CN209446774U - 一种基于uwb高精度定位的儿童书包 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及书包技术领域，尤其为一种基于UWB高精度定位的儿童书包，包括书包、控制主板、双功能定位模块以及锂电池，所述控制主板通信连接双功能定位模块，所述双功能定位模块连接通信模块，所述通信模块与UWB定位基站通信连接，该UWB定位基站通信连接至后台服务器，所述双功能定位模块包括UWB定位芯片和GPS芯片，所述锂电池电性连接至控制主板，所述控制主板还连接有天线以及LED状态灯，所述控制主板、双功能定位模块以及锂电池设置在书包内预留的夹层内，所述天线以及LED状态灯安装设置在书包背部或两侧的包体上。本实用新型，采用UWB+GPS同时定位，解决GPS不能室内定位的问题，而且可以根据位置进行切换，室内室外自动转换。

Description

一种基于UWB高精度定位的儿童书包

技术领域

本实用新型涉及书包技术领域，具体为一种基于UWB高精度定位的儿童书包。

背景技术

儿童丢失以及幼儿园安全问题日益严重，如何解决儿童位置信息的实时获取，平安校园目前成为政府和学校以及家长所关心问题。现有技术中，定位书包一般采用GPS定位，而然GPS不能室内定位的问题，也无法可以根据位置进行切换，室内室外自动转换。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于UWB高精度定位的儿童书包，以解决上述背景技术中提出的问题。该基于UWB高精度定位的儿童书包，采用UWB+GPS同时定位，解决GPS不能室内定位的问题，而且可以根据位置进行切换，室内室外自动转换。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于UWB高精度定位的儿童书包，包括书包、控制主板、双功能定位模块以及锂电池，所述控制主板通信连接双功能定位模块，所述双功能定位模块连接通信模块，所述通信模块与UWB定位基站通信连接，该UWB定位基站通信连接至后台服务器，所述双功能定位模块包括UWB定位芯片和GPS芯片，所述锂电池电性连接至控制主板，所述控制主板还连接有天线以及LED状态灯，所述控制主板、双功能定位模块以及锂电池设置在书包内预留的夹层内，所述天线以及LED状态灯安装设置在书包背部或两侧的包体上。

进一步的，所述锂电池通过压降模块与控制主板电性连接。

进一步的，还包括NFC门禁卡以及报警按钮，该NFC门禁卡设置在书包内预留的夹层内，且与控制主板通信连接，所述报警按钮位于书包两侧的兜内，且与控制主板连接。

进一步的，还包括显示屏，该显示屏与控制主板连接。

进一步的，还包括光伏薄膜，该光伏薄膜设置在书包的背部，且通过逆变模块连接至锂电池，该逆变模块还与压降模块连接。

进一步的，所述控制主板基于STM32F103C8芯片，所述UWB定位芯片采用DWM1000芯片，GPS芯片采用GS-87模块，所述通信模块为GSM模块或数据通信模块DCM。

进一步的，所述压降模块采用LM2596模块，所述逆变模块采用超宽电压电源模块PE-12V-B4。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

采用UWB+GPS同时定位，解决GPS不能室内定位的问题，而且可以根据位置进行切换，室内室外自动转换。而且与蓝牙和WIFI相比，UWB高精度定位书包的精度可以达到10cm，远远超过目前使用技术。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型原理框图。

图3为儿童使本实用新型用的书包与UWB定位基站通信示意图。

图4为本实用新型UWB定位芯片原理图。

图5为本实用新型DWM1000芯片核心控制引脚功能定义图；

图6为本实用新型控制主板的原理图。

图中：1-书包、2-控制主板、3-双功能定位模块、4-UWB定位芯片、5-GPS芯片、6-锂电池、7-压降模块、8-天线、9-LED状态灯、10-NFC门禁卡、11-光伏薄膜、12-逆变模块、13-显示屏、14-通信模块、15-报警按钮。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上/下端”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置/套设有”、“套接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-6，本实用新型提供一种技术方案：

一种基于UWB高精度定位的儿童书包，包括书包1、控制主板2、双功能定位模块3以及锂电池6，所述控制主板2通信连接双功能定位模块3，所述双功能定位模块3连接通信模块14，所述通信模块14与UWB定位基站通信连接，该UWB定位基站通信连接至后台服务器，所述双功能定位模块3包括UWB定位芯片4和GPS芯片5，所述锂电池6电性连接至控制主板2，所述控制主板2还连接有天线8以及LED状态灯9，所述控制主板2、双功能定位模块3以及锂电池6设置在书包1内预留的夹层内，所述天线8以及LED状态灯9安装设置在书包1背部或两侧的包体上。

所述锂电池6通过压降模块7与控制主板2电性连接。

还包括NFC门禁卡10以及报警按钮15，该NFC门禁卡10设置在书包1内预留的夹层内，且与控制主板2通信连接，所述报警按钮15位于书包1两侧的兜内，且与控制主板2连接。

还包括显示屏13，该显示屏与控制主板2连接。

还包括光伏薄膜11，该光伏薄膜11设置在书包1的背部，且通过逆变模块12连接至锂电池6，该逆变模块12还与压降模块7连接。

所述控制主板2基于STM32F103C8芯片，所述UWB定位芯片4采用DWM1000芯片，GPS芯片5采用GS-87模块，所述通信模块14为GSM模块或数据通信模块DCM。

所述压降模块7采用LM2596模块，所述逆变模块12采用超宽电压电源模块PE-12V-B4。

本实用新型，控制主板2、双功能定位模块3以及锂电池6设置在书包1内预留的夹层内，便于隐藏，天线8以及LED状态灯9安装设置在书包1背部或两侧的包体上，通过天线8使控制主板2接收信号，以便通过通信模块14UWB定位基站通信连接，然后与后台服务器实施通信，儿童在背上书包1，锂电池6通过压降模块7将电压调节到控制主板2所需电压，然后使其工作，由于采用了NFC门禁卡10，儿童在进入校园或者家里小区时，门禁的读卡器读取NFC门禁卡10的信号，匹配后可以打开门禁；由于采用了光伏薄膜11，正常天气下，在儿童使用的过程中，可以通过光伏薄膜11发电，然后为锂电池6储电或者在锂电池6电量耗尽或过低时，直接为控制主板2供电；由于采用了报警按钮15，在儿童遇到危险时，可以通过按下报警按钮15，触发报警信号，通过控制主板2发出告警信号，然后UWB定位基站接收，送到后台服务器；由于采用了显示屏，儿童拿出显示屏，家长可以实时通过手机或PC电脑与儿童实时视频通话；由于采用了双功能定位模块3，UWB定位芯片4和GPS芯片5，采用UWB+GPS同时定位，解决GPS不能室内定位的问题，而且可以根据位置进行切换，室内室外自动转换。

本实用新型，如图4所示，整体结构需要安装4个基站，即三个UWB定位基站和一个UWB定位主基站，儿童的书包1定位信息发送给定位基站，基站获取后传输给后台服务器。

本实用新型，控制主板2：STM32F103C8，UWB定位芯片4：DWM1000，通信频段：3.5G-6.5GHZ，发射功率：-35dbm/MHZ～-62dbm/MHZ可程控，最大包长：1023字节，通讯距离：＞300m(无遮挡)。

本实用新型，STM32F103C8为主控制器，使用DWM1000模块进行定位通信，使用TOF算法测得两模块之间的距离。由一个标签(UWB定位主基站)和三个基站(UWB定位基站)组成，在标签分别得到三个基站的距离后，通过三边定位用最小二乘法求解得到坐标。

本实用新型，UWB定位芯片4采用DWM1000模块，可以通过控制相关寄存器实现工作状态的切换；采用SPI总线与主控芯片接口，速率最高达20MHz；具有很好的抗多径干扰能力，非常适合室内复杂环境的定位应用。DWM1000模块由收发器、模式变换器、状态控制器、SPI接口电路组成，其原理图如图4所示。DWM1000模块核心控制引脚有CS、SI、SO、SCLK，功能定义如图5所列，这里DWM1000模块为从设备，STM32F103C8为主设备。

本实用新型，控制主板2采用STM32F103C8芯片，工作频率为72MHz；具有36个快速I/O端口，所有I/O口均可以映像到16个外部中断；配置有3个USART接口、1个CAN总线接口、2个I2C接口、2个SPI接口、2个I2S接口、1个USB接口；拥有2个12位模/数转换器，可以实现单次或者多次扫描转换；内部包含8个16位的定时器；采用LQFP48封装，具有体积小、易于集成的优势。这里采用STM32F103C8的SPI总线接口实现对DWM1000模块的控制，控制主板2的原理图如图6所示。其中CS、SCLK、SO、SI为STM32F103C8的SPI数据总线；SW1、SW2、SW3、SW4为拨码输入，设置UWB定位模块的节点号；RXD、TXD用来实现外接无线模块，实现与上位机的无线通信；CAN＿TX、CAN＿RX为STM32F103C8的CAN总线接口，用来实现板级互联；SWCLK、SWDIO用来实现控制程序的SWD方式下载。

本实用新型，软件采用的开发平台为Keil公司的Keil5，STM32F103C8采用SPI总线控制UWB定位芯片4：DWM1000，主要软件模块有串口通信模块、SPI通信模块、时针模块、中断模块、定时器模块。STM32F103C8控制UWB定位芯片4的SPI控制时序：通过SPI时钟极性(CPOL)和时钟相位(CPHA)，STM32F103C8可以实现4种SPI模式。时钟极性CPO＝0时，SCLK在空闲状态为低电平；时钟极性CPO＝1时，SCLK在空闲状态为高电平。CPHA＝0，在每个周期的第一个时钟沿采样，CPHA＝1，在每个周期的第二个时钟沿采样。

本实用新型，书包1增加功能包括太阳能供电，一键报警，实时轨迹跟踪，视频联动，门禁系统联动等功能。

本实用新型，采用UWB+GPS同时定位，解决GPS不能室内定位的问题，而且可以根据位置进行切换，室内室外自动转换。而且与蓝牙和WIFI相比，UWB高精度定位书包的精度可以达到10cm，远远超过目前使用技术。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种基于UWB高精度定位的儿童书包，包括书包(1)、控制主板(2)、双功能定位模块(3)以及锂电池(6)，其特征在于：所述控制主板(2)通信连接双功能定位模块(3)，所述双功能定位模块(3)连接通信模块(14)，所述通信模块(14)与UWB定位基站通信连接，该UWB定位基站通信连接至后台服务器，所述双功能定位模块(3)包括UWB定位芯片(4)和GPS芯片(5)，所述锂电池(6)电性连接至控制主板(2)，所述控制主板(2)还连接有天线(8)以及LED状态灯(9)，所述控制主板(2)、双功能定位模块(3)以及锂电池(6)设置在书包(1)内预留的夹层内，所述天线(8)以及LED状态灯(9)安装设置在书包(1)背部或两侧的包体上。

2.根据权利要求1所述的一种基于UWB高精度定位的儿童书包，其特征在于：所述锂电池(6)通过压降模块(7)与控制主板(2)电性连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于UWB高精度定位的儿童书包，其特征在于：还包括NFC门禁卡(10)以及报警按钮(15)，该NFC门禁卡(10)设置在书包(1)内预留的夹层内，且与控制主板(2)通信连接，所述报警按钮(15)位于书包(1)两侧的兜内，且与控制主板(2)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于UWB高精度定位的儿童书包，其特征在于：还包括显示屏(13)，该显示屏与控制主板(2)连接。

5.根据权利要求2所述的一种基于UWB高精度定位的儿童书包，其特征在于：还包括光伏薄膜(11)，该光伏薄膜(11)设置在书包(1)的背部，且通过逆变模块(12)连接至锂电池(6)，该逆变模块(12)还与压降模块(7)连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于UWB高精度定位的儿童书包，其特征在于：所述控制主板(2)基于STM32F103C8芯片，所述UWB定位芯片(4)采用DWM1000芯片，GPS芯片(5)采用GS-87模块，所述通信模块(14)为GSM模块或数据通信模块DCM。

7.根据权利要求5所述的一种基于UWB高精度定位的儿童书包，其特征在于：所述压降模块(7)采用LM2596模块，所述逆变模块(12)采用超宽电压电源模块PE-12V-B4。