CN111162803A - 无线发射器、无线接收器及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线发射机，包括：第一上壳体、第一下壳体；所述第一上壳体与所述第一下壳体相对设置以形成一腔体；所述腔体中设有处理器线路板；所述处理器线路板中设有UWB高频收发模块和处理器；所述第一上壳体侧面设有天线。本发明还公开了一种无线接收机。本发明公开了一种包括上述无线发射机及上述无线接收机的无线电子围栏系统。通过本发明提供的无线发射机及无线接收机可有效提高定位精度，以使保证电子围栏系统的边界具有一致性。

Description

无线发射器、无线接收器及系统
技术领域
本发明涉及宠物电子用品，尤其是涉及一种无线发射器、无线接收器及系统。
背景技术
目前，宠物电子围栏系统为利用电子装置人为设定一个平面空间范围，以防止宠物逃脱，保护宠物安全的产品。通常宠物电子围栏系统由两部分组成，第一部分是确定边界的装置，比如可以通过有线(地下埋线)组成一个实体的围栏，也可以通过无线电波形成一个虚拟的空间区隔；第二部分是宠物佩戴的反馈装置。如果宠物跑动出了边界，可以声音/喷雾/震动等方式发送报警信号。通过一定时间的宠物训练后，宠物可以明白边界在哪里和超过边界的惩罚，从而降低宠物逃脱的概率。
一般通过无线GPS、无线RSSI、无线磁场等方式实现电子监控宠物位置。然上述方式存在其各自的缺点，通过无线RSSI的方式进行监控宠物位置，存在距离判断误差过大的问题；通过无线磁场的方式进行监控宠物位置，存在边界距离有限、距离判断误差过大及金属物体影响的问题；通过无线GPS的方式进行监控宠物位置，存在定位准确度差及容易受信号影响的问题。上述多种电子宠物监控方式皆存在检测精度低的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种无线发射机，通过设置UWB高频收发模块，能够有效提高无线发射机的定位精度，以使保证电子围栏系统的边界具有一致性。
本发明还提出一种无线接收机。
本发明还提出一种无线电子围栏系统。
第一方面，本发明的一个实施例提供了无线发射机：包括：第一上壳体、第一下壳体
所述第一上壳体与所述第一下壳体相对设置以形成一腔体；
所述腔体中设有处理器线路板；
所述处理器线路板中设有UWB高频收发模块和处理器；
所述第一上壳体侧面设有天线。
本发明实施例的无线发射机至少具有如下有益效果：通过设置UWB高频收发模块，能够有效提高无线发射机的定位精度，以使保证电子围栏系统的边界具有一致性。
根据本发明的另一些实施例的无线发射机，所述第一上壳体的上表面设有凹槽；
所述凹槽中设有太阳能充电板。
通过设置太阳能充电板，以使当无线发射机设置于户外工作时，可通过吸收户外阳光的热能以转换为电能，并将多余电能存储至蓄电池中。
根据本发明的另一些实施例的无线发射机，所述处理器线路板侧面设有控制线路板底座；
所述控制线路板底座远离所述处理器线路板一侧设有控制线路板。
通过控制线路板以向处理器线路板发送信号，以使处理器线路板进行响应。
根据本发明的另一些实施例的无线发射机，所述控制线路板远离所述控制线路板底座一侧设有若干按键及显示装置；
若干所述按键与所述控制线路板之间对应设有按键防水软胶。
通过设置显示装置，以对实时显示测距距离，并对无线发射机的参数进行显示；通过设置按键，以对无线发射机的参数进行调节。通过设置按键防水软胶，以避免液体从按键与按键通孔之间的空隙进入无线发射机内部，防止无线发射机内部的电子元器件因短路而损坏。
根据本发明的另一些实施例的无线发射机，所述第一下壳体与所述处理器线路板之间设有防水透气膜；
所述防水透气膜外围边缘设有硅胶防水圈。
通过设置防水透气膜，以防止液体进入无线发射内部的同时，保证无线发射内部气体与外部气体进行对流，进而避免因无线发射机长时间工作而导致内部温度过高。
第二方面，本发明的一个实施例提供了一种无线接收机，包括：环带、第二上壳体、第二下壳体；
所述第二上壳体与所述第二下壳体相对设置以形成一腔体；
所述腔体相对固定于所述环带上；
所述腔体中设有处理器线路板；
所述处理器线路板中设有UWB高频收发模块和处理器。
本发明实施例的一种无线接收机至少具有如下有益效果：通过设置UWB高频收发模块，能够有效提高无线接收机的定位精度，以使保证电子围栏系统的边界具有一致性。
根据本发明的另一些实施例的一种无线接收机，还包括：支撑座，所述支撑座设置于所述第二下壳体于所环带之间；
所述环带于所述支撑座之间设有FPC天线；
所述FPC天线与所述支撑座之间设有固定板。
通过设置FPC天线，其中FPC天线分别设置于固定板两侧，以避免宠物本身对信号的干扰。FPC天线以高频天线(约3.5G Hz)作为测距天线，低频天线(868～915M Hz)作为通讯天线。
根据本发明的另一些实施例的一种无线接收机，所述支撑座上设有若干支撑柱；
若干所述支撑柱上设导电硅胶套。
根据本发明的另一些实施例的一种无线接收机，所述第二上壳体与所述第二下壳体之间设有防水环。
第三方面，本发明的一个实施例提供了一种无线电子围栏系统，其包括上述的无线发射机和上述的无线接收机。
本发明实施例的一种无线电子围栏系统至少具有如下有益效果：通过设置UWB高频收发模块，能够有效提高无线接收机的定位精度，以使保证电子围栏系统的边界具有一致性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种无线发射机的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种无线接收机的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种无线电子围栏系统的框架示意。
附图标记：10、发射处理器线路板；11、第一上壳体；12、第一下壳体；131、天线上壳体；132、天线线路板；133、天线下壳体；151、第一蓄电池；152、第二蓄电池；153、太阳能充电板；161、防水透气膜；162、硅胶防水圈；17、圆形底座；181、按键；182、显示装置；183、按键防水软胶；184、控制线路板；185、控制线路板底座；186、天线防水圈；187、第一USB充电口防水塞；21、环带；221、第二上壳体；222、第二下壳体；223、接收处理器线路板；23、FPC天线；24、固定板；25、支撑座；261、支撑柱；262、导电硅胶套；27、防水环；28、电池；291、第二USB充电口防水塞；292、接收机按键；293、接收机按键软胶。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。
在本发明实施例的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例中无线发射机的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供一种无线发射机，包括：第一上壳体11、第一下壳体12；
第一上壳体11与第一下壳体12相对设置以形成一腔体；腔体中设有发射处理器线路板10；发射处理器线路板10中设有发射收发模块和发射处理器；第一上壳体11侧面设有天线。发射收发模块为UWB高频收发模块。
第一上壳体11、第一下壳体12可通过卡扣、铆接、螺接等方式中的一种或多种，以固定两者相对位置。
其中天线包括天线上壳体131、天线下壳体133，天线上壳体131、天线下壳体133通过卡扣、螺接等方式固定两者相对位置，并构成天线腔体。天线腔体中设有天线线路板132，天线线路板132用于向外发送定位信号并接受外部的定位反馈信息。
第一上壳体11设有显示装置182通孔相对的天线通孔、USB通孔。天线一端设有天线结合部。天线结合部通过天线通孔与腔体内部的发射处理器线路板10进行电性连接和/或信号连接，以使天线线路板132与发射处理器线路板10信号连接。发射处理器线路板10生定位信号，并通过天线发送至外部。与此同时，定位反馈信息通过天线回传至发射处理器线路板10中的处理器，以确定宠物的位置信息，并根据位置信息以判断是否生成警报信号。
USB通孔设置位置与设置于发射处理器线路板10中的USB接口相对应，外部USB连接端口通过USB通孔与发射处理器线路板10中的USB接口相连接，以实现数据传输及充电。
此外，USB通孔还对应设有第一USB充电口防水塞187，当无线发射机处于非充电状态时，第一USB充电口防水塞187设与USB通孔对应设置，以防止液体从USB通孔进入无线发射机中。
天线通孔内侧设有天线防水圈186，即设置于天线结合部与天线通孔之间的缝隙中，以防止液体从两者之间的缝隙进入无线发射机内部，并造成内部电子元件短路。
发射处理器线路板10侧面设有控制线路板184底座；控制线路板184底座远离发射处理器线路板10一侧设有控制线路板184。
控制线路板184远离控制线路板184的底座一侧设有若干按键181及显示装置182；若干按键181与控制线路板184之间对应设有按键防水软胶。第一上壳体11侧面设有若干按键通孔及显示装置通孔，且若干按键通孔与按键181相对设置，显示装置182通孔与显示装置182相对设置。
通过设置按键防水软胶以避免液体由按键181与按键通孔之间的缝隙进入无线发射机内部。
通过显示装置182显示无线发射机中实时工作状态及定位反馈信息。
第一上壳体11的上表面设有凹槽，第一上壳体的凹槽中设有太阳能充电板153。处理器线路板两侧设有若干蓄电池，蓄电池包括第一蓄电池151、第二蓄电池152。第一蓄电池151、第二蓄电池152分别与太阳能充电板153电性连接。太阳能充电板153用于将太阳能转换为电能，并电能存储至蓄电池中。
第一下壳体12与处理器线路板之间设有防水透气膜161；防水透气膜161外围边缘设有硅胶防水圈162。第一下壳体12表面设有若干散热通风槽，防水透气膜161设置于第一下壳体12设有处理器线路板一侧的表面上，以防止液体经由散热通风槽进入无线发射机内部。与此同时，通过防水透气膜161的设置，以保证无线发射机中内部空气流动，从而避免由于无线发射机长时间工作所产生的热量无法及时散发至外部。
第一下壳体12的中心区域设有圆形底座17，圆形底座17表面设有若干限位柱。通过限位柱以固定处理器线路板与第一下壳体12的相位位置。防水透气膜161设有中心区域设有圆形通孔。圆形通孔的形状与圆形底座17的形状相对应。通过将防水透气膜161设置第一下壳体12于蓄电池之间，以防止装置外部液体进入装置中，避免内部电子元器件短路。通过防水透气膜161外围边缘设有硅胶防水圈162，以防止液体由第一上壳体11与第一下壳体12结合部的边缘进入无线发射机内部。
本实施例中，第一下壳体12远离第一上壳体11设有固定底座，固定底座用于固定无线发射机的位置。
实施例二
参照图2，示出了本发明实施例中无线接收机的结构示意图。如图2所示，一种无线接收机，包括：环带21、第二上壳体221、第二下壳体222；第二上壳体221与第二下壳体222相对设置以形成一腔体；腔体相对固定于环带21上；腔体中设有接收处理器线路板223；接收处理器线路板223中设有接收机收发模块和处理器。接收机收发模块具体为UWB高频收发模块。
支撑座25，支撑座25设置于第二下壳体222与环带21之间；环带21于支撑座25之间设有FPC天线23；FPC天线23与支撑座25之间设有固定板24。
支撑座25上设有若干支撑柱261；若干支撑柱261上设有导电硅胶套262。固定板24上设有若干支撑通孔，支撑通孔位于固定板24的位置与支撑柱261位置相对应。支撑座25通过支撑柱261
第二上壳体221与第二下壳体222之间设有防水环27。通过设置防水环27以避免液体由第二上壳体221与第二下壳体222结合部位之间缝隙进入无线发射机内部。
第二下壳体222与接收处理器线路板223之间设有电池28，以向无线接收机提供电力供给。
第二上壳体221底侧表面设有按键181、按键通孔。按键181与按键通孔之间设有按键181防水软垫，以避免液体由按键181与按键通孔之间的空隙进入无线发射机中。第二上壳体221远离按键通孔一侧表面设有USB通孔，USB通孔对应设置有第二USB充电口防水塞291。
实施例三
参照图3，示出了本发明实施例中无线收发系统的框架示意图。请一并参照图1。
一种无线电子围栏系统，其包括上述的无线发射机30和上述无线接收机40。无线发射机30中设有发射处理器线路板10、发射收发模块；无线接收机40中设有接收处理器线路板223、接收收发模块。其中发射收发模块、接收收发模块均为UWB高频收发模块。
通过发射处理器线路板10、接收处理器线路板223分别控制UWB高频收发模块以精确获得定位反馈信息和接收时间戳，并定位反馈信息和接收时间戳输送至无线发射机的处理器。处理器对定位反馈信息和接收时间戳进行测距计算处理以获取距离信息。
上述测距计算处理为通过飞行时间测距法进行计算获取距离信息，即根据无线电在无线发射机与无线接收机两者之间的飞行时间以确定相互之间的距离。
具体为：发射处理器线路板10中的发射收发模块作为启动器以启动测量，接收处理器线路板223中的接收收发模块作为响应启动器和响应监测器，以计算测量数据。
一次完整测距过程中，发射收发模块、接收收发模块之间的进行三次定位信号及定位反馈信息的传输。
在每一次信号传输过程中，无线接收机和无线发射机都会精确地为定位信号、定位反馈信息的发送和接收时间增设时间戳，即三次信号传输共包含6个时间戳。
以下对本发明实施例中所提供的无线收发系统的工作原理作进一步说明。
预设测距阶段，发射收发模块作为进入定位信号发送阶段，接收收发模块进入定位反馈信息发送阶段。
在Ta1时刻，发射收发模块发送定位信号，并记录下开始发射的时刻Ta1，并在预设时间段后切换到接收状态；
在Tb1时刻，接收收发模块接收到定位信号，并记录下接收的时刻Tb1；
在Tb2时刻，即Tb1延时Treply1(Tb2＝Tb1+Treply1)，接收收发模块发送定位反馈信息，并记录下发射的时刻Tb2，发送完成后切换到接收状态；
在Ta2时刻，发射收发模块接收到定位反馈信息并记录下接收的时刻Ta2；
在Ta3时刻，即Ta2延时Treply2(Ta3＝Ta2+Treply2)，发射收发模块发送最终数据包，并记录下发送的时间Ta3。与此同时，发射收发模块将记录的Ta1时刻、Ta2时刻、Ta3时刻压缩为最终数据包发送至接收收发模块。
在Tb4时刻，接收收发模块接收到最终数据包，并记录接收时刻Tb4，并从最终数据包中提取到发送收发模块记录的Ta1、Ta2和Ta3时刻。
接收收发模块将Ta1、Ta2、Ta3、Tb1、Tb2、Tb3等6个时间点信息进行计算时间，以获取Tround(单个设备从发送到接收的时间差)和Treply(单个设备从接收到发送的时间差)。如下：
Tround1＝Ta2–Ta1
Tround2＝Tb3–Tb2
Treply1＝Tb2–Tb1
Treply2＝Ta3–Ta2
根据上面计算得到的Tround和Treply，通过下式计算得到电磁波飞行时间Tprop：
Figure BDA0002370209320000091
此时通过飞行时间测距法用接收时间差乘以光速即可得到测量距离。
由于Tround和Treply由无线发射机和无线接收机使用它们各自的本地时钟独立测量，而各自的时钟具有标称频率的时钟偏移误差，因此得到的飞行时间具有一定的误差。误差可通过如下方式计算：
Figure BDA0002370209320000092
k为无线发射机30和无线接收机40的时钟之间的ppm(parts per million)误差，在本实施例中，无线发射机、无线接收机均采用精度为10ppm，频率为38.4MHZ的晶体振荡器，故组合误差为20ppm，即k为2x10-6。
在测量距离为100m的情况下，飞行时间为333ns，因此误差为20×10-6×333×10-9秒，即6.7×10-12秒，换算为距离约为2mm。
而在长距离的测量中，通过采用较低的频率可以提升无线电的绕射性能，降低码率也能让有效测量范围增加。本实施例中采用3494.4MHz中心频率，带宽499.2MHZ和110kbps码率，实测定位距离可超过150m。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种无线发射机，其特征在于，包括：第一上壳体、第一下壳体；
所述第一上壳体与所述第一下壳体相对设置以形成一腔体；
所述腔体中设有处理器线路板；
所述处理器线路板中设有UWB高频收发模块和处理器；
所述第一上壳体侧面设有天线。
2.根据权利要求1所述的无线发射机，其特征在于，所述第一上壳体的上表面设有凹槽；所述第一上壳体的所述凹槽中设有太阳能充电板。
3.根据权利要求1所述的无线发射机，其特征在于，所述处理器线路板侧面设有控制线路板底座；
所述控制线路板底座远离所述处理器线路板一侧设有控制线路板。
4.根据权利要求3所述的无线发射机，其特征在于，所述控制线路板远离所述控制线路板底座一侧设有若干按键及显示装置；
若干所述按键与所述控制线路板之间对应设有按键防水软胶。
5.根据权利要求1所述的无线发射机，其特征在于，所述第一下壳体与所述处理器线路板之间设有防水透气膜；
所述防水透气膜外围边缘设有硅胶防水圈。
6.一种无线接收机，其特征在于，包括：环带、第二上壳体、第二下壳体；
所述第二上壳体与所述第二下壳体相对设置以形成一腔体；
所述腔体固定于所述环带上；
所述腔体中设有处理器线路板；
所述处理器线路板中设有UWB高频收发模块和处理器。
7.根据权利要求6所述的无线接收机，其特征在于，还包括：支撑座，所述支撑座设置于所述第二下壳体于所环带之间；
所述环带于所述支撑座之间设有FPC天线；
所述FPC天线与所述支撑座之间设有固定板。
8.根据权利要求7所述的无线接收机，其特征在于，所述支撑座上设有若干支撑柱；
若干所述支撑柱上设导电硅胶套。
9.根据权利要求6所述的无线接收机，其特征在于，所述第二上壳体与所述第二下壳体之间设有防水环。
10.一种无线电子围栏系统，包括权利要求1至5任一项所述的无线发射机和权利要求6至9任一项所述的无线接收机。
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