基于GPS和UWB的防丢失智能皮带扣的制作方法

基于gps和uwb的防丢失智能皮带扣
技术领域
1.本实用新型涉及防丢失定位技术领域，特别涉及一种基于gps和uwb的防丢失智能皮带扣。


背景技术：

2.市面上防止失智老人、智障人士走丢的产品有很多，主要有各种智能手表、智能手环。这些产品主要由sim卡、gps定位芯片、触摸屏、主控芯片、电池及表带结构组成，通过gps定位芯片与卫星的通讯确定位置后，由sim卡的gprs通讯网络将位置上报至对应的电子显示设备，实现防丢失或定位寻找呼救等功能。
3.然而，这些产品存在以下缺点：1、gps精准定位的条件需要在室外、远离大功率无线电发射源、远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，若是处于干扰环境，则定位会产生较大的偏移，造成寻找困难甚至信号消失等情况。2、由于产品需要佩戴在人身上，才能够起到一定的防丢失作用，而对于失智老人、智障人士而言，很容易忘记佩戴或者无意识地搞丢，还有可能因为对产品陌生而不愿意佩戴，使得产品无法起到防丢失功能。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于gps和uwb的防丢失智能皮带扣，可有效监控失智老人/智障人士的位置，防止失智老人/智障人士走失。
5.本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
6.一种基于gps和uwb的防丢失智能皮带扣，所述防丢失智能皮带扣可安装在皮带上，以代替皮带上的原装饰牌，其包括：皮带扣壳体、收容在皮带扣壳体内的主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块和电源模块，电源模块连接主控器、a9g模块和uwb辅助定位模块；
7.a9g模块和uwb定位模块分别连接主控器，主控器通过a9g模块连接gprs网络，并控制a9g模块生成电子栏栅；主控器通过a9g模块或者uwb辅助定位模块获得皮带扣的实时位置信息，并通过gprs网络将皮带扣的实时位置信息上传至云平台，以在位置超出电子栏栅范围时云平台向对应的用户终端设备发送警报。
8.优选的，皮带扣壳体由上盖和底座组装而成，底座在底面凸设有定位部，定位部嵌入皮带上原用于安装装饰牌的穿孔中，定位部再通过螺丝与皮带固定连接。
9.优选的，底座内部设有固定槽，a9g模块的边缘嵌入于固定槽。
10.优选的，主控器采用stm32系列芯片，a9g模块、uwb辅助定位模块和电源模块分别与stm32系列芯片的不同接脚相连接。
11.优选的，uwb辅助定位模块采用dwm1000芯片。
12.优选的，皮带扣壳体设有连通外部的开孔；电源模块包括可充电锂电池、用于连接外部电源的usb连接器和电源管理电路，主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块、可充电锂电池和usb连接器分别连接至电源管理电路，usb连接器相应地设置在开孔的位置。
13.更进一步的，电源管理电路包括充电管理芯片、稳压器、开关、第一电阻、第二电
阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、mos管、充电完成指示灯、充电状态指示灯、接电指示灯；
14.其中，usb连接器的电源引脚连接至充电管理芯片的输入电源电压引脚，以在充电时向充电管理芯片提供vbus电压；输入电源电压引脚通过依次连接的接电指示灯、第五电阻接地，同时还通过第一电容接地，以及连接至稳压器的电压输入端；
15.稳压器的电压输出端连接主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块，用以向这些模块提供稳压后的电压；稳压器的接地端接地；稳压器的电压输入端还分别通过第四电容和第五电容接地，稳压器的电压输出端还分别通过第三电容、第六电容接地；
16.usb连接器的接地引脚连接充电管理芯片的接地引脚和通过第三电阻连接至充电管理芯片的充电电流设定引脚；
17.充电管理芯片的充电完成指示引脚通过第一电阻连接充电完成指示灯的阴极，充电完成指示灯的阳极再连接至第一电容；充电管理芯片的充电状态指示引脚通过第二电阻连接充电状态指示灯的阴极，充电状态指示灯的阳极再连接至第一电容；
18.充电管理芯片的充电电流输出引脚连接至mos管的源极以及通过第四电阻连接开关的动端，开关的不动端接地，mos管的漏极接地，mos管的栅极连接至的动端；该充电电流输出引脚还同时连接至可充电锂电池和通过第二电容接地。
19.更进一步的，外部电源为用户终端设备或者市电，usb连接器通过usb数据线连接用户终端设备的usb接口，或者通过usb充电器连接接入市电的家用开关插座。
20.优选的，云平台为云服务器，用户终端设备为智能手机或已插入sim卡的平板电脑。
21.本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：
22.(1)本实用新型采用皮带扣作为定位防丢失的设备，可直接替代原皮带的装饰牌来安装在皮带上，由于皮带的功能在于扎紧衣裤，避免衣裤因宽松而滑落，是大众常用甚至可以说是必需的物件，相较于手表、手环而言，更能够避免被监护人员遗忘、搞丢以及因不适应而不愿意佩戴。并且，本实用新型皮带扣可以很方便地安装和拆卸，有利于维修和更换。
23.(2)本实用新型皮带扣可通过云平台与用户终端设备相连接，可以实现gps定位、uwb定位以及电子栏栅功能，皮带扣可以向云平台上传位置信息，由云平台判断失智老人/智障人士位置是否超出电子栏栅的范围，在超过的情况下向用户终端设备发送警报，且用户终端设备可以查看位置信息，从而达到预防失智老人/智障人士走失或快速寻找的目的。
24.(3)本实用新型皮带扣同时具有a9g模块、uwb辅助定位模块，在室内没有gps信号或者周围有干扰源使gps信号弱的情况下自动开启uwb室内定位功能，可以弥补gps信号弱而无法定位的不足，确保能够长时间有效快速地定位皮带扣的位置。
附图说明
25.图1是本实用新型皮带扣壳体的示意图。
26.图2是图1皮带扣壳体的侧视图。
27.图3是底座的示意图。
28.图4是主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块和电源模块的连接示意图。
29.图5是电源模块的电路图。
30.图6是主控器和uwb辅助定位模块的电路图。
具体实施方式
31.下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
32.实施例
33.本实施例公开了一种基于gps和uwb的防丢失智能皮带扣100，可直接安装在被监护人员如失智老人、智障人士的皮带上，代替皮带上的原装饰牌，能够起到位置监控，防止被监护人员走失的功能。
34.防丢失智能皮带扣包括：皮带扣壳体、收容在皮带扣壳体内的主控器3、a9g模块4、uwb辅助定位模块5和电源模块6。
35.其中，如图1～图3所示，皮带扣壳体由上盖1和底座2组装而成，上盖和底座可通过螺纹连接的方式固定在一起。底座在底面凸设有定位部21，定位部设有螺丝孔。在安装该皮带扣的时候，只需将皮带上的装饰牌拆除，将定位部嵌入到皮带上原用于安装装饰牌的穿孔中，再将螺丝穿过穿孔并拧入螺丝孔，即可使定位部牢固地安装在皮带上。皮带扣壳体的材质可采用塑胶，有利于皮带扣的轻量化，且也可以避免干扰皮带扣壳体内部电子元件的信号传输。
36.底座内部设有固定槽22，在安装主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块和电源模块时，a9g模块的边缘可以嵌入到固定槽中，从而实现固定在皮带扣壳体内，主控器、uwb辅助定位模块和电源模块则设置在皮带扣壳体内的其他空余空间。
37.如图4所示，a9g模块和uwb定位模块分别连接主控器。在本实施例中，如图6所示，主控器可采用stm32系列芯片，a9g模块、uwb辅助定位模块和电源模块分别与stm32系列芯片的不同接脚相连接。
38.a9g模块可采用市面上已有的a9g模块，该模块可实现gps卫星定位和gprs通信，模块包含有a9g芯片和sim卡，a9g芯片连接stm32系列芯片的i/o引脚，同时也与sim卡相连接。uwb辅助定位模块可采用如图6所示的dwm1000芯片。
39.主控器通过a9g模块连接gprs网络，通过gprs网络从云平台获取电子栏栅的设置范围，从而控制a9g模块生成虚拟的电子栏栅。
40.主控器通过a9g模块生成gps信号与卫星通讯，或者通过uwb辅助定位模块进行直线距离定位来获得皮带扣的实时位置信息，并通过gprs网络将皮带扣的实时位置信息上传至云平台，云平台在位置超出电子栏栅范围时再向对应的用户终端设备发送警报。
41.这里，可设置a9g模块每间隔10s获取一次位置信息，位置信息再在10秒的间隔中分段上报至云平台。
42.云平台可采用云服务器，用户终端设备为智能手机或已插入sim卡的平板电脑。电子栏栅的范围可在用户终端设备上进行设置，具体可以是在用户终端设备所安装的皮带扣控制软件程序上绑定用于接收警报的用户终端设备、在地图上规划电子栏栅的范围、下发相关指令如获取定位，还有查看位置信息等。该软件程序的指令可参见表1。
43.表1
[0044][0045]
电源模块连接主控器、a9g模块和uwb辅助定位模块。具体来说，电源模块包括可充电锂电池、usb连接器usb1和电源管理电路，主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块、可充电锂电池和usb连接器分别连接至电源管理电路。
[0046]
如图4和图5所示，电源管理电路进一步包括充电管理芯片u3、稳压器vr1、开关sw2、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r6、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c6、第四电容c7、第五电容c8、第六电容c9、mos管q1、充电完成指示灯md_led1、充电状态指示灯cd_led1、接电指示灯led
‑
0603_r。
[0047]
usb连接器的电源引脚vbus连接至充电管理芯片u3的输入电源电压引脚vcc，以在充电时向充电管理芯片提供5v的vbus电压。
[0048]
输入电源电压引脚vcc通过依次连接的接电指示灯、第五电阻r6接地。同时，输入电源电压引脚vcc再通过第一电容c1接地，以及连接至稳压器的电压输入端vin，稳压器的电压输出端vout连接主控器、a9g模块、uwb辅助定位模块，用以向这些模块提供稳压后的3.3v电压。
[0049]
稳压器的接地端接地；稳压器的电压输入端还分别通过第四电容c7和第五电容c8接地，稳压器的电压输出端还分别通过第三电容c6、第六电容c9接地。
[0050]
usb连接器的接地引脚连接充电管理芯片u3的接地引脚和通过第三电阻r3连接至充电管理芯片u3的充电电流设定引脚prog。
[0051]
充电管理芯片u3的充电完成指示引脚stdby通过第一电阻r1连接充电完成指示灯md_led1的阴极，充电完成指示灯md_led1的阳极再连接至第一电容c1；充电管理芯片u3的充电状态指示引脚chrg通过第二电阻r2连接充电状态指示灯cd_led1的阴极，充电状态指示灯cd_led1的阳极再连接至第一电容c1。
[0052]
充电管理芯片u3的充电电流输出引脚bat连接至mos管q1的源极以及通过第四电阻r4连接开关sw2的动端，开关sw2的不动端接地，mos管q1的漏极接地，mos管q1的栅极连接至sw2的动端；该充电电流输出引脚还同时连接至可充电锂电池和通过第二电容c2接地。
[0053]
皮带扣壳体设有连通外部的开孔23，usb连接器可相应地设置在开孔的位置，以便usb连接器接入外部电源。
[0054]
当锂电池需要充电时，令usb连接器接入外部电源，开关sw2闭合，usb连接器为充电管理芯片u3的vcc引脚提供vbus电压，接电指示灯led
‑
0603_r变亮，充电管理芯片u3的
bat引脚再向锂电池传输充电电流，以对锂电池进行充电。
[0055]
此时，chrg引脚由原先的高电平，被内部开关拉到低电平，因此在充电的过程中，充电状态指示灯cd_led1导通变亮，若停止充电，则chrg引脚恢复原先的高电平，充电状态指示灯cd_led1不导通，灯熄灭。当电池充电完成时，stdby引脚由原先的高电平，被内部开关拉到低电平，充电完成指示灯md_led1导通变亮。可见，通过接电指示灯led
‑
0603_r可知晓当前是否有接入外部电源，通过cd_led1的亮灭情况即可知晓当前是否正在充电，通过md_led1的亮灭情况即可知晓充电是否完成。
[0056]
外部电源可以是用户终端设备，usb连接器通过usb数据线连接用户终端设备的usb接口，当然，外部电源也可以是220v市电，usb连接器通过usb充电器连接接入市电的家用开关插座。
[0057]
上述防丢失智能皮带扣的使用过程如下：
[0058]
s1、当防丢失智能皮带扣安装在被监护人员的皮带上之后，通过用户终端设备设置电子栏栅的范围以及绑定用于接收警报的电话号码，用户终端设备将该范围和绑定的电话号码上报至云平台；
[0059]
主控器通过a9g模块连接gprs网络，通过gprs网络从云平台获取电子栏栅的设置范围，进而控制a9g模块生成对应的电子栏栅。
[0060]
s2、主控器控制a9g模块生成与卫星通讯的gps信号，然后根据当前位置的gps信号强度判断是否需要室内定位：
[0061]
若gps信号强度较大，满足定位要求，则判定不需要开启室内定位功能，主控器控制uwb辅助定位模块进入休眠状态，由a9g模块通过gps信号来获取实时位置信息。
[0062]
若gps信号强度较弱，不满足定位要求，例如gps信号无法到达当前位置上的皮带扣，两者之间的差距不大于100m，或者当前位置的人和建筑物多、环境复杂，由于难以获取到gps定位信息，因此主控器判定需要开启室内定位功能，主控器控制uwb辅助定位模块进入工作状态，uwb辅助定位模块向环境广播uwb信号，利用uwb信号对皮带扣进行直线距离定位，从而获取皮带扣的实时位置信息，这种定位方式可将定位误差缩小在10cm。
[0063]
当gps信号强度变强，可实现gps定位时，主控器再控制uwb辅助定位模块进入休眠状态，切换成a9g模块进行定位。
[0064]
s3、主控器通过a9g模块的gprs功能与云平台通讯，将获取的实时位置信息上报至云平台，云平台记录该实时位置信息。
[0065]
s4、云平台将实时位置信息与设置的电子栏栅相比较，若实时位置信息超过电子栏栅的范围，则向绑定的电话号码所对应的用户终端设备发送警报，即向用户终端设备发送提醒短信和/或拨打电话。
[0066]
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。