CN205301593U - 中远距离定位搜索装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种中远距离定位搜索装置，其特征在于：系统由无线定位终端、无线定位追踪器、手机APP应用软件构成。其中无线定位终端采用GPS定位模块，并利用由SX1276构成的低功率中远距离无线通信模块1将位置信息发送给无线定位追踪器；搜寻人员携带的无线定位追踪器收到信息后经蓝牙通信转发到手机APP软件地图中，实现人员或车辆的定位和追踪。多个无线定位追踪器之间可通过无线通信模块2组成二级网络扩大网络覆盖范围。无线定位终端和定位追踪器都由锂电池供电，MCU控制器均采用STM32F103，本实用新型不依赖于手机基站，通信传输距离大于2公里，适用于不同场合一定范围内的定位追踪。

Description

中远距离定位搜索装置

技术领域

本实用新型属于定位测量技术领域，具体涉及一种不依赖于手机基站且无线通信距离达2公里以上的中远距离定位搜索装置。

背景技术

随着无线通信技术和物联网技术的发展，各种类型的定位通信装置不断出现，并获得了广泛的应用，如定位用手表、各种基于GPRS和GPS的定位通信模块等。这些装置的共同点是都依赖于手机基站来实现通信和数据的传输，这是其主要局限性，带来的问题一个是必须在有基站覆盖的区域使用，另一个是后期使用会产生持续不断的流量通信费用，设备成本和使用成本较高。如果能开发一种不依赖于手机基站的定位通信装置，在一定范围内实现准确的定位和追踪，那么其应用领域将非常广泛，如旅游团人员、野外探险人员、在外有迷路风险的老人和小孩、自行车和其它车辆的定位搜索，这种装置的成本和使用费用将非常低廉。

在无线通信领域目前开发出了低功耗远距离的通信芯片及相关技术，采用这种技术并结合嵌入式的软硬件设计可以开发出一种新的定位通信装置，该系统在较远的距离内可以实现定位数据的传输，如果设计成一个类似于ZIGBEE网络的带路由的通信网络，就可以覆盖更大的区域，实现定位搜寻的功能，且设备成本低廉，也没有后续使用费。

发明内容

按上述目标，本实用新型提供了一种与手机基站通信无关，无线通信距离达2公里以上的中远距离定位搜索装置。

为实现上述目标，本实用新型采用的技术方案为：所述中远距离定位搜索装置由三部分构成，①无线定位终端，由被搜寻对象携带，内含锂电池及充电电路、电源电路、GPS定位模块、SX1276中远距离无线通信模块电路、MCU控制器STM32F103及EEPROM存储电路，该无线定位终端能以固定间隔定时向外界发送GPS定位信息，或者接收无线定位追踪器的查询；②无线定位追踪器，其结构原理与前述无线定位终端类似，不同之处为该追踪器内置两个SX1276无线通信模块，一个蓝牙模块，通过SX1276无线通信模块1能接收无线定位终端发送的GPS定位信息或者主动查询无线定位终端，再通过蓝牙通信发送给手机；其自身具有的GPS模块能提供本身的定位坐标；利用SX1276无线通信模块2能使多个无线定位追踪器组成一个网状网，扩大搜索范围。③手机APP应用软件，通过该APP及蓝牙通信使手机与前述无线定位追踪器相连，将被搜索对象的位置信息显示在手机地图上，同时也能显示自身的坐标位置。

上述的中远距离定位搜索装置，不依赖于手机移动基站通信，即使在无手机基站覆盖的野外也能使用，可以实现大于2公里距离的信号传输和快速精确定位，没有手机流量使用费，设备成本和使用成本很低。

所述的无线定位追踪器和无线定位终端内部都包括一块锂电池，内置充电电路，锂电池通过电源电路为其它模块提供所需的工作电压；内部的EEPROM存储模块保存定位终端的编号、设定的无线模块工作频率和发送功率、信号发送时间间隔等参数。

所述的无线定位终端能以两种模式工作：常规模式和紧急模式。在常规模式下，定位终端每次发送完成定位信息后，整个设备在MCU控制器STM32F103的控制下进入低功耗的睡眠模式，此时设备的功耗为数个微安，GPS定位模块功能也处于停止状态，等设定的信号发送时间间隔到，首先唤醒GPS模块，等GPS模块获得了卫星定位信号，再唤醒系统的其它模块。这种工作模式能最大程度节约锂电池电量；在紧急模式下，设备一直处于工作状态，设定的信号发送时间间隔也比紧急模式短，能更快发送信号，但此时电池的使用时间将缩短。

所述的无线定位追踪器，SX1276无线通信模块1和2单独供电且始终处于工作状态，大部分时间用于侦听无线定位终端和其它无线定位追踪器发送的信号；该定位追踪器的其它模块定时休眠，在两种情况下将被唤醒：一是在所述的SX1276通信模块1或2接收到定位终端或追踪器的信号后被唤醒；二是接收到手机蓝牙通信的查询命令后被唤醒，主动发送查询命令给定位终端。

所述的多个无线定位追踪器，可组成一个网状网络扩大覆盖范围，整个系统的搜索范围将成倍扩大，适用范围将更广。内部的SX1276无线通信模块2用于将多个无线定位追踪器组成一个网状网，其无线收发工作频率与SX1276无线通信模块1不同。此时整个定位搜索系统将由两级网络构成，采用一定的策略完成搜索过程。每个无线定位追踪器可通过手机APP设置是否处于网状网络中，并设置其工作参数。

所述的手机APP应用软件负责设置无线定位追踪器的工作参数，通过蓝牙通信接收无线定位追踪器接收的终端位置信息并显示在离线地图上；也可以通过APP软件输入要查询的定位终端编号，通过定位追踪器主动发起查询。

本实用新型的优点是在无线发射功率很低的情况下能够实现大于2公里距离的信号传输，体积小巧，便于携带，定位信息的传送不依赖于手机基站，定位追踪器接收的信息直接发送给手机，在手机地图上显示位置，简化了设计。另外结合手机APP应用软件可实现不同的网络应用设置，在一定范围内可以用于各种场合的定位追踪。

附图说明

图1是系统工作原理示意图

图2是无线定位追踪器之间组网示意图

图3是MCU控制器原理图

图4是GPS模块原理图

图5是蓝牙模块原理图

图6是SX1276通信模块原理图

图7是EEPROM存储器电路原理图

图8是锂电池充电及电源电路原理图

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型由三部分构成，①供被搜索对象携带的无线定位终端，由锂电池供电，内含充电电路、电源电路、GPS定位模块、SX1276中远距离无线通信模块电路、MCU控制器STM32F103及EEPROM存储电路；以固定间隔定时向外界发送GPS定位信息，或者接收无线定位追踪器的查询；②无线定位追踪器，其构成与所述无线定位终端类似，不同之处为该追踪器内置两个SX1276无线通信模块，一个蓝牙模块，通过SX1276无线通信模块1能接收无线定位终端发送的GPS定位信息，再通过蓝牙通信发送给手机；其自身具有的GPS模块能提供本身的定位坐标；如图2，利用SX1276无线通信模块2能使多个无线定位追踪器组成一个网状网，扩大搜索范围。③手机APP应用软件，通过该APP及蓝牙通信使手机与所述无线定位追踪器相连，将被搜索人的位置信息显示在手机地图上，同时也能显示自身的坐标位置。

如图3所示，所述的无线定位追踪器和无线定位终端内部都包括一个MCU控制芯片STM32F103，其第31脚检测图4中GPS模块的卫星信号状态，第9脚和第10脚连接到GPS模块的串口通信接口，实现GPS定位信号的传送；11～14引脚是SPI总线接口，与图6中的U7SX1276之间的通信采用此接口；16引脚控制图6中U6射频开关PE4259的收发转换；17、20两个个引脚用于检测SX1276的工作状态；32～34脚是IIC总线接口，与图7的EEPROM芯片连接；25和28引脚是仿真器串行JTAG接口；除此之外，MCU还需要外接C1、C2和Y1构成的外部晶振电路。在所述的无线定位追踪器中，此MCU的21和22引脚作为与图5蓝牙模块的串行通信接口使用。整个芯片采用+3.3V电源供电。

图4是GPS定位电路，同样在无线定位追踪器和无线定位终端内部都采用，图中U2是GPS芯片，采用VK1612U6，其20和21引脚与MCU的串行口连接，实现定位数据的传送；3脚连接一个电阻R1和发光二极管D1，在GPS芯片连接到卫星后该发光管闪烁，该信号同时也送到MCU，告知MCU连接的结果；第11脚直接连接GPS有源天线J1，L1是有源天线的供电用高频扼流圈，一端接天线，一端接+3.3V电源；C6是U2内部高频信号电源的去耦电容。GPS芯片用+3.3V供电。

所述无线定位追踪器中采用了蓝牙模块实现与手机之间的信息传送，图5是所述蓝牙模块电路，U8为模块化蓝牙接口电路HM-09，其1、2脚为串口通信引脚，直接与MCU的串口连接，实现数据通信；11脚是由MCU的IO口控制的复位引脚，31脚连接一个电阻R5和一个发光二极管D3，用于显示蓝牙模块的工作状态；32脚连接MCU，指示与手机配对的情况；34脚设置蓝牙模块的工作模式，有两种，一种是AT指令模式，一种是透明传输模式。初始上电时，MCU首先置蓝牙模块为AT指令模式，然后通过串口配置蓝牙模块的工作参数，之后再置为透明传输模式，就可以实现与手机的配对和数据传输。12脚是蓝牙模块的供电端，为+3.3V，C30是电源去耦电容。

图6是SX1276远距离无线通信模块接口电路。电路的核心是U7，为芯片SX1276，该芯片采用扩频通信技术实现了灵敏度极高的接收能力，使低功率的无线通信距离能够轻松达到数公里远，是本实用新型实现远距离通信的关键元件。该芯片的16～19引脚是与MCU连接的SPI总线接口，通信过程中的所有信息都通过此接口传送；第28脚是射频信号输出端，由L3、L4、C24～C26构成的无源匹配网络实现与射频开关U6(PE4259)的输出匹配连接；U7的第1脚是射频信号接收端，由L2和C17～C19组成的无源网络实现与U6的输入匹配连接；引脚7是复位端，由MCU控制；引脚8和9是SX1276的状态指示输出，连接到MCU，MCU将根据此状态信号决定其工作时序；外接元件C13、C14和Y2组成外部晶振电路；C15、C16、C27、C28为电源滤波电容；U6是射频收发切换开关，其引脚4受MCU的控制在收与发之间转换，C20为控制信号噪声抑制电容；5脚是其与射频天线T1的连接脚，两者之间通过电容C22隔离；U6和U7两个元件均采用+3.3V供电，C21、C27、C28、C29是相应的电源滤波电容。

所述的无线定位追踪器和无线定位终端都包括一个由图7的U5(24C08)构成的EEPROM存储电路，用于保存定位终端的编号、设定的无线模块工作频率和发送功率、信号发送时间间隔等参数，其5、6引脚是IIC接口，经R3、R4上拉后与MCU对接，引脚7由MCU控制作写保护功能，C12是电源去耦电容。

所述的无线定位追踪器和无线定位终端都包括一块锂电池及图8的充电和电源电路，充电电路芯片U3采用TP4056，充电时从J2外接输入+5V直流电源，D2防止输入输入过压，C7滤除输入电源的噪声；充电电流从芯片5脚输出给锂电池，2脚外接的电阻R2设置充电的电流大小；锂电池BT1经电源芯片U4(LM1117-3.3)为其它模块提供所需的+3.3V工作电压，C9～C11是电源滤波电容。

所述的手机APP应用软件可以通过蓝牙通信连接无线定位追踪器，设置其工作参数，接收它获取的无线定位终端位置信息并显示在离线地图上；也可以通过APP软件输入要查询的定位终端编号，通过定位追踪器主动发起查询。

上述的具体实施方式是对本实用新型的精神做举例说明，相关领域的技术人员对本实用新型的电路或结构做不同的修改或采用不同的替代方案，都在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.中远距离定位搜索装置，其特征在于该装置由三部分构成，①无线定位终端，由被搜寻对象携带，内含锂电池及充电电路、电源电路、GPS定位模块、SX1276中远距离无线通信模块、MCU控制器STM32F103及EEPROM存储电路，所述无线定位终端接收无线定位追踪器的即时查询，同时以固定间隔定时向外界发送GPS定位信息；②无线定位追踪器，其电路在所述无线定位终端基础上，增加一个蓝牙模块，SX1276无线通信模块增至两个，其中SX1276无线通信模块1接收所述无线定位终端发送的GPS定位信息并通过蓝牙模块发送给手机，SX1276无线通信模块2实现不同无线定位追踪器之间的互联；所述无线定位追踪器本身的定位坐标由GPS模块提供；③手机APP应用软件，通过该APP及蓝牙通信使手机与所述无线定位追踪器相连，将被搜索对象的位置信息显示在手机地图上，同时也能显示手机自身的坐标位置。

2.根据权利要求1所述的中远距离定位搜索装置，其特征在于所述无线定位追踪器中的SX1276无线通信模块2能使多个无线定位追踪器组成一个复杂的网络，扩大覆盖和使用范围。

3.根据权利要求1或2所述的中远距离定位搜索装置，其特征在于不依赖手机移动基站通信，在任何区域实现大于2公里距离的信号传输和快速精确定位。

4.根据权利要求1或2所述的中远距离定位搜索装置，其特征还在于所述无线定位终端能以两种模式工作：常规模式和紧急模式；在常规模式下，定位终端每次发送完成定位信息后，整个设备在MCU控制器STM32F103的控制下进入低功耗的睡眠模式，此时设备的功耗为数个微安，GPS定位模块功能也处于停止状态，当设定的信号发送时间间隔到，首先唤醒GPS模块，GPS模块获得了卫星定位信号后，再唤醒系统的其它模块，这种工作模式可最大程度节约锂电池电量；在紧急模式下，设备一直处于工作状态，设定的信号发送时间间隔比常规模式短，能更快发送信号，但此时电池的使用时间将缩短。

5.根据权利要求4所述的中远距离定位搜索装置，其特征在于所述的无线定位追踪器中SX1276无线通信模块1和2独立供电，始终处于工作状态，大部分时间用于侦听无线定位终端和其它无线定位追踪器发送的信号；所述定位追踪器的其它模块定时休眠，在两种情况下将被唤醒：①在所述的SX1276通信模块1或2接收到定位终端或追踪器的信号后被唤醒；②通过蓝牙通信接收到手机的查询命令后被唤醒，主动发送查询命令给所述无线定位终端。

6.根据权利要求1所述的中远距离定位搜索装置，其特征在于所述手机APP应用软件有三项功能：①负责设置无线定位追踪器的工作参数；②通过蓝牙通信接收无线定位追踪器接收的终端位置信息并显示在离线地图上；③在APP软件中输入要查询的定位终端编号，通过定位追踪器主动发起对定位终端的查询。

7.根据权利要求1所述的中远距离定位搜索装置，其特征在于其适用于人员的定位搜索，包括旅游团人员、野外探险人员、在外有迷路风险的老人和小孩，还适用于各类自行车和机动车辆的定位搜索。