一种基于NB-IoT的设备定位装置及系统的制作方法

本实用新型涉定位技术领域，特别涉及一种基于nb-iot的设备定位装置。

背景技术：

近些年，伴随着中国经济的不断发展，虽然公共交通运营能力不断提高，但还是无法很好的满足公共出行的需要，电动车，摩托车凭借其环保、便捷、经济实惠等优点，深受大批消费者的喜爱。据前瞻产业研究院预计，未来5年内，中国的电动车保有量将超过3亿辆。但电动车由于缺乏有效的管理，在行驶过程中出现的交通安全问题，盗抢问题等，给电动车所有者及驾乘人员造成重大安全隐患。同时很多电动车由于没有登记备案，也给执法工作带来诸多难题。

为了解决这些问题，一些厂商提出用rfid技术解决方案，这种方案需要在各大路口架设采集器，建设成本太高，覆盖面却很有限，效果很不理想。还有一些厂商采用定位器解决方案，并大多采用2g\3g\4g网络通信。但这类产品的功耗普遍比较高，同时由于3g\4g通信模组价格相对较高，使该类定位装置成本相对较高。由于这些原因，基于车辆定位的智慧追踪器一直难以大面积普及开来。随着物联网nb-iot技术的出现，在lpwa领域nb-iot网络和nb-iot模组有着相较2g/3g/4g网络和模组的比较优势，使nb-iot在这一领域能更好地解决定位需求。因此，nb-iot技术应用在定位器上是目前的较优选择。

nb-iot通信的主要优点有：

1、大链接：在同一基站的情况下，nb-iot可以比现有无线技术提供50-100倍的接入数。一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构。

2、广覆盖：nb-iot室内覆盖能力强，比lte提升20db增益，相当于提升了100倍覆盖区域能力。不仅可以满足农村这样的广覆盖需求，对于厂区、地下车库，这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。

3、低功耗：低功耗特性是物联网应用一项重要指标，特别对于一些不能经常更换电池的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的各类传感监测设备，它们不可能像智能手机一天一充电，长达几年的电池使用寿命是最本质的需求。

4、低成本：nb-iot无需重新建网，射频和天线基本上都是复用的。

因此，nb-iot的这些特点能够大大提高定位器网络的覆盖面，加上后续预计实现的基站定位功能，将能很有效的解决电动车、摩托车的定位问题。鉴于将来电动车、摩托车的保有量，以及公共安全及车主对车辆定位刚性的需求，nb-iot智慧追踪器将具有广阔应用前景和庞大需求市场。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有低功耗和低成本的基于nb-iot的设备定位装置及系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，本发明一种基于nb-iot的设备定位装置，该装置设置在设备上，包括：mcu模块、nb-iot模块、加速度计模块、定位模块和电源模块；所述mcu模块与所述加速度计模块通过i2c接口相连接以接收设备的加速度信息；所述mcu模块与所述定位模块通过leuart接口相连接以接收设备的位置信息；所述mcu模块与所述nb-iot模块通过uart接口相连接以将所述设备的加速度信息和位置信息发送至远端控制平台；所述电源模块与所述mcu模块、nb-iot模块、加速度计模块和定位模块分别相连接以供电。

优选的，所述mcu模块包括型号为efm32zg的芯片，efm32zg芯片采用32位armcortex-m0+处理器。

优选的，所述nb-iot模块包括型号为st1328的芯片；st1328芯片采用lcc封装。

优选的，所述加速度计模块包括型号为lis2dh12的芯片；lis2dh12芯片为3轴线性加速度传感器，内嵌有温度传感器。

优选的，所述定位模块包括型号为hd8020的芯片。

优选的，所述电源模块包括降压恒压芯片、备用锂电池充电芯片和稳压芯片；所述降压恒压芯片的输入端与设备锂电池相连接，其输出端与所述稳压芯片的输入端和所述备用锂电池充电芯片的输入端相连接；所述备用锂电池充电芯片的输出端与所述稳压芯片相连接以在所述降压恒压芯片无输出电源时供电；所述稳压芯片的输出端与所述mcu模块、nb-iot模块、加速度计模块和定位模块分别相连接以供电；所述设备锂电池通过外接电源供电。

优选的，所述降压恒压芯片的型号为h6203；所述备用锂电池充电芯片的型号为h4054；所述稳压芯片的型号为r1114。

优选的，所述稳压芯片包括一块或多块。

优选的，所述设备包括电动车和摩托车。

另一方面，一种基于nb-iot的设备定位系统，包括所述的设备定位装置，还包括远端控制平台和用户终端；所述mcu模块与所述nb-iot模块通过uart接口相连接以将所述设备的加速度信息和位置信息发送至所述远端控制平台；所述远端控制平台将信息发送至所述用户终端。

本实用新型提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本实用新型的mcu模块采用efm32zg芯片，该芯片采用32位armcortex-m0+处理器，最高达24mhz，具有高效能、低功耗等优点；该mcu模块通过i2c与加速度计模块通信获取加速度信息；通过uart与nb-iot模块通信实现网络数据传输功能；通过leuart与定位模块通信实现定位数据的获取；

(2)本实用新型的nb-iot模块采用st1328芯片；st1328是一款高性能、低功耗的nb-iot无线通信模块，其尺寸仅为18mm×16mm×2.2mm，能最大限度地满足设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效帮助客户减小产品尺寸并优化产品成本；此外，st1328芯片采用集成式的天线设计(pcb板内置天线)，使得在保障nb-iot及定位基带信号的前提下进一步降低成本；

(3)本实用新型采用外接电源加备用电池方式供电，正常使用过程中通过外接电源供电；当设备定位装置被非法拆除、剪断等异常情况时，设备定位装置通过备用电池供电继续发送定位信息。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明，但本实用新型的一种基于nb-iot的设备定位装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型的设备定位装置结构框图；

图2是本实用新型的设备定位装置电路结构框图；

图3是本实用新型的mcu模块的电路图；

图4是本实用新型的nb-iot模块的电路图；其中(a)表示st1328芯片；(b)表示sim卡芯片；

图5是本实用新型的mcu模块和nb-iot模块之间的连接模块的电路图；其中，(a)表示nb-iot模块为发射端，mcu模块为接收端的场景；(b)表示nb-iot模块为接收端，mcu模块为发射端的场景；

图6是本实用新型的加速度计模块的电路图；

图7是本实用新型的定位模块的电路图；

图8是本实用新型的电源模块的电路图。

具体实施方式

参见图1和图2所示，一方面，本发明一种基于nb-iot的设备定位装置，该装置设置在设备上，包括：mcu模块10、nb-iot模块20、加速度计模块30、定位模块40和电源模块50；所述mcu模块10与所述加速度计模块30通过i2c接口相连接以接收设备的加速度信息；所述mcu模块10与所述定位模块40通过leuart接口相连接以接收设备的位置信息；所述mcu模块10与所述nb-iot模块20通过uart接口相连接以将所述设备的加速度信息和位置信息发送至远端控制平台；所述电源模块50与所述mcu模块10、nb-iot模块20、加速度计模块30和定位模块40分别相连接以供电。

具体的，为了防止所述设备丢失后，所述设备定位装置被设备拾取人或盗窃者拆卸掉，所述设备定位装置可以安装在设备较为隐蔽的地方。本实施例中，所述所述设备包括电动车或摩托车，当然也可以是其他设备，如各种智能表。

参见图3至8所示，所述mcu模块10包括型号为efm32zg的芯片，efm32zg芯片采用32位armcortex-m0+处理器。

所述nb-iot模块20包括型号为st1328的芯片；st1328是一款高性能、低功耗的nb-iot无线通信模块。其尺寸仅为18mm×16mm×2.2mm，能最大限度地满足终端设备对小尺寸模块产品的需求，同时有效帮助客户减小产品尺寸并优化产品成本。st1328提供丰富的外部接口和协议栈，同时支持中国电信\中国移动\中国联通的物联网云平台，为客户的应用提供极大的便利。

st1328采用更易于焊接的lcc封装，可通过标准smt设备实现模块的快速生产，为客户提供可靠的连接方式，并满足复杂环境下的应用需求。

具体的，所述efm32zg芯片通过efm32_rxd接口和efm32_txd接口与所述st1328芯片相连接以进行消息的发送与接收。所述st1328芯片包括vio18接口、bc30_txd接口和bc30_rxd接口。所述efm32_rxd接口、bc30_txd接口和vio18接口之间通过三极管q2相连接，其中efm32_rxd接口与三极管q2的集电极相连接，bc30_txd接口与三极管q2的发射极相连接，所述vio18接口与三极管q2的基极相连接。所述efm32_txd接口、bc30_rxd接口和vio18接口之间通过三极管q3相连接，其中efm32_txd接口与三极管q3的发射极相连接，bc30_rxd接口与三极管q3的集电极相连接，所述vio18接口与三极管q3的基极相连接。

所述加速度计模块30包括型号为lis2dh12的芯片；lis2dh12芯片是一款超低功耗高性能3轴线性加速度传感器，可支持i2c和spi输出，2个独立可编程的中断生成器，并内嵌有温度传感器，能够在-40℃至+85℃的温度范围内稳定运行。

具体的，所述efm32zg芯片与所述lis2dh12芯片通过2d_scl和2d_sda相连接以进行消息的发送与接收。

所述定位模块40包括型号为hd8020的芯片。hd8020是一款能够实现单芯片解决方案，满足位置感知、物流运输等导航定位需求的soc芯片产品。即使在密集的城市峡谷也可以实现无缝定位，具有较短的定位时间和优良的续航能力。hd8020内置智能电源控制，可实现灵活的电源模式和最低功耗，微电压备份模式可以在不完全关闭电源的额情况下实现极低功耗，同时保留深睡眠模式下与外部设备进行通信的能力。主要技术特点：1)支持多模gnss卫星信号接收，2)支持北斗卫星导航定位系统，3)干扰检测，动态滤除干扰，4)外设引脚分配可配置，5)智能电源管理，6)宽电压范围。

具体的，所述efm32zg芯片与所述lis2dh12芯片通过gps_txd和gps_rxd相连接以进行消息的发送与接收。

所述电源模块50包括降压恒压芯片、备用锂电池充电芯片和稳压芯片；所述降压恒压芯片的输入端与设备锂电池相连接，其输出端与所述稳压芯片的输入端和所述备用锂电池充电芯片的输入端相连接；所述备用锂电池充电芯片的输出端与所述稳压芯片相连接以在所述降压恒压芯片无输出电源时供电；所述稳压芯片的输出端与所述mcu模块10、nb-iot模块20、加速度计模块30和定位模块40分别相连接以供电；所述设备锂电池通过外接电源供电。

所述降压恒压芯片的型号为h6203；所述备用锂电池充电芯片的型号为h4054；所述稳压芯片的型号为r1114。本实施例中，所述稳压芯片包括一块或多块。

本发明的设备定位装置使用外接电源加备用电池方式供电，正常使用过程中通过外接电源供电。当设备被非法拆除、剪断等异常情况时，设备定位装置通过备用电池供电继续发送定位信息。

具体的，所述电源模块50通过vdd33接口为所述mcu模块10和所述加速度计模块30供电；所述电源模块50通过vdd33nb接口为所述nb-iot模块20供电；所述电源模块50通过vdd33gps为所述定位模块40供电。此外，所述电源模块50通过gps_v33_en与所述mcu模块10相连接以控制是否为所述定位模块40提供电源；所述电源模块50通过nb_v33_en与所述mcu模块10相连接以控制是否为所述nb-iot模块20提供电源。

另一方面，一种基于nb-iot的设备定位系统，包括所述的设备定位装置，还包括远端控制平台和用户终端；所述mcu模块10与所述nb-iot模块20通过uart接口相连接以将所述设备的加速度信息和位置信息发送至所述远端控制平台；所述远端控制平台将信息发送至所述用户终端。

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。