一种定位标识卡远距离搜索装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种定位标识卡远距离搜索装置，属于电子通信无线检测设备技术领域。


背景技术：

2.本世纪的二十年代开始，煤矿的人员管理系统由初代的区域定位技术向精确定位技术发展，不但定位技术指标有飞跃提升，其功能也在不断的扩展，为了与智慧化矿山建设的理念相同步，定位系统的标识卡，读卡器(读卡分站)都在技术参数、主要基本功能、防爆等级、应用环境等方面进行了创新升级。
3.携带标识卡的人员是移动的，但是煤矿监控系统的读卡设备(读卡分站)却是固定安装的(一般固定安装于下井通道闸机入口处)，这造成系统功能上存在检测盲区，在某些特定情况下，不能对标识卡进行读卡工作。为了满足市场需求以及煤矿工作实际需要，研制一款高性能的标识卡搜索装置，能够便于携带，人工手持操作并在移动情况下检测井下人员标识卡信号，对于煤矿管理者或者安监人员对井下员工的工况监督检查，以及发生矿难事故之后的人员搜救工作都具有十分重要的意义，尤其重要的，标识卡搜索装置的可精确搜索距离是能否快速、准确、高效识别井下人员标识卡，及时发现、搜救井下遇险人员的关键指标，现有技术的标识卡搜索距离一般小于200米，不能完全满足矿井搜救的需要。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种定位标识卡远距离搜索装置，标识卡搜索装置在移动情况下使用，能远距离、大范围准确检测到人员标识卡信号，识别标识卡与搜索装置的距离。
5.本实用新型的目的通过以下技术方案予以实现：
6.一种定位标识卡远距离搜索装置，包括主mcu控制单元、定位单元、电源单元、存储单元、控制i/o单元、显示单元；所述定位单元包括uwb无线定位模块、天线，所述存储单元包括内部存储器和外部存储器，所述控制i/o单元包括cmos摄像头、按键、麦克风和扬声器，所述显示单元使用oled液晶触摸显示屏；所述cmos摄像头、按键、麦克风、扬声器、oled液晶触摸显示屏、uwb无线定位模块、内部存储器、外部存储器分别与主mcu控制单元连接，所述天线与uwb无线定位模块连接，所述电源单元提供工作电源，电源单元分别与主mcu控制单元、oled液晶触摸显示屏、uwb无线定位模块相连接。
7.所述主mcu为arm处理芯片，型号为stm32f704。
8.所述uwb无线定位模块采用dw1000型无线收发芯片，所述天线采用外置的sma接口(subminiature version a)全向胶棒天线，所述全向胶棒天线通过sma接口与dw1000无线收发芯片的第16脚、17脚相连，dw1000无线收发芯片的第18脚、19脚分别与主mcu的第11脚、12脚通信端连接。
9.本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：
10.前述一种定位标识卡远距离搜索装置，其中sma接口全向胶棒天线长度是100mm，增益为8dbi，接收灵敏度≤-80dbm。
11.前述一种定位标识卡远距离搜索装置，电源单元外接type-c串行充电接口。
12.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
13.区别于传统的有线通信的读卡器(或者读卡分站)固定位置安装，本装置可由人工手持操作使用，本装置可以读取标识卡与搜索装置的距离，以及确认标识卡id信息，为了更快速、准确、高效搜索到井下人员标识卡，本实用新型定位单元采用外置胶棒天线匹配dw1000模块发射功率放大功能，相比现有技术，信号发送接收范围由原来的200m提升至500m以上，扩大了搜索范围，提高了搜索定位效率，对及时发现搜救井下遇险人员起到十分重要的作用。
附图说明
14.图1是硬件功能设计框图；
15.图2是搜索装置结构正视图；
16.图3是搜索装置结构侧视图；
17.图4是搜索装置结构后视图；
18.图5是uwb无线模块电气原理图；
19.图6是uwb无线模块与主mcu连接电气原理图；
20.图2、3、4中：1.外置天线、2.音量按键、3.电源按键、4.外壳、5.外部存储器扩展槽、6.oled液晶屏、7.麦克风、8.扬声器、9.摄像头、10.功能控制键、11.出厂铭牌、12.type-c充电接口。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
22.本实用新型的一种精确定位标识卡远距离搜索装置工作电路结构如图1所示，包括主mcu控制单元、定位单元、电源单元、存储单元、控制i/o单元、显示单元；所述定位单元包括uwb无线定位模块、天线，所述存储单元包括内部存储器和外部存储器，所述控制i/o单元包括cmos摄像头、按键、麦克风和扬声器，所述显示单元使用oled液晶触摸显示屏；所述cmos摄像头、按键、麦克风、扬声器、oled液晶触摸显示屏、uwb无线定位模块、内部存储器、外部存储器分别与主mcu控制单元连接，所述天线与uwb无线定位模块连接，所述电源单元提供工作电源，电源单元分别与主mcu控制单元、oled液晶触摸显示屏、uwb无线定位模块相连接。
23.本实用新型的具体实施例外形结构如图2、3、4所示，其中，1为外置天线，2为音量按键，3为电源按键，4为外壳，5为外部存储器扩展槽，6为oled液晶屏，7为麦克风，8为扬声器，9为摄像头，10为功能控制键，11为出厂铭牌，12为type-c充电接口。
24.本装置电源单元是由可充电蓄电池和type-c串行充电接口组成，提供连续工作时间不低于10h。其中，可充电蓄电池采用单节3.7v/2500mah的锰酸锂电池，尺寸控制在55mm
×
64mm
×
70mm，用卡夫特704硅橡胶将其浇封于电池盒中，电源单元还外接了tpye-c充电端子固定于外壳底部，便于充电。当本搜索装置用于煤矿井下，电源单元使用本安保护电源。
25.存储单位包括了内置存储器和外部扩展存储器，其中内置存储器包括了4gram和64g rom，因为搜索装置是用于工业生产中，数据流不大，所以运算和存储都足够满足日常需求，若由于摄像拍照需要更多的存储器容量时，还可以通过外部存储器扩展接口插入128g的tf卡。
26.显示单元采用了5.7寸oled液晶触摸显示屏,液晶屏除了正常的显示之外，还可进行触摸控制的操作。显示单元能够显示搜寻到的标识卡的数量和卡号，可以显示标识卡的定位距离。
27.控制i/o单元包括cmos摄像头、按键、麦克风和扬声器，对于搜索定位功能的智能终端设备，具备摄像拍照、音频播放功能很有实际使用价值。cmos摄像头规格选用前置800万像素，后置1500万像素，均具有白色补光灯辅助照明。麦克风的拾音孔位于装置下方中间位置。按键包括有音量键、电源键及拍照辅助功能键。扬声器是作为装置音频信号输出设备，扬声器发音孔位于装置的正面上方中间位置。
28.搜索装置的工作电路内置于搜索装置外壳内，其中uwb无线模块电气原理如图5所示；uwb无线模块与主mcu连接电气原理如图6所示。
29.所述主mcu为arm处理芯片，型号为stm32f704。uwb定位单元由dw1000无线收发模块和外置全向胶棒天线组合而成，dw1000无线收发模块的vdd接口接入3.3v ttl供电电源，dw1000第16引脚和第17引脚作为天线信号引入端子，通过sma天线接口与天线连接，天线信号经第16、17引脚引入后输送至dw1000芯片内置的功率放大模块，将天线信号进行功率放大。dw1000芯片通过spi1 mosi/miso输入输出接口(第18、19脚)与图6中主mcu的第11脚、12脚通信连接。为了达到更好的功率放大匹配效果，sma接口全向胶棒天线长度采用100mm，增益为8dbi，接收灵敏度≤-80dbm，结合dw1000芯片的技术性能和外置天线8dbi的增益，增加了信号的发射功率和接收灵敏度，搜索距离变得更远，能够达到500m以上。当天线接收到与协议匹配的信号后，由mcu采用现有的tof飞行时间法计算出信号来源的位置距离。tof飞行时间法主要是采用单向单程测距技术，通过搜索装置和标识卡之间的呼叫与应答信号接收时间差，再乘以无线信号传输速率(等同于光速)，得出标识卡与搜索装置的位置距离信息。由于本实用新型采用dw1000芯片功率放大与外置天线增益匹配技术，增大了天线信号场强，不仅增大了搜索距离，而且实现静态定位误差不超过0.3m，动态定位误差不超过7.3m。
30.图5中的四个d10发光二极管用于电路板内部指示，按照顺序从上到下分别是通信tx指示，通信rx指示，uwb收发数据指示，运行工作状态指示。
31.本实用新型的标识卡搜索装置工作过程如下：
32.搜索装置在开机之后对信号接收能力覆盖范围内的uwb无线信号进行搜寻，当与之协议匹配的信号被识别到后，进行信号握手，握手成功后，搜索装置app程序界面显示出被搜索到的标识卡的信息，包括位置距离、标识卡id编号、人员姓名。搜索装置的存储单位预先存储标识卡信息资源库，与位于井上监控系统的人员精确定位系统的标识卡信息库内容一致，从而保证搜索检测后显示信息的准确可靠。不管标识卡与井上监控系统处于联网状态，还是脱网状态，标识卡都能被本实用新型的便携移动式搜索装置检测到。
33.除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种定位标识卡远距离搜索装置，包括主mcu控制单元、定位单元、电源单元、存储单元、控制i/o单元、显示单元；其特征在于，所述定位单元包括uwb无线定位模块、天线，所述存储单元包括内部存储器和外部存储器，所述控制i/o单元包括cmos摄像头、按键、麦克风和扬声器，所述显示单元使用oled液晶触摸显示屏；所述cmos摄像头、按键、麦克风、扬声器、oled液晶触摸显示屏、uwb无线定位模块、内部存储器、外部存储器分别与主mcu控制单元连接，所述天线与uwb无线定位模块连接，所述电源单元提供工作电源，电源单元分别与主mcu控制单元、oled液晶触摸显示屏、uwb无线定位模块相连接；主mcu的型号为stm32f704，所述uwb无线定位模块采用dw1000型无线收发芯片，所述天线采用外置的sma接口全向胶棒天线，所述全向胶棒天线通过sma接口接入dw1000无线收发芯片的第16脚、17脚，dw1000无线收发芯片的第18脚、19脚分别与主mcu的第11脚、12脚通信端连接。2.如权利要求1所述的一种定位标识卡远距离搜索装置，其特征在于，所述sma接口全向胶棒天线长度是100mm，增益为8dbi，接收灵敏度≤-80dbm。3.如权利要求1所述的一种定位标识卡远距离搜索装置，其特征在于，电源单元外接type-c串行充电接口。

技术总结
本实用新型公开了一种定位标识卡远距离搜索装置，包括主MCU控制单元、定位单元、电源单元、存储单元、控制I/O单元、显示单元；定位单元包括UWB无线定位模块、天线，所述控制I/O单元包括CMOS摄像头、按键、麦克风和扬声器，所述显示单元使用OLED液晶触摸显示屏；所述CMOS摄像头、按键、麦克风、扬声器、OLED液晶触摸显示屏、UWB无线定位模块分别与主MCU控制单元连接，所述天线与UWB无线定位模块连接。本实用新型定位单元采用外置胶棒天线匹配DW1000模块发射功率放大功能，相比现有技术，信号发送接收范围由原来的200m提升至500m以上，扩大了搜索范围。索范围。索范围。


技术研发人员：陈代伟 胡峰平 唐银 钱正峰
受保护的技术使用者：镇江中煤电子有限公司
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/8/8