CN207150841U - 基于LoRa的传感定位节点及定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于LoRa的传感定位节点。该基于LoRa的传感定位节点包括，用于数据处理和传送的微控制器，用于检测设备运动状态或静止状态的传感器，LoRa RF模块，天线以及电源模块；所述电源模块与所述微控制器连接，以给所述微控制器供电；所述微控制器与所述传感器连接，以接收所述传感器输出的设备状态信息；所述LoRa RF模块包括SX1278芯片或者SX1276芯片；所述LoRa RF模块的输入端与所述微控制器连接，以接收所述微控制器输出的设备状态信息；所述LoRa RF模块的输出端与所述天线连接，以通过所述天线将所述设备的状态信息发送给服务器。上述基于LoRa的传感定位节点能够判定设备运动或者静止状态的基于LoRa的传感定位节点。本实用新型还提供一种定位系统。

Description

基于LoRa的传感定位节点及定位系统

技术领域

本实用新型涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于LoRa的传感定位节点及定位系统。

背景技术

传统的资产设备管理方式通常依赖于非自动化的系统来记录、追踪进出的资产设备。这种完全由人工实施的管理，由于人为的因素，资产数据录入速度慢、准确率低且效率低下。不仅造成大量的人力资源浪费，并且资产设备的实时位置无法及时全面掌握，容易造成资产设备的流失。

LoRa作为一种基于扩频技术的超远距离无线技术，以较低功耗实现远距离通信，可以使用电池供电或者其他能量收集的方式供电。LoRa主要在全球免费频段运行(即非授权频段)，包括433MHz、868MHz、915MHz等。LoRa网络主要由终端(内置LoRa RF模块)、网关(或称基站)、云服务器和应用服务器四部分组成，应用数据可双向传输。LoRa网络中，单个网关或基站可以覆盖整个城市或数十平方公里范围。LoRa的这些技术特点更适合于低成本大规模的物联网部署。

现有技术中，对资产设备一般采用自动化的定位系统，以提高资产设备的管理效率。但是资产定位系统中，对于资产设备的运动或者静止的状态，判定结果准确度不高，存在比较大的误差。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种能够判定设备运动或者静止状态的基于LoRa的传感定位节点，还提供一种定位系统。

本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种基于LoRa的传感定位节点，包括：用于数据处理和传送的微控制器，用于检测设备运动状态或静止状态的传感器，LoRa RF模块，天线以及电源模块；所述电源模块与所述微控制器连接，以给所述微控制器供电；所述微控制器与所述传感器连接，以接收所述传感器输出的设备状态信息；所述LoRa RF模块包括SX1278芯片或者SX1276芯片；所述LoRaRF模块的输入端与所述微控制器连接，以接收所述微控制器输出的设备状态信息；所述LoRa RF模块的输出端与所述天线连接，以通过所述天线将所述设备的状态信息发送给服务器。

在其中一个实施例中，所述微控制器为STM32L151芯片的微控制器。

在其中一个实施例中，所述传感器的INT1脚与所述微控制器的GPIOA的PA2管脚连接；所述传感器的INT2脚与所述微控制器的GPIOB的PB2管脚连接；所述传感器的INT1脚对应映射所述设备的运动状态；所述传感器的INT2脚对应映射所述设备的静止状态。

在其中一个实施例中，所述天线为工作频率为470MHz的天线。

在其中一个实施例中，所述传感器为重力传感器。

在其中一个实施例中，所述重力传感器为ADXL362芯片的传感器。

在其中一个实施例中，所述微控制器、所述传感器、所述LoRa RF模块、所述天线和所述电源模块集成在同一块PCB板上。

在其中一个实施例中，所述电源模块包括锂电池。

一种定位系统，包括基站和服务器，还包括上述任一实施例所述的基于LoRa的传感定位节点；所述基站接收所述天线发送的设备状态信息；所述服务器接收所述基站发送的设备状态信息。

在其中一个实施例中，所述基站包括通信模块；所述通信模块包括SX1301芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的一实施例中的基于LoRa的传感定位节点的结构框图。

图2是本实用新型提供的一实施例中的微控制器的结构示意图。

图3是本实用新型提供的一实施例中的传感器的结构示意图。

图4是本实用新型提供的一实施例中的天线的结构示意图。

图5是本实用新型提供的一实施例中的电源模块的结构示意图。

图6是本实用新型提供的一实施例中的微控制器的工作流程图。

图7是本实用新型提供的一实施例中的微控制器处理数据的逻辑示意图。

图8是本实用新型提供的一实施例中的TDOA定位技术的示意图。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种基于LoRa的传感定位节点。如图1所示，该传感定位节点包括传感器110、微控制器130、LoRa RF模块150、天线170以及电源模块190。传感器110用于与外部设备连接，以检测设备的运动状态或静止状态。在本实用新型中的实施例中，设备为中等或大型资产设备。

微控制器130与传感定位节点的各个模块及器件连接，用于数据处理和传送。在本实施例中，微控制器130与传感器110电性连接，以读取传感器110中设备的状态信息，也即是设备的运动或静止的状态信息。微控制器130还与电源模块190连接。电源模块190给微控制器130提供工作电能。同时，微控制器130还对电源模块190进行电源管理。

在本实施例中，LoRa RF模块150为基于LoRa传输协议的RF模块。LoRa RF模块150与微控制器130电性连接，以接收微控制器130输出的设备的运动或静止的状态信息。LoRaRF模块150包括SX1278芯片或者SX1276芯片。SX1276芯片和SX1278芯片均为具有新型LoRa扩频技术的RF芯片。两芯片均具有功耗低、容量大、传输距离远及抗干扰能力强的优点。本实施例中采用SX1276芯片或SX1278芯片，其独特的信号调制方式，在野外或空旷的郊区，传感定位节点之间传输距离可以达到15km，甚至更远。并且，SX1276芯片或SX1278芯片属于低功耗芯片，从而使得该传感定位节点可实现远距离低功耗传输。

LoRa RF模块150还与天线170电性连接。LoRa RF模块150通过天线170将设备的运动状态或者静止状态的状态信息发送给基站，并通过基站发送给服务器，以通过服务器监测到设备的状态。

上述基于LoRa的传感定位节点，传感器110将检测到的设备的运动或静止的状态信息发送给微控制器130，微控制器130对传感器110输出的设备状态信息进行处理后，输出给LoRa RF模块150。LoRa RF模块150对微控制器130输出的设备的状态信息进行处理后，通过天线170发送到服务器。通过服务器可得到设备运动或者静止的状态信息。另外，本基于LoRa的传感定位节点采用LoRa RF模块150对设备状态信息进行通信传输，与传统的采用蓝牙追踪技术相比，提高了传输距离范围。LoRa RF模块150采用SX1278芯片或者SX1276芯片，与基于GSM通信传输的定位追踪设备或者基于GPS设备的定位追踪设备相比，降低了传输功耗。

在本实施例中，传感器130为重力传感器。重力传感器为STM32L151芯片的重力传感器。微控制器为STM32L151芯片的微控制器。STM32L151芯片属于低功耗芯片，可降低传感定位节点的功耗。天线170为工作频率为470MHz的天线，该频率在国内是可合法使用的频段。电源模块190采用锂电池进行供电，能够供传感定位节点长时间使用。

本实施例中的基于LoRa的传感定位节点将STM32L151微控制器、ADXL362重力传感器、SX1276LoRa RF模块、电源模块以及天线集成到一块PCB板上，总体的大小为27*20mm。在本实施例中，微控制器130的内部结构图如图2所示。传感器110的结构示意图如图3所示。天线170的结构示意图如图4所示。电源模块190的结构示意图如图5所示。

作为一个实施方式，微控制器130、传感器110、电源模块190设置PCB板的上面。LoRa RF模块150设置在PCB板的下面。LoRa RF模块150设置有两个导通的朝下天线插口和朝外天线插口。天线170包括外置的鞭状天线和固设在PCB下面的环形天线。在发射小功率信号时，通过朝下天线插口把环形天线与LoRa RF模块150连接。在发射大功率信号时，通过朝外天线插口把鞭状天线与LoRa RF模块150连接。LoRa RF模块150设置在PCB板下面、环形天线固设在PCB下面，且LoRa RF模块150设置有两个导通的朝下天线插口和朝外天线插口的结构，可根据发射功率选择天线，降低功耗与干扰，满足不同场景使用。

在本实施例中，ADXL362重力传感器的SPI接口与STM32L151微控制器相连接。STM32L151微控制器初始化后，读取ADXL362重力传感器的关于设备状态(运动或静止的状态)数据。具体地，ADXL362重力传感器的INT1脚与STM32L151微控制器的GPIOA的PA2管脚连接。ADXL362重力传感器的INT2脚与STM32L151微控制器的GPIOB的PB2管脚连接。ADXL362重力传感器的INT1脚映射设备的运动状态，ADXL362重力传感器的INT2脚映射设备的静止状态。通过设定ADXL362重力传感器运动阈值、静止阈值和持续时间判定传感器是否处于运动或者静止的状态，进而可以得知设备的运动或者静止情况，从而判断设备是否被移动。

在本实施例中，STM32L151微控制器的工作流程如图6所示。微控制器获取传感器中的数据流程如图7所示。

本实用新型还提供一种定位系统。一种定位系统包括基站和服务器，还包括上述任一实施例所述的基于LoRa的传感定位节点。基站包括通信模块。通信模块包括SX1301芯片。同时通信模块配有外围电路和网络。

基站接收天线170发送的设备的状态信息。服务器接收基站发送的设备的状态信息。服务器后台可以看到上传的设备的状态信息数据。在本实用新型中，可以以特殊的标记符号来说明传感定位节点中设备处于静止或者运动的状态，并将该状态以数字的形式展现给管理者，以便于管理者简单明确地获得设备的状态信息。

该定位系统采用的定位技术是基于到达时间差TDOA(Time difference ofArrival)的定位技术。TDOA利用时间差进行定位，通过测量信号到达监测基站的时间，进而确定信号源既传感定位节点的距离。利用信号源到多个监测基站的距离(以监测基站为中心，距离为半径作圆)，就能够确定信号源既传感定位节点相对于监测基站的位置。通过比较信号到达多个基站的时间差，就能够做出以基站为焦点、距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。如图8所示，S和S1即为信号的位置，也即是传感定位节点的位置。

TDOA是基于多站点的定位系统，使用该定位方法对信号进行定位必须有至少3个以上的基站进行同时测量。本实用新型中采用5个基站对信号进行测量，其中一个基站作为备用基站。

上述定位系统，利用LoRa低功耗广域网络技术的长距离传输来提高传感定位节点的可用定位范围，通过LoRa低功耗广域网络技术来保证传感定位节点定位的长时间使用。通过传感器获得传感定位节点中设备的状态，利用该传感器的运动和触发功能获得所需定位的设备被移动引起的运动状态或者静止的状态。

本文中较多地使用了类似微控制器，用于检测设备运动状态或静止状态的传感器,LoRa RF模块,天线以及电源模块等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用以上术语仅仅是为了能够更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型主旨相违背的。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，包括：用于数据处理和传送的微控制器，用于检测设备运动状态或静止状态的传感器，LoRa RF模块，天线以及电源模块；

所述电源模块与所述微控制器连接，以给所述微控制器供电；

所述微控制器与所述传感器连接，以接收所述传感器输出的设备状态信息；

所述LoRa RF模块包括SX1278芯片或者SX1276芯片；所述LoRa RF模块的输入端与所述微控制器连接，以接收所述微控制器输出的设备状态信息；所述LoRa RF模块的输出端与所述天线连接，以通过所述天线将所述设备的状态信息发送给服务器。

2.根据权利要求1所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述微控制器为STM32L151芯片的微控制器。

3.根据权利要求2所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述传感器的INT1脚与所述微控制器的GPIOA的PA2管脚连接；所述传感器的INT2脚与所述微控制器的GPIOB的PB2管脚连接；所述传感器的INT1脚对应映射所述设备的运动状态；所述传感器的INT2脚对应映射所述设备的静止状态。

4.根据权利要求1所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述天线为工作频率为470MHz的天线。

5.根据权利要求1所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述传感器为重力传感器。

6.根据权利要求5所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述重力传感器为ADXL362芯片的传感器。

7.根据权利要求1所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述微控制器、所述传感器、所述LoRa RF模块、所述天线和所述电源模块集成在同一块PCB板上。

8.根据权利要求1所述的基于LoRa的传感定位节点，其特征在于，所述电源模块包括锂电池。

9.一种定位系统，包括基站和服务器，其特征在于，还包括上述权利要求1-8任一项所述的基于LoRa的传感定位节点；所述基站接收所述天线发送的设备状态信息；所述服务器接收所述基站发送的设备状态信息。

10.根据权利要求9所述的定位系统，其特征在于，所述基站包括通信模块；所述通信模块包括SX1301芯片。