电子校徽
技术领域
本发明属于移动通信技术领域，特别是涉及到一种具有定位功能的电子校徽。
背景技术
学校安全是公共安全的重要组成部分，学校安全工作事关师生人身安全和学校的财产安全，事关教育改革、发展、稳定的大局，也关系社会稳定。近年来，各级政府、教育行政部门、学校与其他有关部门积极配合，采取多种监管、防范措施，加强了学校的安全工作，取得了一些成绩。但中小学校园安全工作仍存在很多问题，比如近几年发生的中小学学生踩踏事件、幼童被老师遗忘在校车内最终窒息死亡事件、校园极端暴力事件等。事件造成的社会影响很大，对受害者家庭带来的心灵上的伤害和打击是非常沉重。
为此世界各国加强了中小学校园安全防范措施，在技术方面主要采用视频监控系统，附带RFID射频技术、腕带设备、智能移动终端设备等。但实际使用效果来看并不明显，有些系统运行一段时间后就各种原因停止使用。前几年很多中小学校楼内设置了RFID系统，但管理上的不到位、学生自觉性差等原因最终未能推广下去。而腕带设备和移动终端设备价格高，教师普遍反映学生携带这些东西，注意力不集中，影响学习。所以很多中小学校已禁止学生携带这些智能终端设备进入教室。通过上述分析可知，目前中小学校园安全监管中能发挥一定作用的就剩下视频监控系统。但视频监控系统也存在问题，比如负责安全的保安人员始终盯着屏幕，且没有突发事件的预报功能，只能起到事后调查取证使用。比如公安机关侦破盗窃案件或刑事案件时提供一些线索。
通过这些现象的分析我国中小学校园安全建设任重道远，必须尽快解决以下三个方面问题：一是跟踪学生在校车、校内的活动轨迹；二是在校内发生突发事件时，能对学生进行定位和搜救；三是实时采集学生在校内的活动，利用大数据分析来预判潜在的突发事件，及时采取措施，消除各种安全隐患。
因此，现有技术当中亟需要一种新的技术方案来解决这一问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有定位功能的电子校徽，通过校内设置的参考节点对每位学生佩戴的电子校徽进行定位，该电子校徽除了作为正常的校徽使用外，可以提供对学生的定位能力，方便学校管理人员以及家长对学生位置的掌握。
为实现上述发明目的，本发明采用如下的技术方案：
一种具有定位功能的电子校徽，具有校徽本体，其特征是：包括CC2530芯片、姿态传感器、M25P16Flash存储芯片、LED指示灯、太阳能电池板、升压充电电路、锂电池、分压电路以及降压电路，且CC2530芯片、姿态传感器、M25P16Flash存储芯片、LED指示灯、太阳能电池板、升压充电电路、锂电池、分压电路及降压电路设置于校徽本体内部，所述姿态传感器通过I/O接口与CC2530芯片相互通信连接；所述M25P16Flash存储芯片通过SPI接口与CC2530芯片相互通信连接；所述LED指示灯通过I/O接口与CC2530芯片通信连接；所述太阳能电池板通过升压充电电路与锂电池连接；所述升压充电电路一端与太阳能电池板连接，另一端连接于CC2530芯片的A/D引脚上；所述锂电池通过分压电路与CC2530芯片连接，锂电池通过降压电路分别与CC2530芯片、姿态传感器及M25P16 Flash存储芯片连接。
进一步，所述姿态传感器采用MPU9150芯片。
通过上述设计本发明能带来以下有益效果：本发明提出的电子校徽是应用于中小学的校园安全监控的电子校徽，该校徽使用太阳能电板进行供电即可满足电子校徽对电量的消耗要求，通过ZigBee芯片CC2530检查周边网络情况，在存在ZigBee网络的情况下可以对学生进行定位，内部集成了姿态传感器芯片与无线下载电路,能保证定位的精准性以及具备使电子校徽无线更新的能力。
本发明具有下述优点：
1、电子校徽使用的是太阳能电池板，无需拆卸电池进行充电。
2、在作为普通校徽使用的基础上，使得校徽具备了定位的功能。
3、通过一块锂电池，可以长时间工作。
4、使用低功耗的CC2530芯片以及低功耗的姿态传感器，使得太阳能电池板就能满足电量供应。
5、具备充电保护与过放电保护。
6、具备无线下载功能，可以在线更新电子校徽的应用程序,更新电子校徽里的应用程序无需拆卸芯片。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种具有定位功能的电子校徽的工作原理结构框图。
图2为本发明一种具有定位功能的电子校徽的结构框图。
图中：1-CC2530芯片、2-姿态传感器、3-M25P16 Flash存储芯片、4-LED指示灯、5-太阳能电池板、6-升压充电电路、7-锂电池、8-分压电路、9-降压电路。
具体实施方式
本发明使用太阳能电池板5作为电子校徽的电能来源，电子校徽具备姿态传感器2感知人员运动情况，同时具备无线下载功能。
图1及图2非限制性的提供了本发明的一个实施例，下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
本发明提出了一种具有定位功能的电子校徽，具有校徽本体，其特征是：包括CC2530芯片1、姿态传感器2、M25P16 Flash存储芯片3、LED指示灯4、太阳能电池板5、升压充电电路6、锂电池7、分压电路8以及降压电路9，且CC2530芯片1、姿态传感器2、M25P16Flash存储芯片3、LED指示灯4、太阳能电池板5、升压充电电路6、锂电池7、分压电路8及降压电路9设置于校徽本体内部，所述姿态传感器2通过I/O接口与CC2530芯片1相互连接进行通信；所述M25P16 Flash存储芯片3通过SPI接口与CC2530芯片1相互通信连接，具体CC2530芯片1通过SPI通信协议使用的四根引线连接于M25P16 Flash存储芯片3的SPI接口上；所述LED指示灯4通过I/O接口与CC2530芯片1通信连接；所述太阳能电池板5通过升压充电电路6与锂电池7连接；所述升压充电电路6一端与太阳能电池板5连接，另一端连接于CC2530芯片1的A/D引脚上；所述锂电池7通过分压电路8与CC2530芯片1连接，锂电池7通过降压电路9分别与CC2530芯片1、姿态传感器2及M25P16Flash存储芯片3连接，锂电池7为CC2530芯片1、姿态传感器2及M25P16Flash存储芯片3进行供电。
进一步，所述姿态传感器2采用MPU9150芯片。
CC2530芯片1的功能为：作为主控芯片，负责完成对该电子校徽信息的记录、定位、判断学生运动情况、更新工作状态以及电源管理等等。
姿态传感器2采用MPU91502芯片，其功能为：为系统提供惯性数据，包括加速度、角速度和方向等惯性量，系统可以根据这些惯性量判断出电子校徽是否被学生所佩戴、学生是否在运动等信息。
M25P16Flash存储芯片3的功能为：一是用于记录一些需要掉电存储的信息，比如该电子校徽对应的学生ID，使用状况，离线历史记录等等内容；二是用于在无线下载更新时，提供一个临时的存储系统镜像的空间，让系统能够有足够的空间下载最新的系统映像，完成更新。
LED指示灯4的功能为：指示电子校徽的工作状态，根据闪烁的频率不同指示不同的工作状态。本实施例通过CC2530芯片1控制实现正常工作状态下间隔约一分钟闪烁一下，深度休眠、不再网络中或者是电池电量不足时，不再闪烁。检测到未正确佩戴时，周期性频繁闪烁提醒。
太阳能电池板5的功能为：通过自然光照射，将光能转换为电能，为系统进行供电。
升压充电电路6的功能为：为了能够给锂电池7充电。锂电池7的充电电压为4.2v，太阳能电池板5的电压最大为1.7v，所以需要升压后才能为锂电池7进行充电。
锂电池7的功能为：平时接受充电，工作时用为电能输出。
分压电路8的功能为：通过分压，将锂电池7的最高电压降低到3.3v之下，而后接入到CC2530芯片1的I/O接口中，即可知道锂电池7的使用情况。
降压电路9的功能为：将锂电池7电压降低到3.3，为其他芯片进行供电。
如图1所示：电子校徽为了实现定位的功能，需要进行对ZigBee网络的铺设，要求在需要定位的教室或者走廊等位置，构建起ZigBee网络。图1中的参考点、路由以及协调器都是ZigBee节点的一种。
ZigBee网络负责完成连接电子校徽与上层的管理软件，管理软件控制电子校徽的工作流程或者是更新电子校徽的应用程序。
如图2所示：电子校徽由太阳能电池板5、升压充电电路6、锂电池7、分压电路8、降压电路9以及核心电路组成。其中核心电路由LED指示灯4、CC2530芯片1、姿态传感器2以及M25P16Flash存储芯片3构成，负责实现电子校徽的各项功能。在正常工作条件下，太阳能电池板5接受自然光的照射，产生电能。经过升压充电电路6升压后，将电压升到4.2v，不断的给锂电池7充电。锂电池7的电压不适合直接给其他器件供电，所以需要通过降压电路9为其他器件供电，同时经过分压电路8将电压值送入CC2530芯片1中。CC2530芯片1如果检测到锂电池7电量可以支持系统正常工作，则正常工作，否则将进入到深度休眠模式中。
在正常工作时，CC2530芯片1会关闭网络功能节省功耗，同时检测姿态传感器2的输出，当感应到学生走动时，启动网络功能进行定位，定位完成后重新进入一个短暂的休眠中。同时CC2530芯片1也控制LED指示灯4的闪烁。当管理软件发布了新的应用程序后，CC2530芯片1会接受到推送通知，从ZigBee网路中下载新的系统映像，替换就有的映像，完成无线下载更新。
如果CC2530芯片1检测到周边环境不符合图1所示的环境，则会延长休眠时间用以降低功耗。如果在网络中，并没有运动时，会一直处于关闭网络功能并进行浅度休眠状态。如果姿态传感器2长时间没有检测到任何的晃动，则会打开网络功能通知管理人员，同时会闪烁LED指示灯4。
本发明是利用无线传感定位技术、光伏发电技术、无线下载技术等设计新型的电子校徽，通过校内设置的参考节点对每位学生佩戴的电子校徽进行定位，并将大量的学生数据实时上传到监管中心的云平台服务器上，进行大数据分析。
电子校徽通过ZigBee的RSSI强度值定位自身位置，同时利用检测姿态传感器2稳定RSSI的定位结果。电子校徽根据检测姿态传感器2提供的惯性数据，当它检测到电子校徽不运动时降低定位频率，进而降低电子校徽的整体功耗。
显然，该电子校徽可以降低中小学对学生管理的难度，配合其他的安全系统，能显著的降低中小学安全事故隐患，因此本系统具有很高的推广价值。
除上述实施例外，本发明还可以由其他实施方式，凡采用等同替换或者等效变换形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有定位功能的电子校徽，具有校徽本体，其特征是：包括CC2530芯片(1)、姿态传感器(2)、M25P16Flash存储芯片(3)、LED指示灯(4)、太阳能电池板(5)、升压充电电路(6)、锂电池(7)、分压电路(8)以及降压电路(9)，且CC2530芯片(1)、姿态传感器(2)、M25P16Flash存储芯片(3)、LED指示灯(4)、太阳能电池板(5)、升压充电电路(6)、锂电池(7)、分压电路(8)及降压电路(9)设置于校徽本体内部，所述姿态传感器(2)通过I/O接口与CC2530芯片(1)相互通信连接；所述M25P16Flash存储芯片(3)通过SPI接口与CC2530芯片(1)相互通信连接；所述LED指示灯(4)通过I/O接口与CC2530芯片(1)通信连接；所述太阳能电池板(5)通过升压充电电路(6)与锂电池(7)连接；所述升压充电电路(6)一端与太阳能电池板(5)连接，另一端连接于CC2530芯片(1)的A/D引脚上；所述锂电池(7)通过分压电路(8)与CC2530芯片(1)连接，锂电池(7)通过降压电路(9)分别与CC2530芯片(1)、姿态传感器(2)及M25P16Flash存储芯片(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有定位功能的电子校徽，其特征是：所述姿态传感器(2)采用MPU9150芯片。
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