CN213987774U - 一种混合rssi和aoa定位的蓝牙防丢器 - Google Patents

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宁辉
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杨茜
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Abstract

本实用新型公开了一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，克服了现有技术的采用单个信标设备无法确定信号方向来源的问题，包括移动设备，还包括与移动设备连接的防丢器模块，所述防丢器模块包括蓝牙芯片、加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块，所述加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块均与蓝牙芯片连接，电源管理模块还连接有锂电池。本实用新型周期广播蓝牙信号，与移动设备在距离范围内的蓝牙防丢器模块开启扫描模式，相较于传统的RSSI测距的基础上，融合加入AOA测距算法，多了方向探测功能，减少信标的数量。

Description

一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器
技术领域
本实用新型涉及蓝牙技术领域，尤其是涉及一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器。
背景技术
生活中经常会遇到小物件，如钱包、背包不经意遗留在某处的麻烦，因此用于防止丢失的蓝牙防丢器应运而生。然而目前的蓝牙防丢器以检测RSSI（信号指示强度)的方式判断距离，通过值差估计位置以RSSI（接收信号强度指示）估计设备方向需要安装多个信标，才能估计设备的方向超出距离则报警，但是在实际应用过程中采用单个信标设备，无法确定信号的方向来源。
例如，一种在中国专利文献上公开的“一种基于蓝牙信标的节能告警方法及告警系统”，其公告号CN111192443B，包括：判断采样结果是否超出预先设置的至少一个预警阈值和至少一个告警阈值，如果超出，蓝牙传感器根据预先设置的预警阈值或告警阈值调整自身采样周期和自身广播周期；判断蓝牙信标接收蓝牙传感器调整后的蓝牙广播信号平均接收周期是否不高于或低于蓝牙信标的至少两个平均接收周期，如果蓝牙传感器通过适应性的调整仍不能保证蓝牙信标接收蓝牙传感器的蓝牙广播信号平均接收周期不高于或低于蓝牙信标的至少两个平均接收周期，则蓝牙传感器发起与蓝牙信标连接进行异常告警。但是该方案采用单个蓝牙信标，在实际应用中会导致无法准确的确定信号方向的来源。
发明内容
本实用新型是为了克服现有技术的采用单个信标设备无法确定信号方向来源的问题，提供一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，使得寻物更加方便、准确。
为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，包括移动设备，还包括与移动设备连接的防丢器模块，所述防丢器模块包括蓝牙芯片、加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块，所述加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块均与蓝牙芯片连接，电源管理模块还连接有锂电池。
本实用新型融合了AOA测距，通过天线阵列切换开关实现增加方向探测功能，减少信标数量同时保证确定信号方向来源的功能。
本实用新型移动设备开启广播模式，周期广播蓝牙信号，与移动设备在距离范围内的蓝牙防丢器模块开启扫描模式，天线阵列切换开关板模块的每根天线根据预定的天线切换周期来确认是否工作，天线切换周期与作为发射端的移动设备的发射信号周期相符，即可以看作多根天线“同时”接收到蓝牙信号，作为接收器的蓝牙防丢器模块采用双天线阵列，利用天线接收到信号到达之间的相位差，由蓝牙芯片在估算信号到达角度的基础上计算得到信号的到达方向。
防丢器相邻的所述天线的所述信号馈入点之间的距离不大于1/2的蓝牙波长，则可以保证多根天线接收到的信号在同一个波长周期内。防丢器的蓝牙天线阵列将所接收到的蓝牙信号通过信号馈入点馈入巴伦转换电路，最后变成差分信号进入蓝牙芯片（CC2640R2L），将各个天线的蓝牙信号转化为各天线所接收到的信号相位与信号角度等信号参数，并且利用模块上的加速度传感器，得到防丢器当前的加速度信息，将上述数据统一打包回传给手机。
作为优选，所述天线阵列切换开关模块包括电阻R6、电阻R7、电容C15、电容C16和射频开关芯片U4，电阻R6一端分别与电容C16一端和射频开关芯片U4的V1端连接，电阻R7一端和电容C15一端和射频开关芯片U4的V2端连接，电容C15另一端与电容C16另一端均接地。
作为优选，所述天线阵列切换开关模块包括两个四分之一波偶极子PCB天线，两个天线之间的间隙设置为4.2mm。
两个四分之一波偶极子PCB天线来测量到达角(AOA)，偶极子测量30.8 mm宽，两个天线之间的间隙设置为4.2 mm，四分之一波偶极子在这种设计中需要天线来保证两个天线的相位中心小于一半彼此之间的波长距离，天线的中心距为35毫米，远低于2.4兆赫波长（62.5毫米）的一半。
作为优选，所述电源管理电路包括瞬态抑制二极管D3、二极管D1、电容C3、电容C4、电阻R1电源管理芯片U1和电容C1，电源VBAT分别与瞬态抑制二极管D3一端和二极管D1正极连接，二极管D1负极分别与电容C3一端、电容C4一端、电源管理芯片U1输入端和电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电源管理芯片U1使能端相连接，电源管理芯片U1的输出端通过电容C1接地，瞬态抑制二极管D3另一端、电容C3另一端和电容C4另一端均接地。
作为优选，所述振动报警电路包括电机驱动机，电池BAT，芯片U2，芯片U2的SLEEP作为CRTL引脚端与蓝牙芯片相连接，电池BAT正极与芯片U2的VDD端连接，芯片U2还有电机驱动机两端连接。
移动设备包括手机，手机端界面内设置相应的防丢距离和防丢器的报警方式，包括振动报警、声光报警（蜂鸣器），手机和蓝牙防丢器模块之间的相对距离超出警戒范围，立即双向报警，即此时防丢器模块按照手机预设的方式进行报警，同时手机上也出现相应的报警信息。
作为优选，所述加速传感器电路包括电容C41、电容C42、电阻R49、电阻R36、电阻R37和三轴加速度传感器芯片U10，电源VCC3V3分别与电容C41一端，三轴加速度传感器芯片U10的VDDIO端、三轴加速度传感器芯片U10的ADC2端、三轴加速度传感器U10的VDD端、电容C42一端、电阻R49一端、电阻R36一端和电阻R37一端连接，电阻R49另一端与三轴加速度传感器芯片U10的CS端连接，电阻R37另一端与三轴加速度传感器芯片U10的SDA/SDI/SDO端连接，电阻R36另一端与三轴加速度传感器芯片U10的SCL/SPC端连接，电容C41另一端和电容C42另一端均接地。
由加速度传感器判断防丢器长时间处于静止时，则系统进入低功耗状态，可由手机远程唤醒、模块自身按键、模块运动唤醒。该防丢器模块主要有三种唤醒方式，用于实现模块的低功耗；运动唤醒，当加速度传感器单元检测到位置改变超过预设的阈值时使能低功耗唤醒管脚，使蓝牙模块进入工作状；远程，当天线接收到指定格式的信号时，唤醒内部蓝牙模块，使模块进入工作状态；按键唤醒，长按防丢器上的按键3~4S，由蓝牙芯片内部定时器计时溢出触发模块进入正常工作状态。
作为优选，还包括与天线阵列切换开关模块和蓝牙芯片连接的巴伦电路。
作为优选，所述蓝牙芯片的型号为CC2640R2L。
因此，本实用新型具有如下有益效果：
1. 本实用新型移动设备开启广播模式，周期广播蓝牙信号，与移动设备在距离范围内的蓝牙防丢器模块开启扫描模式，相较于传统的RSSI测距的基础上，融合加入AOA测距算法，多了方向探测功能，减少信标的数量；
2. 传统的MCU加蓝牙模块方案替换为集成度更高的专用蓝牙芯片；
3.本实用新型具有低功耗唤醒功能，加速度传感器判断防丢器长时间处于静止时，则系统进入低功耗状态，可由手机远程唤醒、模块自身按键、模块运动唤醒，该防丢器模块主要有三种唤醒方式，用于实现模块的低功耗；运动唤醒，当加速度传感器单元检测到位置改变超过预设的阈值时使能低功耗唤醒管脚，使蓝牙模块进入工作状态；远程唤醒，当天线接收到指定格式的信号时，唤醒内部蓝牙模块，使模块进入工作状态；按键唤醒，长按防丢器上的按键3~4S，由蓝牙芯片内部定时器计时溢出触发模块进入正常工作状态。
附图说明
图1是本实施例的结构框图。
图2是本实施例天线阵列切换开关模块的电路图。
图3是本实施例电源管理模块的电路图。
图4是本实施例振动报警模块的电路图。
图5是本实施例加速度传感器模块的电路图。
图中：1、移动设备 2、防丢器模块 21、蓝牙芯片 22、加速度传感器模块 23、天线阵列切换开关模块 24、振动报警模块 25、按键LED模块 26、LDO电源管理模块27、巴伦电路。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
本实施例提供了一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，如图1所示，包括移动设备1，还包括与移动设备1连接的防丢器模块2，所述防丢器模块包括蓝牙芯片21、加速传感器模块22、天线阵列切换开关模块23、振动报警模块24、按键LED模块25和LDO电源管理模块26，所述加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块均与蓝牙芯片连接，电源管理模块还连接有锂电池，蓝牙芯片的型号为CC2640R2L，还包括与天线阵列切换开关模块和蓝牙芯片连接的巴伦电路27，蓝牙芯片提供IO控制信号给天线阵列切换开关模块，信号经过巴伦电路模块。
如图2所示，天线阵列切换开关模块包括电阻R6、电阻R7、电容C15、电容C16和射频开关芯片U4，电阻R6一端分别与电容C16一端和射频开关芯片U4的V1端连接，电阻R7一端和电容C15一端和射频开关芯片U4的V2端连接，电容C15另一端与电容C16另一端均接地。
天线阵列切换开关模块包括两个四分之一波偶极子PCB天线，两个天线之间的间隙设置为4.2mm。
两个四分之一波偶极子PCB天线来测量到达角(AOA)，偶极子测量30.8 mm宽，两个天线之间的间隙设置为4.2 mm，四分之一波偶极子在这种设计中需要天线来保证两个天线的相位中心小于一半彼此之间的波长距离，天线的中心距为35毫米，远低于2.4兆赫波长（62.5毫米）的一半。
如图3所示，电源管理电路包括瞬态抑制二极管D3、二极管D1、电容C3、电容C4、电阻R1电源管理芯片U1和电容C1，电源VBAT分别与瞬态抑制二极管D3一端和二极管D1正极连接，二极管D1负极分别与电容C3一端、电容C4一端、电源管理芯片U1输入端和电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电源管理芯片U1使能端相连接，电源管理芯片U1的输出端通过电容C1接地，瞬态抑制二极管D3另一端、电容C3另一端和电容C4另一端均接地。
如图4所示，振动报警电路包括电机驱动机，电池BAT，芯片U2，芯片U2的SLEEP作为CRTL引脚端与蓝牙芯片相连接，电池BAT正极与芯片U2的VDD端连接，芯片U2还有电机驱动机两端连接。
如图5所示，加速传感器电路包括电容C41、电容C42、电阻R49、电阻R36、电阻R37和三轴加速度传感器芯片U10，电源VCC3V3分别与电容C41一端，三轴加速度传感器芯片U10的VDDIO端、三轴加速度传感器芯片U10的ADC2端、三轴加速度传感器U10的VDD端、电容C42一端、电阻R49一端、电阻R36一端和电阻R37一端连接，电阻R49另一端与三轴加速度传感器芯片U10的CS端连接，电阻R37另一端与三轴加速度传感器芯片U10的SDA/SDI/SDO端连接，电阻R36另一端与三轴加速度传感器芯片U10的SCL/SPC端连接，电容C41另一端和电容C42另一端均接地。
本实用新型融合了AOA测距，通过天线阵列切换开关实现增加方向探测功能，减少信标数量同时保证确定信号方向来源的功能。
本实用新型移动设备开启广播模式，周期广播蓝牙信号，与移动设备在距离范围内的蓝牙防丢器模块开启扫描模式，天线阵列切换开关板模块的每根天线根据预定的天线切换周期来确认是否工作，天线切换周期与作为发射端的移动设备的发射信号周期相符，即可以看作多根天线“同时”接收到蓝牙信号，作为接收器的蓝牙防丢器模块采用双天线阵列，利用天线接收到信号到达之间的相位差，由蓝牙芯片在估算信号到达角度的基础上计算得到信号的到达方向。
防丢器相邻的所述天线的所述信号馈入点之间的距离不大于1/2的蓝牙波长，则可以保证多根天线接收到的信号在同一个波长周期内。防丢器的蓝牙天线阵列将所接收到的蓝牙信号通过信号馈入点馈入巴伦转换电路，最后变成差分信号进入蓝牙芯片（CC2640R2L），将各个天线的蓝牙信号转化为各天线所接收到的信号相位与信号角度等信号参数，并且利用模块上的加速度传感器，得到防丢器当前的加速度信息，将上述数据统一打包回传给手机。
移动设备包括手机，手机端界面内设置相应的防丢距离和防丢器的报警方式，包括振动报警、声光报警（蜂鸣器），手机和蓝牙防丢器模块之间的相对距离超出警戒范围，立即双向报警，即此时防丢器模块按照手机预设的方式进行报警，同时手机上也出现相应的报警信息。
由加速度传感器判断防丢器长时间处于静止时，则系统进入低功耗状态，可由手机远程唤醒、模块自身按键、模块运动唤醒，该防丢器模块主要有三种唤醒方式，用于实现模块的低功耗；运动唤醒，当加速度传感器单元检测到位置改变超过预设的阈值时使能低功耗唤醒管脚，使蓝牙模块进入工作状态；远程唤醒，当天线接收到指定格式的信号时，唤醒内部蓝牙模块，使模块进入工作状态；按键唤醒，长按防丢器上的按键3~4S，由蓝牙芯片内部定时器计时溢出触发模块进入正常工作状态。
上述实施例对本实用新型的具体描述，只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质的改进和调整均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，包括移动设备，其特征是，还包括与移动设备连接的防丢器模块，所述防丢器模块包括蓝牙芯片、加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块，所述加速传感器模块、天线阵列切换开关模块、振动报警模块、按键LED模块和LDO电源管理模块均与蓝牙芯片连接，电源管理模块还连接有锂电池。
2.根据权利要求1所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，所述天线阵列切换开关模块包括电阻R6、电阻R7、电容C15、电容C16和射频开关芯片U4，电阻R6一端分别与电容C16一端和射频开关芯片U4的V1端连接，电阻R7一端和电容C15一端和射频开关芯片U4的V2端连接，电容C15另一端与电容C16另一端均接地。
3.根据权利要求2所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，所述天线阵列切换开关模块包括两个四分之一波偶极子PCB天线，两个天线之间的间隙设置为4.2mm。
4.根据权利要求1所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，所述电源管理电路包括瞬态抑制二极管D3、二极管D1、电容C3、电容C4、电阻R1电源管理芯片U1和电容C1，电源VBAT分别与瞬态抑制二极管D3一端和二极管D1正极连接，二极管D1负极分别与电容C3一端、电容C4一端、电源管理芯片U1输入端和电阻R1一端连接，电阻R1另一端与电源管理芯片U1使能端相连接，电源管理芯片U1的输出端通过电容C1接地，瞬态抑制二极管D3另一端、电容C3另一端和电容C4另一端均接地。
5.根据权利要求1所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，所述振动报警模块包括电机驱动机，电池BAT，芯片U2，芯片U2的SLEEP作为CRTL引脚端与蓝牙芯片相连接，电池BAT正极与芯片U2的VDD端连接，芯片U2还有电机驱动机两端连接。
6.根据权利要求1所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，所述加速传感器电路包括电容C41、电容C42、电阻R49、电阻R36、电阻R37和三轴加速度传感器芯片U10，电源VCC3V3分别与电容C41一端，三轴加速度传感器芯片U10的VDDIO端、三轴加速度传感器芯片U10的ADC2端、三轴加速度传感器U10的VDD端、电容C42一端、电阻R49一端、电阻R36一端和电阻R37一端连接，电阻R49另一端与三轴加速度传感器芯片U10的CS端连接，电阻R37另一端与三轴加速度传感器芯片U10的SDA/SDI/SDO端连接，电阻R36另一端与三轴加速度传感器芯片U10的SCL/SPC端连接，电容C41另一端和电容C42另一端均接地。
7.根据权利要求1所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，还包括与天线阵列切换开关模块和蓝牙芯片连接的巴伦电路。
8.根据权利要求1或7所述的一种混合RSSI和AOA定位的蓝牙防丢器，其特征是，所述蓝牙芯片的型号为CC2640R2L。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114025426A (zh) * 2021-12-06 2022-02-08 江南大学 一种联合蓝牙aoa和rssi的室内定位系统

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