CN208126454U - 一种高性能电子鸽钟 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能电子鸽钟，涉及射频技术领域，该电子鸽钟包括：主控模组、接口主机、射频通信单元、按键单元、显示屏、CAN总线驱动单元、存储单元、电源电路以及射频天线，主控模组基于ARM9平台且包括相连的主控单元和可编程的通讯单元，所述通讯单元与网络平台和控制终端建立通讯连接，主控单元连接接口主机，接口主机分别连接射频通信单元、按键单元、显示屏、CAN总线驱动单元和存储单元，射频通信单元连接射频天线，电源电路为整个系统供电；该电子鸽钟基于网络平台工作，且可以接入多种控制终端，采用CAN总线进行通讯，具有防水性，且能在室外阳光下操作，通讯性能较优且使用便捷度较高。

Description

一种高性能电子鸽钟

技术领域

本实用新型涉及射频技术领域，尤其是一种高性能电子鸽钟。

背景技术

赛鸽比赛是一项集健身、娱乐、休闲、竞赛于一体的世界性体育活动之一，被我国国家体育总局列为群众性全民健身运动项目之一，深受信鸽爱好者的欢迎和喜爱，据中国信鸽协会的不完全统计，全国各地每年举办的赛事项目达三万多场次。电子鸽钟作为一种专门用于赛鸽训练和比赛用的计时设备，其性能的优劣对赛鸽比赛尤为重要。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种高性能电子鸽钟，该高性能电子鸽钟采用主控模组和接口主机双控制芯片的结构，可以接入多种控制终端，且基于网络平台，采用CAN总线进行通讯，具有防水性，且能在室外阳光下操作，通讯性能较优且使用便捷度较高。

本实用新型的技术方案如下：

一种高性能电子鸽钟，该电子鸽钟包括：主控模组、接口主机、射频通信单元、按键单元、显示屏、CAN总线驱动单元、存储单元、电源电路以及射频天线；

主控模组基于ARM9平台，主控模组中包括相连的主控单元和可编程的通讯单元，主控单元通过内置的SIM卡接口连接ESIM卡，通讯单元基于quectel M26芯片，主控模组通过通讯单元与网络平台建立通讯连接，主控模组还通过通讯单元与控制终端建立蓝牙通讯并通过控制终端与网络平台建立通讯连接；

主控单元连接接口主机，接口主机采用STM32系列芯片，接口主机通过内置的I2C接口连接显示屏，显示屏采用132*32点阵式有机发光二极管OLED屏幕；接口主机还通过内置的通用输入/输出GPIO接口连接射频通信单元，射频通信单元基于射频识别RFID电路且在RFID电路的发射端连接有阻抗调整电路、在RFID电路的接收端连接有分压保护电路，射频通信单元连接射频天线并通过射频天线感应各个赛鸽标签，每个赛鸽标签分别设置在赛鸽身上；接口主机还通过内置的GPIO接口连接按键单元，接口主机还通过内置的CAN总线接口连接CAN总线驱动单元，CAN总线驱动单元用于通过CAN通信总线连接外部的鸽棚通道感应板；接口主机还通过内置的安全数字输入/输出SDIO接口连接存储单元；电源电路包括DC-DC电源转换单元以及电源管理单元，DC-DC电源转换单元的输入端连接外部电源接口和CAN总线驱动单元，外部电源接口用于输入12V电压，DC-DC电源转换单元的输出端连接电源管理单元，电源管理单元的输出端分别连接主控模组和接口主机并进行供电。

其进一步的技术方案为，射频通信单元基于HTRC11001T射频芯片，射频天线包括谐振电阻、谐振电感以及谐振电容，谐振电阻、谐振电感以及谐振电容依次串联，该串联电路的两端分别连接HTRC11001T射频芯片的两个发射端，阻抗调整电路包括电容，电容并联在谐振电感两端，分压保护电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，谐振电感与谐振电容的公共端通过分压保护电路连接HTRC11001T射频芯片的接收端。

其进一步的技术方案为，CAN通信总线采用防水接口。

本实用新型的有益技术效果是：

1、本申请公开的高性能电子鸽钟采用主控模组和接口主机双控制芯片的结构，主芯片ARM9负责进行网络通讯，副芯片STM32负责通讯转换和显示控制，整个电子鸽钟具有三个天线，射频天线用于阅读赛鸽标签，GSM/GPRS天线负责和网络平台通讯，蓝牙天线负责和附近的控制终端通讯，各个单元协同工作，整体性能较优。

2、主控模组中采用可编程的GSM/GPRS通讯单元，可以和网络平台进行无缝加密传输数据，使得整个电子鸽钟可以基于网络平台工作，且可以利用GSM/GPRS通讯单元提供的蓝牙功能接入多种控制终端，使用灵活性较高。

3、采用CAN总线与鸽棚通道感应板进行通讯，使得通讯可靠稳定，且CAN通信总线采用防水接口，满足鸽棚通道板在室外日晒雨淋的使用环境，且方便用水冲洗不易毁坏。

4、采用OLED屏进行显示，使得在室外阳光下操作没有障碍。

附图说明

图1是本申请公开的高性能电子鸽钟的电路框图。

图2是本申请公开的电子鸽钟中的可编程的通讯单元的电路图。

图3是本申请公开的电子鸽钟中的显示屏的电路图。

图4是本申请公开的电子鸽钟中的射频通信单元的电路图。

图5是本申请公开的电子鸽钟中的CAN总线驱动单元的电路图。

图6是本申请公开的电子鸽钟中的DC-DC电源转换单元的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种高性能电子鸽钟，请参考图1示出的电路框图，该电子鸽钟包括：主控模组、接口主机、射频通信单元、按键单元、显示屏、CAN总线驱动单元、存储单元、电源电路以及射频天线。

主控模组基于ARM9平台，该主控模组中包括相连的主控单元和可编程的通讯单元。其中，主控单元是ARM9平台中的ARM9处理器，可编程的通讯单元为GSM(Global Systemfor Mobile Communication，全球移动通信系统)/GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)模组，其实际可以由quectel M26芯片和外围电路实现，请参考图2示出的该通讯单元的接口电路图，M26芯片通过10-14引脚连接ESIM(Embedded-SIM，嵌入式SIM卡)，ESIM卡是一种芯片式SIM卡，可以避免日常使用中普通SIM卡接触不良的通病，M26芯片还通过第35引脚RF_ANT脚连接GSM/GPRS天线E2，通讯单元通过该GSM/GPRS天线E2与网络平台建立通讯连接并进行无缝加密传输数据，实际实现时，M26芯片内部的程序是根据网络平台特殊编制的。M26芯片还提供蓝牙通讯功能，M26芯片通过第36引脚BT_ANT脚连接蓝牙天线E1，实际电路中，M26芯片与蓝牙天线E1之间还包括组成电路必要的电阻和电容等器件，本申请不一一赘述，通讯单元通过该蓝牙天线E1与控制终端建立蓝牙通讯，控制终端是诸如手机、平板电脑和计算机之类的具有蓝牙功能的电子设备，当控制终端与网络平台建立有通讯连接时，该通讯单元可以通过控制终端与网络平台建立通讯连接，实现可靠的通讯。

接口主机采用ST公司最新的M3内核的STM32系列芯片，比如接口主机采用STM32F103C8T6芯片，具体芯片型号不做限定。主控单元连接接口主机，具体的，主控单元通过内置的UART接口和GPIO接口连接接口主机相应的接口。接口主机通过内置的I2C接口连接显示屏，显示屏采用132*32点阵式OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)，使得在室外阳光下操作没有障碍，本申请采用型号为SH1106的OLED屏，请参考图3示出的接口电路图，接口形式采用I2C串行结构，同时采用开关电容C82和C83升压的电路结构，使得满足显示屏需要9V电压的供电需求，同时又不增加过多的器件。

接口主机还通过内置的GPIO(General Purpose Input Output，通用输入/输出)接口连接射频通信单元，射频通信单元主要用于进行射频发送、接收以及解码，射频通信单元连接射频天线E3并通过射频天线E3感应各个赛鸽标签，同时，接口主机采用高强度的射频写入加密机制，用于将高强度加密数据通过射频通信单元写入赛鸽标签的加密区域中，从根本上上避免了作弊的可能，每个赛鸽标签分别设置在赛鸽身上。射频通信单元采用NXP公司的专用RFID(Radio Frequency Identification，射频识别技术)电路，主要包括射频芯片以及必要的外围电路，请参考图4示出的射频通信单元的电路图，本申请中射频芯片采用型号为HTRC11001T的芯片U70，射频天线E3采用LC谐振电路的形式实现，也即图4中的谐振电阻RL70、谐振电感L71以及谐振电容C80构成射频天线E3，谐振电感L71即为天线，这个天线既是发射天线也是接收天线，谐振电阻RL70、谐振电感L71以及谐振电容C80依次串联，该串联电路的两端分别连接射频芯片的两个发射端，也即连接HTRC11001T芯片的TX1端和TX2端。同时本申请还结合射频电路里面阻抗变换的思想在现有的RFID电路中加入了阻抗调整电路，阻抗调整电路主要包括并联在电感L71两端的电容C75，电容C75起到阻抗调整作用，使得整个射频通信电路在发射部分能够更加高效，不但能同时兼顾能量发射的要求，也能让整个射频通信电路符合接收要求的品质因子要求。同时，为了避免天线谐振电压超过一般电阻的耐压极限(该耐压极限通常是200V)，本申请的射频通信单元的接收部分还连接有分压保护电路，如图4所示，第一分压电阻R77和第二分压电阻R78串联后形成分压保护电路，谐振电感L71与谐振电容C80的公共端通过该分压保护电路连接HTRC11001T芯片的RX脚，这一分压保护电路可以有效防止接收电路在极为匹配的情况下谐振电压超过200V，从而将芯片U70内部的采样电阻击穿。在工作时，射频通信电路中的天线，也即谐振电感L71通过耦合磁场给在磁场内的赛鸽标签供电，赛鸽标签设置在赛鸽身上，也即目前常用的赛鸽足环，同时通过分析耦合磁场的变化达到通讯的目的，实现了对赛鸽标签的感应。

接口主机还通过内置的GPIO接口连接按键单元，并通过内置的SDIO(SecureDigital Input and Output，安全数字输入/输出)接口连接存储单元，该存储单元通常是大容量Flash(闪存)存储。

接口主机还通过内置的CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线接口连接CAN总线驱动单元，STM32系列的接口主机能够实现所需的CAN总线转换成通用MODBUS、通用USB总线的功能，该CAN总线驱动单元可以实现为一现有的总线驱动器，比如TJA1050T CAN总线驱动器，该CAN总线驱动单元用于将接口电平的CAN数据流转换成国际统一电平的接口，不但起到了CAN驱动作用，同时也完成接口电平从3.3V转换成5V的任务，本申请中的CAN总线驱动单元的电路图请参考图5。CAN总线驱动单元用于通过远距离高性能的CAN通信总线连接外部的鸽棚通道感应板，同时CAN通信总线还采用防水接口，满足鸽棚通道板在室外日晒雨淋的使用环境，且方便用水冲洗不易毁坏，鸽棚通道感应板可以是现有的任意一款感应板，其结构与工作原理本申请不再赘述。采用CAN通信总线进行通信使得数据的实时性更强、容错率更高，而且是国际通用的现场总线，通用性更高，避免了现有电子鸽钟采用RS485总线自动巡检的速度慢和无法即插即用的一系列弊端。

电源电路包括DC-DC电源转换单元以及电源管理单元，本申请中的DC-DC电源转换单元采用MPS公司高性能DC-DC芯片，不但使用效率提高，设备使用时的器件发热情况也较好，并且不但可以满足通讯单元瞬时电流超过3A的要求，还可以满足射频通信单元要求的低纹波的要求，DC-DC电源转换单元的电路图请参考图6。电源管理单元可以采用常用的HIP6301、IS6537或RT9237等芯片。DC-DC电源转换单元的输入端连接外部电源接口和CAN总线驱动单元，外部电源接口用于输入12V外部电源，DC-DC电源转换单元的输出端连接电源管理单元，电源管理单元的输出端分别连接主控模组和接口主机并为其进行供电，在本申请中，电源管理单元为主控模组和接口主机输出5V电压。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高性能电子鸽钟，其特征在于，所述电子鸽钟包括：主控模组、接口主机、射频通信单元、按键单元、显示屏、CAN总线驱动单元、存储单元、电源电路以及射频天线；

所述主控模组基于ARM9平台，所述主控模组中包括相连的主控单元和可编程的通讯单元，所述主控单元通过内置的SIM卡接口连接ESIM卡，所述通讯单元基于quectel M26芯片，所述主控模组通过所述通讯单元与网络平台建立通讯连接，所述主控模组还通过所述通讯单元与控制终端建立蓝牙通讯并通过所述控制终端与网络平台建立通讯连接；

所述主控单元连接所述接口主机，所述接口主机采用STM32系列芯片，所述接口主机通过内置的I2C接口连接所述显示屏，所述显示屏采用132*32点阵式有机发光二极管OLED屏幕；所述接口主机还通过内置的通用输入/输出GPIO接口连接所述射频通信单元，所述射频通信单元基于射频识别RFID电路且在所述RFID电路的发射端连接有阻抗调整电路、在所述RFID电路的接收端连接有分压保护电路，所述射频通信单元连接所述射频天线并通过所述射频天线感应各个赛鸽标签，每个所述赛鸽标签分别设置在赛鸽身上；所述接口主机还通过内置的GPIO接口连接按键单元，所述接口主机还通过内置的CAN总线接口连接所述CAN总线驱动单元，所述CAN总线驱动单元用于通过CAN通信总线连接外部的鸽棚通道感应板；所述接口主机还通过内置的安全数字输入/输出SDIO接口连接所述存储单元；所述电源电路包括DC-DC电源转换单元以及电源管理单元，所述DC-DC电源转换单元的输入端连接外部电源接口和所述CAN总线驱动单元，所述外部电源接口用于输入12V电压，所述DC-DC电源转换单元的输出端连接所述电源管理单元，所述电源管理单元的输出端分别连接所述主控模组和接口主机并进行供电。

2.根据权利要求1所述的高性能电子鸽钟，其特征在于，所述射频通信单元基于HTRC11001T射频芯片，所述射频天线包括谐振电阻、谐振电感以及谐振电容，所述谐振电阻、谐振电感以及谐振电容依次串联，该串联电路的两端分别连接所述HTRC11001T射频芯片的两个发射端，所述阻抗调整电路包括电容，所述电容并联在所述谐振电感两端，所述分压保护电路包括串联的第一分压电阻和第二分压电阻，所述谐振电感与谐振电容的公共端通过所述分压保护电路连接HTRC11001T射频芯片的接收端。

3.根据权利要求1或2所述的高性能电子鸽钟，其特征在于，所述CAN通信总线采用防水接口。