CN111711467B - 一种基于蓝牙和lora的工作面标识装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，涉及煤矿智能化开采领域，包括主板和连接于主板的可充电锂电池；主板包括锂电池充电及保护电路、电源稳压电路、蓝牙模块、指示灯电路、按键电路、蜂鸣器模块、LORA模块、电压采集模块和振动传感器模块；蓝牙模块的输出端分别与指示灯电路的输入端、蜂鸣器模块的输入端相连接，蓝牙模块的输入端分别与按键电路的输出端、电压采集模块的输出端、振动传感器模块的输出端相连接，蓝牙模块的输入输出端分别与LORA模块的输入输出端相连接；本发明可用于煤矿井下工作面人员定位，快速、精确识别的工作面人员位置。

Description

一种基于蓝牙和LORA的工作面标识装置

技术领域

本发明涉及煤矿智能化开采技术领域，具体涉及一种基于蓝牙和LORA的工作面标识装置。

背景技术

近年来煤矿企业在大力推进由数值化矿山向智能化矿山迈进，特别是在自主跟机时由于操作人员、检修人员等工作面必须人员的精确位置必须快速、精确的获知后传送到液压支架的电液控系统，以避免发生人员伤亡事故。

目前煤矿人员定位系统主要采用：ZIGBEE技术、UWB技术等。ZIGBEE技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，不能精确定位人员位置，实时性及误差较大；UWB信号的特点使得它在定位上具有低成本、抗多径干扰、穿透能力强的优势，所以可以应用于静止或者移动物体以及人的定位跟踪，能提供十分精确的定位精度，但由于UWB系统占用的带宽很高，UWB系统可能会干扰现有其他无线通信系统，且施工复杂，成本高昂。

由于井下采掘工作面环境较其他地方环境封闭、活动空间狭长、一半为煤壁一半为液压支架金属包裹、液压支柱严重遮挡，上述两种技术都不能很好的用于煤矿智能化开采时工作面的人员位置识别，常见的定位技术ZIGBEE、UWB在工作面很难发挥其好的效果，定位不准确，通信距离近等问题，完全不能达到工作面对人员位置快速、精确识别的要求。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，采用低功耗器件以及采用最新的蓝牙5.0技术与远距离通信LORA技术相结合，实现煤矿开采时工作面人员佩戴该标识装置能在复杂恶劣环境下的精确位置定位，并实时信息进行上传通信。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种基于蓝牙和LORA技术的工作面标识装置，包括主板和连接于主板的可充电锂电池；

所述主板包括锂电池充电及保护电路、电源稳压电路、蓝牙模块、指示灯电路、按键电路、蜂鸣器模块、LORA模块、电压采集模块和振动传感器模块；所述蓝牙模块的输入端分别连接于所述电压采集模块、按键电路、振动传感器模块的输出端，所述蓝牙模块的输出端分别连接于所述指示灯电路、蜂鸣器模块的输入端，所述蓝牙模块的输入输出端连接于所述LORA模块的输入输出端；所述锂电池充电及保护电路的输出端连接于所述可充电锂电池，用于给所述可充电锂电池充电；所述可充电锂电池的输出端连接于所述电源稳压电路，用于给所述电源稳压电路提供电源输入；所述电源稳压电路用于给所述主板供电。

进一步的，所述锂电池充电及保护电路包括充电端子J1、保险丝F1、防反接二极管D1、防反接二极管D2、NMOS管Q2、电容C7、可充电锂电池充电芯片U4、充电电流控制电阻R9、限流电阻R6和电池端子J2；所述充电端子J1的2号管脚分别连接于保险丝F1一端和NMOS管Q2的1号管脚，所述充电端子J1的1号管脚连接于NMOS管Q2的3号管脚；所述保险丝F1的另一端依次串联于防反接二极管D1、防反接二极管D2，所述防反接二极管D2远离的防反接二极管D1的一端连接于电容C7的一端，电容C7的另一端连接于NMOS管Q2的2号管脚；

所述可充电锂电池充电芯片U4的型号为LTC4069EDC，所述可充电锂电池充电芯片U4的VCC管脚分别连接于防反接二极管D2远离防反接二极管D1的一端、电容C7靠近防反接二极管D2的一端，所述可充电锂电池充电芯片U4的CHRG管脚连接于指示灯电路；所述可充电锂电池充电芯片U4的BAT管脚一支路连接于电池端子J2，另一支路串联连接于电阻R6后连接于可充电锂电池，所述可充电锂电池充电芯片U4的PROG管脚串联电阻R9后连接于GND端；所述可充电锂电池充电芯片U4的GND管脚、NTC管脚分别连接于GND端。

进一步的，所述蓝牙模块包括E104-BT5032A模块U3，滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10和固件下载口J3；所述E104-BT5032A模块U3的VCC管脚分别并联滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10的一端后连接至3.3V电源端，所述E104-BT5032A模块U3的GND管脚分别并联滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10的另一端后连接至GND端，所述E104-BT5032A模块U3的RXD管脚、TXD管脚、SWDCLK管脚、SWDIO管脚分别连接于固件下载口J3的对应管脚；所述固件下载口J3的VCC管脚连接于3.3V电源，所述固件下载口J3的GND管脚连接至GND端；所述蓝牙模块用于采集标识装置的蓝牙定位信息，并进行与按键电路、振动传感器模块、指示灯电路、蜂鸣器模块、LORA模块的通信控制。

进一步的，所述电压采集模块包括电阻R5、电阻R7和滤波电容C1，所述可充电锂电池依次串联电阻R5、电阻R7后连接于GND端，所述滤波电容C1并联于所述电阻R7的两端；所述电压采集模块的ADC_Vbat端分别连接于E104-BT5032A模块U3的DATA管脚、滤波电容C1靠近电阻R5的一端。

进一步的，所述电源稳压电路包含电阻R10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14和LDO稳压芯片TPS706；所述LDO稳压芯片TPS706的VIN管脚并联电容C12、电容C11后连接至可充电锂电池，所述LDO稳压芯片TPS706的GND管脚连接于GND端，所述LDO稳压芯片TPS706的EN管脚串联电阻R10后连接于可充电锂电池，所述LDO稳压芯片TPS706的VOUT管脚并联电容C13、电容C14后输出3.3V电源。

进一步的，所述振动传感器模块包括电阻R1、3.3V电源、振动传感器U2和滤波电容C3；所述3.3V电源依次串联电阻R1、振动传感器U2后连接GND端，所述滤波电容C3并联在振动传感器U2的两端，振动传感器模块的BL_2500N端连接于所述E104-BT5032A模块U3的DISC管脚；所述振动传感器模块用于检测标识装置的振动，所述蓝牙模块采用所述E104-BT5032A模块U3的DISC管脚检测振动传感器模块的状态。

进一步的，所述LORA模块包括LORA芯片U1、滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6、弹簧天线T1、电阻R12、PMOS管U6；所述LORA芯片U1的型号为LSD4RF-2F917N10；所述LORA芯片U1的GND管脚依次并联滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6一端后连接于GND端，所述LORA芯片U1的VCC管脚依次并联滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6另一端后连接于3.3VA电源端，所述LORA芯片U1的GND管脚连接至GND端，所述LORA芯片U1的RF管脚连接于弹簧天线T1，所述LORA芯片U1的RST管脚、GPIO0管脚、SO管脚、SI管脚、NSS管脚、SCK管脚分别对应连接于所述E104-BT5032A模块U3的P0.06管脚、P0.07管脚、P0.02管脚、P0.03管脚、P0.04管脚、P0.05管脚；所述3.3VA电源端通过电阻R11、电阻R12、PMOS管U6控制3.3V电源；所述3.3VA电源端分别连接于所述PMOS管U6的3号管脚、电阻R11，所述PMOS管U6的1号管脚串联电阻R12后连接于所述E104-BT5032A模块U3的P0.26管脚，所述PMOS管U6的2号管脚连接电阻R11远离所述3.3VA电源端的连接3.3V电源；

定义振动传感器模块在设定时间间隔内未检测到标识装置发生振动的状态为标识装置的静止状态，否则为标识装置的工作状态；

当标识装置处于工作状态，蓝牙模块输出第一低电平使得PMOS管U6导通，LORA模块工作；当标识卡处于静止状态，蓝牙模块输出第一高电平使得PMOS管U6不导通，LORA模块不工作；所述蓝牙模块输出的第一低电平、第一高电平为所述E104-BT5032A模块U3中P0.26管脚输出的低电平信号、高电平信号。

进一步的，所述按键电路包括电阻R2、按键S1、3.3V电源、滤波电容C2；所述3.3V电源依次串联电阻R2、按键S1后连接于GND端，所述滤波电容C2并联于按键S2的两端；所述按键电路的KEY端连接于所述E104-BT5032A模块U3的MOD管脚；所述蓝牙模块检测按键电路的状态实现本地告警及上传紧急呼叫功能；当按键S1未被按下时，蓝牙模块检测按键电路的状态为第四高电平，蓝牙模块不进行响应；当按键S1被进行预设本地告警动作时，蓝牙模块检测按键电路的状态为第四低电平，蓝牙模块响应发出本地告警及紧急呼叫。

进一步的，所述蜂鸣器模块包括蜂鸣器、三极管Q1、电阻R4和3.3V电源，所述3.3V电源连接所述三极管Q1的2号管脚后经三极管Q1的3号管脚连通至蜂鸣器，所述三极管Q1的1号管脚连接电阻R4后连接于所述E104-BT5032A模块U3的LINK管脚；

所述蓝牙模块控制蜂鸣器模块实现本地声音告警提示功能；当按键S1被进行预设本地告警动作时，所述蓝牙模块输出第二低电平，三极管Q1导通并使得蜂鸣器发出声响；当按键S1未被按下时，所述蓝牙模块输出第二高电平，三极管Q1不导通并使得蜂鸣器静止；所述蓝牙模块输出的第二低电平、第二高电平为所述E104-BT5032A模块U3中LINK管脚输出的低电平信号、高电平信号。

进一步的，所述指示灯电路包括指示灯LED1和限流电阻R3，所述指示灯LED1连接于所述E104-BT5032A模块U3的WKP管脚；所述蓝牙模块控制指示灯电路实现本地灯光告警提示功能，即当按键S1被进行预设本地告警动作时，所述蓝牙模块输出第三低电平时，指示灯LED1亮红灯；所述蓝牙模块输出的第三低电平为所述E104-BT5032A模块U3中WKP管脚输出的低电平信号。

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，应用于煤矿开采工作面工作人员佩戴时，获得了如下有益效果：

1）本发明针对现有技术存在的定位精度不高、通信距离近的技术缺陷，采用超低功耗的蓝牙模块与远距离通信LORA技术相结合，即通过蓝牙5.0技术实现工作面复杂恶劣环境下的工作人员精确位置定位，又能通过LORA远距离通信传输技术将实时信息进行上传通信，更易适应复杂且恶劣的煤矿工作面环境；

2）本发明使用超低功耗的蓝牙模块，同时通过PMOS管U6控制LORA模块的电源，通过检测振动传感器进行工作模式和休眠模式进行切换，以达到低功耗的作用，从而有效的保证可充电锂电池的续航时间；

3）本发明采用可充电锂电池，大大降低了更换电池带来的维护成本。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的优选实施例的整体拓扑示意图；

图2是本发明的锂电池充电及保护电路的电路连接图；

图3(a)是本发明的蓝牙模块的电路连接图；

图3(b)是本发明的蓝牙模块固件下载口的电路连接图；

图4是本发明的电压采集模块的电路连接图；

图5是本发明的电源稳压电路的电路连接图；

图6(a)是本发明的LORA模块的电路连接图；

图6(b)是本发明的LORA模块的电源连接图；

图7是本发明的振动传感器的电路连接图；

图8是本发明的按键电路的电路连接图；

图9是本发明的蜂鸣器模块的电路连接图；

图10是本发明的指示灯电路的电路连接图。

图中，各标记的具体意义为：

1-锂电池充电及保护电路，2-可充电锂电池，3-电源稳压电路，4-蓝牙模块，5-指示灯电路，6-按键电路，7-蜂鸣器模块，8-LORA模块，9-电压采集模块，10-振动传感器模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

基于现有技术的定位技术ZIGBEE、UWB不能很好的应用于煤矿开采工作面人员精准定位和远距离通信，存在定位不准确、通信距离近的技术问题，对于工作面工作人员的安全不能准确保障，具有安全隐患；本发明旨在提出一种基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，采用最新的蓝牙5.0技术与远距离通信LORA技术相结合，实现煤矿开采时工作面人员精确定位和通信，提高对工作面工作人员的安全保障。

如图1所示，本发明提出一种基于蓝牙和LORA技术的工作面标识装置，包括主板和可充电锂电池2，可充电锂电池2与主板上的2pin端子连接。主板进一步包括锂电池充电及保护电路1、电源稳压电路3、蓝牙模块4、指示灯电路5、按键电路6、蜂鸣器模块7、LORA模块8、电压采集模块9和振动传感器模块10，其中，蓝牙模块4的输出端分别与指示灯电路5、蜂鸣器模块7的输入端相连接，蓝牙模块4的输入端分别与电压采集模块9、按键电路6、振动传感器模块10的输出端相连接，蓝牙模块4的输入输出端与LORA模块8的输入输出端相连接；所述锂电池充电及保护电路1的输出端连接可充电锂电池2，用于给可充电锂电池2进行充电，可充电锂电池2给电源稳压电路3提供电源输入，电源稳压电路3用于给主板供电；蓝牙模块4采集定位信息，并通过LORA模块8进行数据上传。

如图2所示，作为一种较佳的实施例，锂电池充电及保护电路1包括充电端子J1、保险丝F1、防反接二极管D1、防反接二极管D2、NMOS管Q2、电容C7、可充电锂电池充电芯片U4、充电电流控制电阻R9、限流电阻R6、电池端子J2；充电端子J1的2号管脚与保险丝F1一端与和NMOS管Q2的1号管脚相连接，充电端子J1的1号管脚连接于NMOS管Q2的3号管脚。保险丝F1的另一端依次串联于防反接二极管D1、防反接二极管D2，所述防反接二极管D2远离的防反接二极管D1的一端连接于电容C7的一端，电容C7的另一端连接于NMOS管Q2的2号管脚。可充电锂电池充电芯片U4的型号选择LTC4069EDC，可充电锂电池充电芯片U4的VCC管脚分别接防反接二极管D2远离防反接二极管D1的一端、电容C7靠近防反接二极管D2的一端，可充电锂电池充电芯片U4的CHRG管脚接指示灯电路。所述可充电锂电池充电芯片U4的BAT管脚一支路连接于电池端子J2，另一支路串联连接于电阻R6后连接于可充电锂电池，所述可充电锂电池充电芯片U4的PROG管脚串联电阻R9后连接于GND端；所述可充电锂电池充电芯片U4的GND管脚、NTC管脚分别连接于GND端。通过锂电池充电及保护电路1给可充电锂电池2进行充电，并能通过指示灯电路5显示当前充电状态。

如图3(a)和3(b)所示，作为一种较佳的实施例，蓝牙模块4采用超低功耗的E104-BT5032A模块U3，内含芯片nRF52832。蓝牙模块4还包括滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10，固件下载口J3，其中，所述E104-BT5032A模块U3的VCC管脚分别并联滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10的一端后连接至3.3V电源端，所述E104-BT5032A模块U3的GND管脚分别并联滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10的另一端后连接至GND端，所述E104-BT5032A模块U3的RXD管脚、TXD管脚、SWDCLK管脚、SWDIO管脚分别连接于固件下载口J3的对应管脚；所述固件下载口J3的VCC管脚连接于3.3V电源，所述固件下载口J3的GND管脚连接至GND端；蓝牙模块4采集蓝牙定位信息并进行与按键电路6、振动传感器模块10、指示灯电路5、蜂鸣器模块7、LORA模块8的通信控制。当工作人员佩戴该标识装置，则蓝牙模块4采集的蓝牙定位信息即为工作人员精准位置信息。

如图4所示，作为一种较佳的实施例，电压采集模块9包括电阻R5、电阻R7和滤波电容C1，可充电锂电池依次串联电阻R5、电阻R7然后接GND端，滤波电容C1并联在电阻R7的两端，电压采集模块9的ADC_Vbat端分别接蓝牙模块4中E104-BT5032A模块U3的DATA管脚、滤波电容C1的一端。电压采集模块9将采集到的电压在蓝牙模块4中进行本地处理，来实时监测标识装置的供电状态。

如图5所示，作为一种较佳的实施例，电源稳压电路3包含电容C12、电容C11、LDO稳压芯片TPS706、电阻R10、电容C13和电容C14，其中，LDO稳压芯片TPS706的VIN管脚并联电容C12、电容C11后连接至可充电锂电池，所述LDO稳压芯片TPS706的GND管脚连接于GND端，所述LDO稳压芯片TPS706的EN管脚串联电阻R10后连接于可充电锂电池，所述LDO稳压芯片TPS706的VOUT管脚并联电容C13、电容C14后输出3.3V电源。

如图7所示，作为一种较佳的实施例，振动传感器模块10通过检测标识装置的振动检测标识装置的状态，以实现标识装置的低功耗。具体为，振动传感器模块10包括电阻R1、3.3V电源、振动传感器U2、滤波电容C3，3.3V电源依次串联电阻R1、振动传感器U2然后接GND端，滤波电容C3并联在振动传感器U2的两端，振动传感器模块10的BL_2500N端接蓝牙模块4中E104-BT5032A模块U3的DISC管脚。

蓝牙模块4通过E104-BT5032A模块U3的DISC管脚检测振动传感器模块10的状态；当蓝牙模块4检测到振动传感器模块10一直处于有信号发出的状态，则认为标识装置处于的唤醒的工作状态；当蓝牙模块4在设定时间间隔未检测到振动传感器模块10有信号发出，则表明在该时间间隔下标识装置未发生振动，则认为标识装置处于休眠的静止状态，进而实现标识装置的动静检测及后续LORA模块8的低功耗处理。

参照如图6(a)和6(b)所示，作为一种较佳的实施例，LORA模块8采用型号为LSD4RF-2F917N10的LORA芯片U1，LORA模块8的电路还包括滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6、弹簧天线T1、电阻R12和PMOS管U6，其中，LORA芯片U1的GND管脚依次并联滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6一端后连接于GND端，所述LORA芯片U1的VCC管脚依次并联滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6另一端后连接于3.3VA电源端，所述LORA芯片U1的GND管脚连接至GND端，所述LORA芯片U1的RF管脚连接于弹簧天线T1，所述LORA芯片U1的RST管脚、GPIO0管脚、SO管脚、SI管脚、NSS管脚、SCK管脚分别对应连接于所述E104-BT5032A模块U3的P0.06管脚、P0.07管脚、P0.02管脚、P0.03管脚、P0.04管脚、P0.05管脚；所述3.3VA电源端通过电阻R11、电阻R12、PMOS管U6控制3.3V电源；所述3.3VA电源端分别连接于所述PMOS管U6的3号管脚、电阻R11，所述PMOS管U6的1号管脚串联电阻R12后连接于所述E104-BT5032A模块U3的P0.26管脚，所述PMOS管U6的2号管脚连接电阻R11远离所述3.3VA电源端的连接3.3V电源。

当标识装置处于工作状态时，即在设定时间间隔内振动传感器模块10一直检测到标识装置发生振动，蓝牙模块4中E104-BT5032A模块U3的P0.26管脚输出的低电平信号，记为第一低电平，该电平信号使得PMOS管U6导通，LORA模块8工作，进入工作模式；当标识装置处于静止状态时，即振动传感器模块10在设定时间间隔内未检测到标识装置发生振动，蓝牙模块4中E104-BT5032A模块U3的P0.26管脚输出的高电平信号，记为第一高电平，该高电平信号使得PMOS管U6不导通，LORA模块8不工作，进入休眠模式；即先通过振动传感器模块10实现标识装置振动检测，以振动检测的结果作为蓝牙模块4的输入，蓝牙模块4进一步输出至LORA模块8，实现通过PMOS管U6控制LORA模块8的电源，进行LORA模块8工作模式和休眠模式的切换，达到LORA模块8低功耗的作用。

LORA模块8上电之后自动与上级设备通信申请通信信道，该功能实现了防冲突机制避免数据冲突，进入工作模式后将蓝牙模块4采集的定位系统，进行无线上传，实现与上级设备的通信交互功能。

如图8所示，作为一种较佳的实施例，按键电路6包括电阻R2、按键S1、3.3V电源、滤波电容C2，3.3V电源依次串联电阻R2、按键S1然后接GND端，滤波电容C2并联在按键S2的两端，按键电路6的KEY端与蓝牙模块4中E104-BT5032A模块U3的MOD管脚相连接。蓝牙模块4检测按键电路6的状态实现本地告警及上传紧急呼叫功能；具体为，当按键S1未被按下时，蓝牙模块4检测按键电路6的状态为第四高电平，蓝牙模块4不进行响应；当按键S1被进行预设本地告警动作时，蓝牙模块4检测按键电路6的状态为第四低电平，蓝牙模块6响应发出本地告警及紧急呼叫。例如，预设本地告警动作可参考为按键S1被连续按下5S等。

如图9所示，作为一种较佳的实施例，蜂鸣器模块7包括蜂鸣器、三极管Q1、电阻R4和3.3V电源，3.3V电源连接所述三极管Q1的2号管脚后经三极管Q1的3号管脚连通至蜂鸣器，所述三极管Q1的1号管脚连接电阻R4后连接于所述E104-BT5032A模块U3的LINK管脚。蓝牙模块4控制蜂鸣器模块7实现本地声音告警提示功能；具体为，当按键S1被进行预设本地告警动作时，蓝牙模块4的E104-BT5032A模块U3的LINK管脚输出低电平信号，记为第二低电平，该低电平信号促使三极管Q1导通并使得蜂鸣器发出声响；当按键S1未被按下时，蓝牙模块4的E104-BT5032A模块U3的LINK管脚输出高电平信号，记为第二高电平，该高电平信号促使三极管Q1处于不导通状态，蜂鸣器断路保持静止不响。

如图10所示，作为一种较佳的实施例，指示灯电路5包括指示灯LED1和1个限流电阻R3，指示灯LED1的1号管脚与蓝牙模块4中E104-BT5032A模块U3的WKP管脚相连接，当按键S1被进行预设本地告警动作时，蓝牙模块4的E104-BT5032A模块U3的WKP管脚输出低电平信号，记为第三低电平，该低电平信号使得指示灯LED1亮红灯。指示灯LED1的2号管脚与锂电池充电及保护电路1中可充电锂电池充电芯片U4的CHRG管脚相连接，当锂电池充电及保护电路1的可充电锂电池充电芯片U4的CHRG管脚输出低电平信号，记为第四低电平，该低电平信号使得指示灯LED1亮绿灯。蓝牙模块4和锂电池充电及保护电路1通过其与指示灯LED1连接的WKP管脚、CHRG管脚控制指示灯电路5实现标识装置灯光告警提示功能。

本发明公开工作面标识装置，蓝牙模块4采用超低功耗的E104-BT5032A模块U3，内含芯片nRF52832，集成MCU功能，通过蓝牙进行定位信息采集，进行本地声光提示；LORA模块8通过自动申请信道，避免数据冲突，而后将采集到的信息实时进行上传，通过采用振动传感器对标识装置进行低功耗控制，有效的保证了电池的工作时间，适应于煤矿智能化开采时复杂且恶劣的煤矿工作面环境，满足工作面对人员位置快速、精确识别的要求。

需要说明的是：蓝牙模块可被替换为其它低功耗蓝牙模块；LORA模块可被替换为其它LORA模块；振动传感器模块可被替换为其它振动传感器。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (7)

1.一种基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，包括主板和连接于主板的可充电锂电池；

所述主板包括锂电池充电及保护电路、电源稳压电路、蓝牙模块、指示灯电路、按键电路、蜂鸣器模块、LORA模块、电压采集模块和振动传感器模块；所述蓝牙模块的输入端分别连接于所述电压采集模块、按键电路、振动传感器模块的输出端，所述蓝牙模块的输出端分别连接于所述指示灯电路、蜂鸣器模块的输入端，所述蓝牙模块的输入输出端连接于所述LORA模块的输入输出端；所述锂电池充电及保护电路的输出端连接于所述可充电锂电池，用于给所述可充电锂电池充电；所述可充电锂电池的输出端连接于所述电源稳压电路，用于给所述电源稳压电路提供电源输入；所述电源稳压电路用于给所述主板供电；

所述蓝牙模块通信连接于蓝牙信标，蓝牙模块包括E104-BT5032A模块U3，滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10和固件下载口J3；

所述E104-BT5032A模块U3的VCC管脚分别并联滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10的一端后连接至3.3V电源端，所述E104-BT5032A模块U3的GND管脚分别并联滤波电容C8、滤波电容C9、滤波电容C10的另一端后连接至GND端，所述E104-BT5032A模块U3的RXD管脚、TXD管脚、SWDCLK管脚、SWDIO管脚分别连接于固件下载口J3的对应管脚；所述固件下载口J3的VCC管脚连接于3.3V电源，所述固件下载口J3的GND管脚连接至GND端；

所述蓝牙模块用于采集标识装置的蓝牙定位信息，并进行与按键电路、振动传感器模块、指示灯电路、蜂鸣器模块、LORA模块的通信控制；

所述振动传感器模块用于在设定时间内检测标识装置的振动，生成表示标识装置工作状态或静止状态的电信号发送至蓝牙模块；所述振动传感器模块包括电阻R1、3.3V电源、振动传感器U2和滤波电容C3；所述3.3V电源依次串联电阻R1、振动传感器U2后连接GND端，所述滤波电容C3并联在振动传感器U2的两端，振动传感器模块的BL_2500N端连接于所述E104-BT5032A模块U3的DISC管脚；

所述LORA模块包括LORA芯片U1、滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6、弹簧天线T1、电阻R12、PMOS管U6；

所述LORA芯片U1的型号为LSD4RF-2F917N10；所述LORA芯片U1的GND管脚依次并联滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6一端后连接于GND端，所述LORA芯片U1的VCC管脚依次并联滤波电容C4、滤波电容C5、滤波电容C6另一端后连接于3.3VA电源端，所述LORA芯片U1的GND管脚连接至GND端，所述LORA芯片U1的RF管脚连接于弹簧天线T1，所述LORA芯片U1的RST管脚、GPIO0管脚、SO管脚、SI管脚、NSS管脚、SCK管脚分别对应连接于所述E104-BT5032A模块U3的P0.06管脚、P0.07管脚、P0.02管脚、P0.03管脚、P0.04管脚、P0.05管脚；

所述3.3VA电源端通过电阻R11、电阻R12、PMOS管U6控制3.3V电源；所述3.3VA电源端分别连接于所述PMOS管U6的3号管脚、电阻R11，所述PMOS管U6的1号管脚串联电阻R12后连接于所述E104-BT5032A模块U3的P0.26管脚，所述PMOS管U6的2号管脚连接电阻R11远离所述3.3VA电源端的连接3.3V电源；

定义振动传感器模块在设定时间间隔内未检测到标识装置发生振动的状态为标识装置的静止状态，否则为标识装置的工作状态；

当标识装置处于工作状态，蓝牙模块输出第一低电平使得PMOS管U6导通，LORA模块工作；当标识卡处于静止状态，蓝牙模块输出第一高电平使得PMOS管U6不导通，LORA模块不工作；

所述蓝牙模块输出的第一低电平、第一高电平为所述E104-BT5032A模块U3中P0.26管脚输出的低电平信号、高电平信号。

2.根据权利要求1所述的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，所述锂电池充电及保护电路包括充电端子J1、保险丝F1、防反接二极管D1、防反接二极管D2、NMOS管Q2、电容C7、可充电锂电池充电芯片U4、充电电流控制电阻R9、限流电阻R6和电池端子J2；

所述充电端子J1的2号管脚分别连接于保险丝F1一端和NMOS管Q2的1号管脚，所述充电端子J1的1号管脚连接于NMOS管Q2的3号管脚；所述保险丝F1的另一端依次串联于防反接二极管D1、防反接二极管D2，所述防反接二极管D2远离的防反接二极管D1的一端连接于电容C7的一端，电容C7的另一端连接于NMOS管Q2的2号管脚；

所述可充电锂电池充电芯片U4的型号为LTC4069EDC，所述可充电锂电池充电芯片U4的VCC管脚分别连接于防反接二极管D2远离防反接二极管D1的一端、电容C7靠近防反接二极管D2的一端，所述可充电锂电池充电芯片U4的CHRG管脚连接于指示灯电路；所述可充电锂电池充电芯片U4的BAT管脚一支路连接于电池端子J2，另一支路串联连接于电阻R6后连接于可充电锂电池，所述可充电锂电池充电芯片U4的PROG管脚串联电阻R9后连接于GND端；所述可充电锂电池充电芯片U4的GND管脚、NTC管脚分别连接于GND端。

3.根据权利要求1所述的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，所述电压采集模块包括电阻R5、电阻R7和滤波电容C1，所述可充电锂电池依次串联电阻R5、电阻R7后连接于GND端，所述滤波电容C1并联于所述电阻R7的两端；所述电压采集模块的ADC_Vbat端分别连接于E104-BT5032A模块U3的DATA管脚、滤波电容C1靠近电阻R5的一端。

4.根据权利要求1所述的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，所述电源稳压电路包含电阻R10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14和LDO稳压芯片TPS706；

所述LDO稳压芯片TPS706的VIN管脚并联电容C12、电容C11后连接至可充电锂电池，所述LDO稳压芯片TPS706的GND管脚连接于GND端，所述LDO稳压芯片TPS706的EN管脚串联电阻R10后连接于可充电锂电池，所述LDO稳压芯片TPS706的VOUT管脚并联电容C13、电容C14后输出3.3V电源。

5.根据权利要求1所述的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，所述按键电路包括电阻R2、按键S1、3.3V电源、滤波电容C2；所述3.3V电源依次串联电阻R2、按键S1后连接于GND端，所述滤波电容C2并联于按键S2的两端；所述按键电路的KEY端连接于所述E104-BT5032A模块U3的MOD管脚；

所述蓝牙模块检测按键电路的状态实现本地告警及上传紧急呼叫功能；当按键S1未被按下时，蓝牙模块检测按键电路的状态为第四高电平，蓝牙模块不进行响应；当按键S1被进行预设本地告警动作时，蓝牙模块检测按键电路的状态为第四低电平，蓝牙模块响应发出本地告警及紧急呼叫。

6.根据权利要求5所述的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，所述蜂鸣器模块包括蜂鸣器、三极管Q1、电阻R4和3.3V电源，所述3.3V电源连接所述三极管Q1的2号管脚后经三极管Q1的3号管脚连通至蜂鸣器，所述三极管Q1的1号管脚连接电阻R4后连接于所述E104-BT5032A模块U3的LINK管脚；

所述蓝牙模块控制蜂鸣器模块实现本地声音告警提示功能；当按键S1被进行预设本地告警动作时，所述蓝牙模块输出第二低电平，三极管Q1导通并使得蜂鸣器发出声响；当按键S1未被按下时，所述蓝牙模块输出第二高电平，三极管Q1不导通并使得蜂鸣器静止；

所述蓝牙模块输出的第二低电平、第二高电平为所述E104-BT5032A模块U3中LINK管脚输出的低电平信号、高电平信号。

7.根据权利要求5所述的基于蓝牙和LORA的工作面标识装置，其特征在于，所述指示灯电路包括指示灯LED1和限流电阻R3，所述指示灯LED1连接于所述E104-BT5032A模块U3的WKP管脚；

所述蓝牙模块控制指示灯电路实现本地灯光告警提示功能，即当按键S1被进行预设本地告警动作时，所述蓝牙模块输出第三低电平时，指示灯LED1亮红灯；

所述蓝牙模块输出的第三低电平为所述E104-BT5032A模块U3中WKP管脚输出的低电平信号。

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