一种防走丢蓝牙装置电路的制作方法

1.本实用新型涉及蓝牙装置，具体涉及一种防走丢蓝牙装置电路。


背景技术：

2.目前，在户外探险，也可能会遭遇突发恶劣天气。消散缓慢的晨雾会影响视线，加剧迷路的风险；突来的大风会让体温下降，若再碰到暴雨、暴风、暴雪，人在失温后一个小时内得不到有效的救援，就会生命危险。
3.大多数的探险者并不准确地描述自己的地理位置，加大了搜救的难度。如果采用地毯式搜索，大大增加了搜救人员数量和实施难度，更重要的是被救人员无法长时间等待，影响搜救的成功率。搜救人员自身的安全有时候也无法保证。
4.在空旷的户外环境，gps的精度已经达到10米，但实际环境下的树木会影响gps的搜星个数，进而影响gps定位精度。即使能够正常使用gps，地图上也并没有野外环境的道路，在地图上只能看到一大片绿色的植被，gps无法有效地指导用户到达安全区域，gps导航方案的可用性被大打折扣。
5.在森林迷路之后，手机也成了关键的求生工具，如果手机这时候没电，情况就会变得比较危险。在野外森林里面，有相当大一部分面积没有手机信号覆盖，无法拨打电话求救，只能依靠探险者自救。
6.现有技术的缺点：
7.a、只能通过路牌提示用户危险信息，无法通过手机提示危险警示；
8.b、搜救人员无法准确获知遇险者的地理位置，加大搜救难度；
9.c、手机续航过短，加大危险因素；
10.d、指南针只能指示东西南北方向，但无法生成有效的导航路线图。


技术实现要素：

11.本实用新型针对上述问题，提供一种防走丢蓝牙装置电路。
12.本实用新型采用的技术方案为：一种防走丢蓝牙装置电路，包括nrf2832主控模块、复位电路、sd卡电路、电源模块、充电模块、jtag电路、调试串口、led状态灯及按键电路，nrf2832主控模块分别电性连接复位电路、sd卡电路、电源模块、充电模块、jtag电路、调试串口、led状态灯及按键电路；
13.电源模块分别连接太阳能变压器和电池包，太阳能板连接太阳能变压器，太阳能变压器连接电池包。
14.进一步地，所述充电模块主要包括充电芯片tp5000-qfn16。
15.更进一步地，所述电源模块主要包括电源芯片pam2310。
16.更进一步地，所述sd卡电路主要包括sd卡槽及电路。
17.更进一步地，所述调试串口主要包括串口芯片u4及串口接口j2，串口芯片u4连接串口接口j2。
18.更进一步地，所述复位电路主要包括监控器芯片tps3809k33dbvr及其电路。
19.本实用新型的优点：
20.本实用新型的电路用ibeacon或者蓝牙连接请求的方式，通知探险人员已进入危险区域，要求探险人员离开。
21.收集探险人员手机的蓝牙信号，记录探险人员进入、离开蓝牙装置扫描区域的时间点，为搜救人员制定搜救方案提供基础数据，提高搜救成功概率。
22.可从蓝牙装置下载导航软件，该导航软件能够根据危险区域的实际路况提供导航，更有效地指引用户离开危险区域。
23.蓝牙装置广播的蓝牙广播包里面含有设备id，探险人员把该设备id告知搜救人员，搜救人员通过查找数据库对照表，获知探险人员的具体地理位置。
24.提供便携式折叠太阳能板，解决探险人员手机续航问题。
25.硬件设备简单，稳定性高、维护少，适合长时间使用的场景。
26.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
28.图1是本实用新型实施例的防走丢蓝牙装置电路原理框图。
29.图2是本实用新型实施例的nrf2832主控模块电路图。
30.图3是本实用新型实施例的充电模块电路图。
31.图4是本实用新型实施例的电源模块电路图。
32.图5是本实用新型实施例的sd卡电路图。
33.图6是本实用新型实施例的jtag电路图。
34.图7是本实用新型实施例的调试串口电路图。
35.图8是本实用新型实施例的led状态灯电路图。
36.图9是本实用新型实施例的按键电路图。
37.图10是本实用新型实施例的复位电路图。
具体实施方式
38.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.术语解释：
40.1、beacon：信标（通信术语）。
[0041] 2、ble：低功耗蓝牙（bluetooth low energy）。
[0042] 3、gps：全球定位系统（global positioning system）。
[0043] 4、sd卡：sd存储卡，是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。
[0044] 5、app：application的简写，主要指安装在智能手机上的软件。
[0045]
6、apk：android应用程序包（android application package）。
[0046]
7、ibeacon：苹果公司2013年9月发布的移动设备用os（ios7）上配备的新功能。其工作方式是，配备有 低功耗蓝牙（ble）通信功能的设备使用ble技术向周围发送自己特有的id，接收到该id的应用软件会根据该id采取一些行动。
[0047]
8、rssi：接收的信号强度指示（received signal strength indication）。
[0048]
9、ota：空中下载技术（over-the-air technology）。
[0049] 10、nrf52832：nordic semiconductor公司出产的蓝牙芯片。
[0050]
参考图1至图10
[0051]
nrf52832主控电路中，nrf52832 soc是一款功能强大，高度灵活的超低功耗多协议soc，非常适合低功耗蓝牙。它和普通的单片机如51、stm32等最大的不同就是内部集成了2.4ghz无线电收发器片内外设，由于集成了2.4ghz无线电收发器使它能够支持相关的无线通信协议比如低功耗蓝牙，ant等。nrf52832采用cortex-m4f内容，外围资源丰富，网上资料齐全，成熟案例多。
[0052]
本系统采用nrf52832芯片实现的功能：主动广播beacon数据、扫描周围蓝牙信号、连接蓝牙连接。
[0053]
充电模块中，tp5000是一款开关降压型单节锰锂电池/磷酸铁锂电池充电管理芯片。tp5000内置输入过流、欠压保护、芯片过温保护、短路保护、电池温度监控、电池反接保护。tp5000具有宽输入电压，对电池充电分为涓流预充、恒流、恒压三个阶段，涓流预充电电流、恒流充电电流都通过外部电阻调整，最大充电电流达2a。tp5000内置功率pmosfet、防倒灌电路，所以无需防倒灌肖特基二极管等外围保护。tp5000的恒流功能，也可以用在2串锂电池或4串干电池输入，恒流驱动0.5-7w白光led。
[0054]
太阳能板产生的电压，经过太阳能变压器变压之后，经tp5000对电池进行充电。
[0055]
电源模块中，pam2310是一个降压型，dc-dc转换器，在高负载电流模式中，固定频率pwm保证了静态和瞬时特性。为了保证便携设备的电池寿命，pam2310含有一个省电脉冲频率调试（pfm）模式，它可以在低负载条件下降低开关频率来省电。pam2312工作在输入电压从2.5v到5.5v，因此可以适用单节锂电池，多节碱性、镍电池，usb，和其他常见电源供电。
[0056]
sd卡电路中，sd卡支持sdio、spi两种接口，虽然sdio的读写数据会更加快，但本系统考虑的重点不在读写速度，而是考虑通用性，故本系统采用更加通用的spi接口来控制sd卡。
[0057]
本系统采用sd卡方案的最主要原因：维护简单、成本低。维护的时候，如果要更新apk文件，只需要更换sd卡就可以实现，不需要系统支持在线升级。另外，从成本考虑，sd卡具有容量大、价格低等优点。
[0058]
jtag电路中，jtag的全称是joint test action group，即联合测试行动小组。
[0059]
nrf52832芯片的仿真的硬件接口说明：
[0060]
swdio：jtag:test mode state pin ; swd: data i/o pin 数据线。
[0061]
swclk：jtag: test clock pin ; swd: clock pin 时钟线。
[0062]
swd的主要作用：
[0063]
仿真调试，实现单步调试stm32芯片；
[0064]
烧写固件，把hex代码烧写到stm32芯片。
[0065]
调试串口中，srv05-4是esd静电保护器件，是做静电保护用，主要用在多线路的静电防护，高速信号口作保护。防止人为操作插拔调试串口插座时，人体携带的静电脉冲导致stm32芯片损坏。
[0066]
该电路通常在调试代码时使用。为了商业保密，通常在正式产品中，把调试串口输出禁用。
[0067]
led状态灯的作用分别是：
[0068]
led1：系统在运行过程中，该led状态灯不断闪烁，避免系统出现阻塞而导致的功能失常；
[0069]
led2：用户连接蓝牙装置之后，该led常亮；通常情况下该led熄灭。
[0070]
按键电路中，使用电容、电阻电路进行滤波，配合软件的按键消抖程序处理。
[0071]
本系统采用按键来控制：进入升级模式、进入配置模式。
[0072]
两个按键的作用分别是：
[0073]
btn_cfg：长按该按键，系统进入配置模式，用于设置系统参数；
[0074]
btn_rst：长按该按键，清除所有配置，进入默认参数状态。
[0075]
蓝牙装置一共分成3部分：电源模块、蓝牙模块、应急物资。其中，电源模块的太阳能板、太阳能板变压器、充电电池，这3个部分是独立采购的成品，根据实际场景选择不同尺寸的太阳能板。充电电池也可以根据实际需要选择手机充电宝或者电池包。太阳能板能够连续地为系统提供能量。
[0076]
应急物资包含有：便携式折叠太阳能板、指南针、手电筒，这3者都是另外采购的成品，放在蓝牙装置的箱体里面，和电路无关。也可以根据实际场景对应急物资进行增加、删减，比如增加食物、饮用水等物资。其中便携式折叠太阳能板，能够挂载到用户背包上，在用户移动的过程中，也能够通过太阳能板对设备充电，增加人员自救的成功率。
[0077]
蓝牙模块为本系统真正需要程序控制的软硬件模块。该系统采用nrf52832为主控，nrf52832 soc是一款功能强大，高度灵活的超低功耗多协议soc，非常适合低功耗蓝牙。支持同时作为观察者、从设备两种角色。nrf52832不断地扫描周围的蓝牙广播包，分析周围的蓝牙广播包是否含有特殊字段。与此同时，nrf52832也会不断地向外发送ibeacon蓝牙广播包，当有手机接收到ibeacon广播包时，手机能够弹出危险警示信息。当有用户连接成功之后，nrf52832主控从sd卡里面读取apk文件，并把该文件传输到用户手机，该apk就是一款针对当前地形的导航软件。
[0078]
本系统的最终用户有两类人：探险人员、搜救人员。这两类人都通过手机与本装置的蓝牙模块建立通信。探险人员出现在蓝牙装置附近，探险人员的手机会收到危险通知；当探险人员发现迷路，可以通过手机连接蓝牙装置，获取导航专用app，进而实现自救。当搜救人员来到蓝牙装置附近时，搜救人员的手机能够扫描到蓝牙装置发出的广播包，在该广播包里面包含人员经过的时间点，进而判断是否有探险者经过该区域。如果没有探险者经过该区域，则无需对该区域进行搜救；如果有探险者经过，则核对出现、离开的时间点，进而确认是否为对应的受困人员，为搜救方案提供数据支撑。
[0079]
智能手机都有蓝牙功能，而蓝牙消耗的电量普遍都非常低。一般情况下，大部分人并不会特意关闭蓝牙模块，在这样的前提下，本蓝牙装置可以通过扫描周围蓝牙信号获知是否有探险人员经过。
[0080]
当探险人员携带手机经过蓝牙装置的时候，蓝牙装置能够扫描到探险人员的蓝牙信号，蓝牙装置会记录蓝牙信号出现的时间点，并且通过ibeacon或者蓝牙连接请求的方式，提醒用户已进入危险区域，要求探险人员离开该区域。当探险人员远离蓝牙装置，蓝牙装置记录蓝牙信号消失的时间。蓝牙装置扫描蓝牙广播包的时候，蓝牙装置可以获知蓝牙信号rssi值，把rssi值转换成距离，就可以获知手机与蓝牙装置的距离，为以后搜救方案的制定提供数据基础。
[0081]
当探险人员发现自己迷路了，而与此同时发现手机上有连接请求，用户同意连接请求之后，可以接收到一个导航软件的安装包，用户安装该安装包之后，就可以根据app软件的提示路线行走，有效地帮助用户走出危险区域，重新回到安全区域。蓝牙装置会不断地广播自身蓝牙id，受困人员的手机接收到该蓝牙广播包并解析出蓝牙装置的id。在打电话报警的时候，告知出警人员该蓝牙装置的id，出警人员通过查询数据库，获取到该id对应的具体位置，这样，搜救人员可以直接来到对应蓝牙装置附近寻找受困人员，可以大大提高搜救成功率，避免过多无效的地毯式搜索。
[0082]
该蓝牙装置还配有收纳箱，可以在收纳箱里面放置必备的应急物资，比如：太阳能折叠板、手电筒，甚至可以放置饮用水、食物。增长受困人员的生存时间，为获救争取到宝贵的时间。
[0083]
当探险人员无法准确告知周围蓝牙装置id，搜救人员可以通过查询周围蓝牙装置的历史数据，进而判断是否有人经过，也可以为搜救提供有效数据。具体做法是：搜救人员打开专用app，该app能够不断地发送特定格式的蓝牙广播包，蓝牙装置收到特定的蓝牙广播包之后，蓝牙装置主动连接搜救人员的手机，把之前扫描到的蓝牙广播包的历史记录全部发送给搜救人员，搜救人员根据历史记录判断，被困人员出现和离开的时间点。搜救人员通过被困人员出现、离开的时间点，进一步判断被困人员的行走的路线。
[0084]
本系统采用nrf52832作为中央处理器，蓝牙数据的广播、蓝牙连接都由中央处理器控制。扫描到的蓝牙广播信号，由中央处理器进行解析。蓝牙数据打包模块的参数有：否有人员出现、出现是时间点、离开时间点，把这些参数打包成一个蓝牙广播数据并广播出来，供搜救人员使用。
[0085]
本系统的app安装包存放在sd中，中央处理器通过sd卡驱动模块读取sd卡里面的数据，通过文件系统管理模块把sd卡里面的数据整理为一个文件系统供中央处理器使用。
[0086]
中央处理器运行的固件代码，可以通过空中升级管理模块进行固件升级。应用的是ota空中下载技术，支持在没有物理连接的情况下，对中央处理器的固件进行升级。为了避免升级出错而导致系统无法运行，本系统采用双内存管理技术，只有在升级完成并且校验通过的情况下，才会使用新的固件。如果由于某些因素而导致的系统升级出错，本系统还会继续用之前的版本，采用该方式能有效地避免升级导致的无法运行错误，避免设备变砖。
[0087]
本系统通过充电ic对电池进行充电，充电管理模块管理充电ic的状态。
[0088]
在蓝牙装置的外部装嵌有太阳能板，太阳能板能够为系统提供源源不断的能源。太阳能板的输出电压并不是5v，需要通过太阳能变压器转换电压为5v。经过太阳能变压器转换电压之后，可以直接用于对充电电池供电。
[0089]
太阳能板、太阳能变压器都是采购成品，不需要在电路上增加模块，大大简化电路结构，提高系统整体稳定性。
[0090]
状态指示灯安装在蓝牙装置外部，正常工作情况下，状态指示灯的闪烁频率为：2秒亮、2秒灭。采用状态指示灯，可以方便受困人员找到蓝牙装置箱，帮助受困人员获取到应急救助物资。
[0091]
在某些环境恶劣的场景，可以使用外置天线。外置天线接口使用ipex接口，天线底座还有磁铁，而本蓝牙装置的壳体是铁制品，外置天线可以磁吸在蓝牙装置的顶部。但一般情况下，不需要外接天线，只需采用pcb板载天线就可以满足大部分场景需求。
[0092]
在收纳箱内部可以放置常用救助物资，比如：折叠式太阳能板、手电筒、指南针，还可以放置其他的应急物资，比如：饮用水、药品、食物。
[0093]
本实用新型的蓝牙导航装置电路，通过太阳能板对系统提供能量，配合装置内部的电池解决夜晚、阴雨天气下的供电问题。具有ibeacon提示功能，当用户进入危险区域，手机能够收到ibeacon蓝牙广播包，手机能够自动弹出危险通知。本装置除了能够发送ibeacon通知，还会定时发送蓝牙连接请求，蓝牙连接请求的标题是一个危险警示，以此通知用户切勿进入危险区域。从源头上减少危险的形成。在野外，路牌经常会被树木、蔓藤等植物阻挡，而用户经过路牌的时候大多情况都是比较匆忙，往往无法留意到该路牌，并且路牌经过日晒雨淋之后，上面的字迹会变得模糊不清，故手机能够收到危险警示是非常有必要的。
[0094]
当用户出现迷路，可通过本装置下载专业的导航地图，配合beacon广播包、gps、分段定位，更加有效地指导受困人员走出危险区域。与此同时，该蓝牙装置还配备有应急物资包，应急物资包有：便携式折叠太阳能板、指南针、手电筒，解决用户手机等设备的续航问题。
[0095]
当用户需要求救时，可以通过蓝牙装置发出的beacon蓝牙广播包里面的id，准确获知受困人员的地理位置。并且该装置能够实时记录用户出现、离开的时间点，为搜救人员制定救援方案提供强有力的数据，提高搜救的成功率。
[0096]
本装置的电路从用户警告、用户自行寻找安全出路、救援速度，这3方面考虑，可以有效地避免用户出现迷路的情况，同时在用户出现迷路后能够提供物资、正确逃生路线，大大提高受困人员的生存率。
[0097]
本实用新型的电路用ibeacon或者蓝牙连接请求的方式，通知探险人员已进入危险区域，要求探险人员离开。在危险未发生之前提示警告，减少危险的发生。
[0098]
蓝牙装置不断扫描周围的蓝牙设备，记录每一个经过的探险人员信息。搜救人员能够通过这些历史记录判断人员经过的时间，把没有出现过探险人员信息的区域排除在外，提高搜救效率。
[0099]
蓝牙装置提供更专业的导航软件，该导航软件能够提供更加有效的导航信息，帮助探险人员自救。
[0100]
提供便携式折叠太阳能板、指南针、手电筒等救助物资。
[0101]
户外探险具有一定的危险性，一般会在危险区域的入口增加路标作为警示，但是很多探险者由于某些原因没有留意或者忽视该路标。本系统采用ibeacon通知的方式，把警告信息传输到探险者的手机，并且采用不断发送蓝牙连接请求的方式，警示探险者要离开危险区域，从源头上减少危险的发生。当探险者发现迷路，打求助电话时，周围只有一大片丛林，探险者无法准确描述自身的地理位置，本装置能够不断发送蓝牙广播包，而蓝牙广播
包里面含有设备id，通过告知搜救人员该设备id，搜救人员可以准确地找到探险人员。若探险人员没有办法打电话报警求助，目前的搜救方式只能是地毯式搜山，这样的方式需要大量的人力物力，也会增加搜救人员自身的危险，更重要的是搜山的效率太低，增大受困人员的危险。本装置能够记录周围蓝牙设备出现的时间点，搜救人员通过判断蓝牙设备出现的时间点判断受困人员大体位置，为搜山提供有效的历史数据，提高搜救的成功率。
[0102]
在户外探险，最好的导航方式是gps定位和指南针，这也是大多数探险者必带的两种设备。在空旷的户外环境下，gps的精度已经达到10米，但在野外森林里面根本就没有道路，而gps只有经纬度数据，无法为探险者提供有效的导航信息。本系统提供专用的导航软件，能够针对探险者当前地理位置给出更加详细的导航指引和求生说明。指南针和gps类似，也无法提供更加准确的导航路线。
[0103]
本实用主要保护防走丢蓝牙装置电路地硬件电路图，以使本领域技术人员在此基础上进行进一步的开发。
[0104]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。