基于UWB定位的电子学生卡及定位装置的制作方法

基于uwb定位的电子学生卡及定位装置
技术领域：
1.本实用新型涉及电子学生证制造技术领域，具体的说是一种能够克服现有校园使用环境下无wifi信号、gps信号定位精度低的缺陷的一种基于uwb定位的电子学生卡及定位装置。


背景技术：

2.近些年来，学生在各种意外伤害中遭遇不幸的事件屡见不鲜。孩子是未来，是希望，他们能否安全地生活、健康地成长，直接关系到教育的成败、家庭的幸福和国家兴衰。因此，小学生的安全问题一直为学校、家庭和社会所关注。为了保障学生的安全，对学生的位置定位逐渐有了新的需求。
3.随着智慧校园产品的不断推广，电子学生卡终端、学生卡、校园话机等电子产品在校园的应用越来越普及，特别随着教育部门明确要求学生不能带手机产品进校规定的实施，学生卡产品成为学校及家长的主要选择，现有的电子学生卡一般采用gps定位或wifi定位，但是在校园内建筑物比较密集，导致gps定位精度低，且容易受到干扰，定位稳定性差，而且校园内一般无wifi信号，导致现有此类产品在使用时普遍存在以下问题：(1)不能准确确认学生是否进入校园，是否走进教室；(2)在校期间，不能有效地监控学生在校园的位置，不能万无一失地保证学生的校园安全；(3)家长接送学生放学时，不能确认学生是否走出教室、走出校园，造成校园门口拥堵的问题。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本实用新型提供一种能够克服现有校园使用环境下无wifi信号、gps信号定位精度低的缺陷的一种基于uwb定位的电子学生卡及定位装置。
5.本实用新型通过以下措施达到：
6.一种基于uwb定位的电子学生卡，设有学生卡壳体，壳体由相扣合的上盖和底座组成，壳体内设有主控制器mcu和电源电路，其特征在于，壳体内还设有uwb定位电路，所述uwb定位电路中设有用于接收uwb信号的uwb芯片和uwb天线，所述uwb天线经巴伦馈电转换器与uwb芯片相连接。
7.本实用新型所述主控制器采用型号为asr3603的芯片，所述uwb定位电路中采用的uwb芯片为qorvo dw系列芯片或gt1000芯片中任一种芯片，uwb芯片通过spi接口与电子学生卡的主控制器asr3603连接。
8.本实用新型所述uwb定位电路中uwb芯片选用qorvo dw1000时，其中uwb定位芯片dw1000的spi接口的时钟信号spi_clk(41脚)与主控制器asr3603的spi时钟信号spi_clk连接，spi数据输出引脚spi_miso(40脚)与主控制器asr3603的spi数据输入引脚spi_miso连接，spi数据输入引脚spi_mosi(39脚)与主控制器asr3603的spi数据输出引脚spi_mosi连接；spi片选使能信号引脚spi_cs(24脚)与主控制器asr3603的spi片选引脚与spi_cs连接，中断请求信号引脚dw_irq(45脚)与主控制器asr3603的gpio引脚连接，复位信号引脚dw_
rst(27脚)主控制器asr3603的gpio引脚连接。
9.本实用新型所述uwb定位电路中uwb芯片的无线射频接口(rf interface)为差分接口，uwb天线为rf天线，在uwb天线与uwb芯片的无线射频接口之间接入巴伦转换器，即平衡-不平衡转换器，通过匹配输入转化为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接，可使差分/单端信令兼容，进行阻抗转换匹配，进一步，uwb天线(uwb-ant)的1脚与gnd相连，2脚与巴伦转换器balun的1脚相连，巴伦转换器balun的2脚、5脚与gnd连接，巴伦转换器balun的3脚串联一个12pf的贴片电容后与uwb定位芯片dw1000的rf_n(17脚)连接，巴伦转换器balun的4脚串联一个12pf的贴片电容后与uwb定位芯片dw1000的rf_p(16脚)连接。
10.本实用新型还设有与主控制器mcu相连的usb接口电路，并对应在壳体上开设usb槽口。
11.本实用新型所述上盖上设有液晶显示屏、麦克风固定窗口、扬声器固定窗口以及按键固定窗口，空腔内还设有分别与主控制器mcu相连的喇叭、操作按键、扬声器、无线通信电路，所述无线通信电路采用4g移动通信电路。
12.本实用新型还提出了一种基于uwb定位的校园定位装置，其特征在于，包括上位机、两个以上uwb基站以及至少一个如上所述基于uwb定位的电子学生卡，所述uwb基站发送uwb信号，所述电子学生卡中的uwb芯片经uwb天线接收uwb信号，所述电子学生卡与上位机经无线通信电路实现数据联通。
13.本实用新型在工作时，位于应用场景内的uwb基站持续发送uwb信号，电子学生卡中的uwb定位电路中的uwb芯片将接收的uwb信号经电子学生卡中无线通信电路再次发送至上位机，所述无线通信电路采用4g移动通信电路，上位机对接收的信号进行处理后获得当前电子学生卡的位置信息，上位机还与其他移动用户终端经移动通信电路建立数据连接，其他用户终端通过移动通信电路可以获得上位机内存储的当前电子学生卡的位置信息。
14.本实用新型与现有技术相比，能够实现准确地监测学生进入校园内以及在校园的具体位置，能够确保孩子安全地进入校园，具有结构合理、定位可靠等显著的优点。
附图说明：
15.附图1是本实用新型中基于uwb定位的电子学生卡的原理框图。
16.附图2是本实用新型电子学生卡中主控制器mcu与uwb芯片的一种连接原理图。
17.附图3是本实用新型电子学生卡中uwb芯片与巴伦转换器的连接原理图。
18.附图4是本实用新型实施例1的原理框图。
19.附图5是本实用新型实施例2中近电感应电路的结构示意图。
20.附图6是本实用新型实施例3的原理框图。
21.附图7是本实用新型壳体结构示意图，其中图7(a)是壳体上盖结构示意图，图7(b)是壳体底座结构示意图。
22.附图8是本实用新型中无线通信电路采用4g无线通信电路的原理图。
23.附图标记：主控制器1、电源电路2、uwb定位电路3、uwb芯片4、uwb天线5、巴伦转换器6、上盖7、底座8、近场通信电路9、超级sim卡10、加密电路11、上位机12、uwb基站13、电子学生卡14。
具体实施方式：
24.下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的说明。
25.如附图1所示，本实用新型提出了一种基于uwb定位的电子学生卡，设有学生卡壳体，壳体由相扣合的上盖7和底座8组成，壳体内设有主控制器1和电源电路2，壳体内还设有uwb定位电路3，所述uwb定位电路3中设有用于接收uwb信号的uwb芯片4和uwb天线5，所述uwb天线5经巴伦转换器6与uwb芯片4相连接。
26.本实用新型所述主控制器1采用型号为asr3603的芯片，主控制器mcu内部可以集成无线通信电路，所述uwb定位电路3中采用的uwb芯片4为qorvo dw系列芯片或gt1000芯片中任一种芯片，uwb芯片4通过spi接口与电子学生卡的主控制器asr3603连接。
27.本实用新型所述uwb定位电路3中uwb芯片选用qorvo dw1000时，其中uwb定位芯片dw1000的spi接口的时钟信号spi_clk(41脚)与主控制器asr3603的spi时钟信号spi_clk连接，spi数据输出引脚spi_miso(40脚)与主控制器asr3603的spi数据输入引脚spi_miso连接，spi数据输入引脚spi_mosi(39脚)与主控制器asr3603的spi数据输出引脚spi_mosi连接；spi片选使能信号引脚spi_cs(24脚)与主控制器asr3603的spi片选引脚与spi_cs连接，中断请求信号引脚dw_irq(45脚)与主控制器asr3603的gpio引脚连接，复位信号引脚dw_rst(27脚)主控制器asr3603的gpio引脚连接。
28.本实用新型所述uwb定位电路3中uwb芯片的无线射频接口(rf interface)为差分接口，uwb天线为rf天线，在uwb天线与uwb芯片的无线射频接口之间接入巴伦转换器6，即平衡-不平衡转换器，通过匹配输入转化为差分输出而实现平衡传输线电路与不平衡传输线电路之间的连接，可使差分/单端信令兼容，进行阻抗转换匹配，进一步，uwb天线(uwb-ant)的1脚与gnd相连，2脚与巴伦转换器balun的1脚相连，巴伦转换器balun的2脚、5脚与gnd连接，巴伦转换器balun的3脚串联一个12pf的贴片电容后与uwb定位芯片dw1000的rf_n(17脚)连接，巴伦转换器balun的4脚串联一个12pf的贴片电容后与uwb定位芯片dw1000的rf_p(16脚)连接。
29.本实用新型还设有与主控制器mcu相连的usb接口电路，并对应在壳体上开设usb槽口。
30.本实用新型所述上盖7上设有液晶显示屏15、麦克风固定窗口16、扬声器固定窗口17以及按键固定窗口18，空腔内还设有分别与主控制器mcu相连的喇叭、操作按键、扬声器、无线通信电路，所述无线通信电路采用4g移动通信电路。
31.实施例1：
32.本例提供了一种支持超级sim卡的uwb定位电子学生卡，设有学生卡壳体，壳体由相扣合的上盖7和底座8组成，壳体内设有主控制器1和电源电路2，壳体内还设有uwb定位电路3，所述uwb定位电路3中设有用于接收uwb信号的uwb芯片4和uwb天线5，所述uwb天线5经巴伦转换器6与uwb芯片4相连接，其中所述主控制器1采用型号为asr3603的芯片，主控制器mcu内部集成无线通信电路，所述uwb定位电路3中采用的uwb芯片4为qorvo dw系列芯片或gt1000芯片中任一种芯片，uwb芯片4通过spi接口与电子学生卡的主控制器asr3603连接；
33.本例中还设有与主控制器1相连的近场通信电路9，近场通信电路9与超级sim卡10连接，近场通信电路9与主控制器1通过i2c或spi接口相连，近场通信电路9与超级sim卡10的swp通信引脚以单swp总线的方式连接，近场通信电路9中接有射频天线；本例中还设有与
近场通信电路相连的加密电路11；
34.本例近场通信电路9的三种工作模式：读写器模式、卡模拟模式和读写器卡模拟循环模式，读写器卡模拟循环模式可以在读写器模式和卡模拟模式之间切换，可以通过主控制器1的app应用配置近场通信模块的工作模式，将近场通信模块9的工作模式设置为卡模拟模式即可进行特定场所的刷卡消费；学生卡的加密证书可以设置在超级sim卡上，也可以设置在加密电路11中的加密模块上，加密证书采用数字加密证书。使用超级sim卡存储加密证书时，加密证书与运营商有合作的，可以在运营商营业厅进行加密证书配置，也可以通过主控制器的app为超级sim卡配置加密证书；没有与运营商合作的，只能通过主控制器的app为超级sim卡配置加密证书；从而实现校内外的其他消费均可以通过刷学生卡实现，学生卡一张学生卡在手解决所有消费问题。
35.实施例2：
36.本例提供了一种基于uwb定位的近电检测电子学生卡，设有学生卡壳体，壳体由相扣合的上盖7和底座8组成，壳体内设有主控制器1和电源电路2，壳体内还设有uwb定位电路3，所述uwb定位电路3中设有用于接收uwb信号的uwb芯片4和uwb天线5，所述uwb天线5经巴伦转换器6与uwb芯片4相连接，其中所述主控制器1采用型号为asr3603的芯片，主控制器mcu内部集成无线通信电路，所述uwb定位电路3中采用的uwb芯片4为qorvo dw系列芯片或gt1000芯片中任一种芯片，uwb芯片4通过spi接口与电子学生卡的主控制器asr3603连接；
37.本例还设有与主控制器1相连的近电感应电路，所述近电感应电路包括近电芯片、蜂鸣器、拨码开关以及天线，其中近电芯片分别与拨码开关、蜂鸣器、天线相连接；所述近电芯片采用jw0818、jw0828、jw0838、jw0858中任一型号的芯片实现，近电芯片的信号输出端分别与蜂鸣器和主控制器信号接收脚相连，感应天线与近电芯片的pin1输入管脚相连，拨码开关与近电芯片的pin2管脚相连以实现档位切换，当电场信号由感应天线接收后，由pin1管脚送入近电芯片，近电芯片内的比较器会把接收值与档位设定值比较，如果大于设定值，近电芯片pin6脚会输出高电平信号，驱动蜂鸣器报警，并将报警信号送给主控制器；
38.通过拨码开关与匹配电阻配合，实现电场信号档位的设置，其中拨码开关公共端连接近电芯片的pin2脚，切换端分别连接匹配电阻r3/r4/r5/r6/r7，以分别对应电压220v/10kv/35kv/110kv/220kv的报警触发值；使用时拨动拨码开关换挡，相应的档位有自检功能，自检正常，蜂鸣器报警3声；当外部电场达到报警值时，蜂鸣器报警。
39.本例利用近电感应电路，将使用者所处环境内的高压电场信号转换为电信号，并据此经蜂鸣器输出预警信号，进一步，通过主控制器对近电感应电路的感应结果的读取，可以将感应结果结合使用者当前定位坐标经移动通信电路或经射频通信电路发送至上位机，上位机搭载管控平台，可以将相关数据实时推送至监护人移动终端，提醒使用者尽快远离高压电场。
40.实施例3：
41.本例提供了还提出了一种基于uwb定位的校园定位装置，包括上位机12、两个以上uwb基站13以及至少一个如上所述基于uwb定位的电子学生卡14，所述uwb基站发送uwb信号，所述电子学生卡中的uwb芯片经uwb天线接收uwb信号，所述电子学生卡与上位机经无线通信电路实现数据联通。
42.在工作时，位于应用场景内的uwb基站持续发送uwb信号，电子学生卡中的uwb定位
电路中的uwb芯片将接收的uwb信号经电子学生卡中无线通信电路再次发送至上位机，所述无线通信电路采用4g移动通信电路如附图8所示，，上位机对接收的信号进行处理后获得当前电子学生卡的位置信息，上位机还与其他移动用户终端经移动通信电路建立数据连接，其他用户终端通过移动通信电路可以获得上位机内存储的当前电子学生卡的位置信息。
43.本实用新型与现有技术相比，能够实现准确地监测学生进入校园内以及在校园的具体位置，能够确保孩子安全地进入校园，具有结构合理、定位可靠等显著的优点。