位置数据采集与传输装置

1.本实用新型涉及物联网数据采集技术领域，尤其是涉及一种位置数据采集与传输装置。


背景技术：

2.物联网技术的发展使得物流、出行、共享单车、线上线下结合消费等业务越来越依赖于网络节点的位置数据以及数据背后的信息挖掘。现有的位置数据采集装置主要是智能终端或者高性能特定终端，一般包括位置数据获取硬件模块、位置数据处理硬件模块和位置数据发送硬件模块。位置数据获取硬件模块采用gps和北斗等gnss定位芯片或模组；位置数据处理硬件模块采用单片机；位置数据发送硬件模块一般采用4g、wifi、蓝牙等无线通信芯片或模组。这样的位置数据采集装置具有尺寸较大、功耗较高的缺点，无法适用于面向海量非生物物体或者动物群体的位置数据获取场景。
3.此外，现有的位置数据采集装置的固件下载与运行调测一般是通过位置数据处理硬件模块的串口与上位机进行通信，而固件下载与运行调测的接口通常不同，且大部分上位机无法直接与位置数据处理硬件模块的串口进行通信，需要通过特定的下载器和电平转换器实现。亦即，现有的位置数据采集装置的固件下载与运行调测需要连接两个中间设备与上位机进行通信，增加了装置调试和运行的复杂度。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出了一种位置数据采集与传输装置，具有尺寸小、功耗低的特点，且易于调试和运行。
5.根据本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置，包括：控制模块；sim卡模块，与所述控制模块电性连接，所述sim卡模块用于进行所述控制模块的网络注册；串口通信模块，所述串口通信模块的输入端与所述控制模块的串口电性连接，所述串口通信模块的输出端与上位机的usb接口电性连接；天线模块，与所述控制模块电性连接，所述天线模块用于接收和传输位置数据。
6.根据本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置，至少具有如下有益效果：sim卡模块用于进行控制模块的网络注册，串口通信模块用于实现控制模块的串口与上位机的usb接口的连接，进而通过上位机来实现控制模块的软件代码烧录、运行和调试，简化了整个装置运行和调试的复杂度。根据本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置，将所有模块集成在一个模组上，实现了位置数据的获取、处理和传输功能，且控制模块可以在低功耗模式下运行，使得整个装置具有尺寸小、功耗低的特点，且该装置便于运行和调试。
7.根据本实用新型的一些实施例，还包括供电模块，所述供电模块与所述控制模块电性连接。
8.根据本实用新型的一些实施例，所述供电模块包括：直流降压芯片，所述直流降压芯片的输入端接5v电源端；滤波电路，所述直流降压芯片的输出端与所述滤波电路的输入
端电性连接，所述滤波电路的输出端接3.3v电源端；稳压电路，所述稳压电路的输入端接3.3v电源端，所述稳压电路的输出端接地，所述稳压电路与3.3v电源端的连接点通过电阻r2与所述控制模块电性连接。
9.根据本实用新型的一些实施例，还包括按键模块，所述按键模块与所述控制模块电性连接。
10.根据本实用新型的一些实施例，所述按键模块包括：按键开关s1，所述按键开关s1的一端通过电阻r4接地，所述按键开关s1的另一端与所述控制模块的复位引脚电性连接；按键开关s2，所述按键开关s2的一端通过电阻r7接地，所述按键开关s2的另一端与所述控制模块的psm模式使能端电性连接；按键开关s3，所述按键开关s3的一端通过电阻r10接地，所述按键开关s3的另一端与所述控制模块的开关机引脚电性连接。
11.根据本实用新型的一些实施例，所述sim卡模块包括sim卡座，所述sim卡座用于插入相应的sim卡，所述sim卡座的电源端vcc与所述控制模块电性连接，所述sim卡座的复位引脚rst通过电阻r16与所述控制模块电性连接，所述sim卡座的时钟引脚clk通过电阻r17与所述控制模块电性连接，所述sim卡座的数据输入/输出端i/o通过电阻r19与所述控制模块电性连接。
12.根据本实用新型的一些实施例，所述sim卡模块包括还包括静电保护单元，所述sim卡座的电源端vcc、复位引脚rst、时钟引脚clk和数据输入/输出端i/o分别与所述静电保护单元电性连接。
13.根据本实用新型的一些实施例，所述串口通信模块包括：双向电平转换单元，所述双向电平转换单元的输入端与所述控制模块电性连接；串口转usb单元，所述串口转usb单元的输入端与所述双向电平转换单元的输出端电性连接；usb端子，所述usb端子的输入端与所述串口转usb单元的输出端电性连接，所述usb端子的输出端与所述usb接口电性连接。
14.根据本实用新型的一些实施例，所述串口通信模块还包括静电防护管，所述静电防护管与所述usb端子电性连接。
15.根据本实用新型一些实施例，所述天线模块包括：gnss定位天线电路，所述gnss定位天线电路的输出端与所述控制模块电性连接，所述gnss定位天线电路的输入端用于接收位置数据；rf天线电路，所述rf天线电路的输入端与所述控制模块电性连接，所述rf天线电路的输出端用于将所述位置数据发送至云平台或者是用于接收由所述云平台下发的控制信息并将控制信息发送至所述控制模块。
16.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
17.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
18.图1为本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置的模块框图；
19.图2为本实用新型实施例的bc20模组的引脚连接图；
20.图3为本实用新型实施例的供电模块的电路原理图；
21.图4为本实用新型实施例的sim卡模块的电路原理图；
22.图5为本实用新型实施例的串口通信模块的第一部分电路原理图；
23.图6为本实用新型实施例的串口通信模块的第二部分电路原理图；
24.图7为本实用新型实施例的按键模块的电路原理图；
25.图8为本实用新型实施例的天线模块的电路原理图。
26.附图标记：
27.控制模块100、sim卡模块200、静电保护单元210、sim卡座220、串口通信模块300、双向电平转换单元310、串口转usb单元320、usb端子330、第一指示灯电路340、第二指示灯电路350、静电防护管360、供电模块400、直流降压芯片410、滤波电路420、第三指示灯电路430、稳压电路440、按键模块500、天线模块600、gnss定位天线电路610、rf天线电路620、上位机700、云平台800。
具体实施方式
28.本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
29.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二、第三只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
30.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
31.参考图1，根据本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置，包括控制模块100以及与控制模块100电性连接的sim卡模块200、串口通信模块300和天线模块600。其中，sim卡模块200用于进行控制模块100的网络注册，串口通信模块300的输入端与控制模块100的串口电性连接，串口通信模块300的输出端与上位机700的usb接口电性连接，从而实现控制模块100与上位机700的通讯，天线模块600则用于接收和传输位置数据。
32.具体地，如图2所示，控制模块100采用nb
‑
iot模组bc20，bc20模组内置有gnss芯片，集通信与定位功能为一体，同时支持嵌入式处理单元，可编程自定义功能。采用bc20模组作为位置数据采集与传输装置的控制模块100，再用sim卡模块200进行控制模块100的网络注册，然后通过串口通信模块300使控制模块100的串口与上位机700的usb接口进行连接，进而通过上位机700实现控制模块100的软件代码烧录、运行和调试，简化了整个装置的运行和调试的复杂度，天线模块600则用于位置数据的获取和传输。根据本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置，可以获取位置数据、处理位置数据和传输位置数据，整个装置具有尺寸小的特点，且bc20模组可以在低功耗模式下运行，使得整个装置的功耗较低，而且该装置便于运行和调试。
33.如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，还包括供电模块400，供电模块400与控制模块100电性连接，供电模块400用于为整个位置数据采集与传输装置供电。
34.如图3所示，在本实用新型的一些实施例中，供电模块400包括直流降压芯片410、滤波电路420和稳压电路440，直流降压芯片410的输入端接5v电源端，直流降压芯片410的输出端与滤波电路420的输入端电性连接，滤波电路420的输出端接3.3v电源端，稳压电路440的输入端接3.3v电源端，稳压电路400的输出端接地，稳压电路440与3.3v电源端的连接点通过电阻r2与控制模块100电性连接。具体地，直流降压芯片410可采用rt8059gj5芯片，但并不限于此芯片，也可以采用其它具有相同功能的芯片。滤波电路420包括电感l2、电容c5和电阻r6，电感l2的一端与直流降压芯片410的pwm输出节点lx电性连接，电感l2的另一端分别与3.3v电源端、电阻r6的一端、电容c5的一端电性连接，电阻r6的另一端、电容c5的另一端分别通过电阻r8接地。稳压电路440包括由稳压管d2、电容c9、电容c10、电容c11和电容c12相互并联形成的并联电路，确保控制模块100突发脉冲发射时，最大跌落后的电压值仍处于正常的供电范围内。供电模块400中还具有第三指示灯电路430，第三指示灯电路430包括相互串联的led灯d1和电阻r9，led灯d1可以采用发出红光的led灯，led灯d1的阳极接3.3v电源端，d1的阴极通过电阻r9接地。第三指示灯电路430用于展示供电状态。供电模块400用于为整个位置数据采集与传输装置供电，外部的5v电源经过直流降压芯片410和滤波电路420后得到稳定的3.3v电压，再通过稳压电路440对装置进行供电。
35.如图1所示，在本实用新型的一些实施例中，还包括按键模块500，按键模块500与控制模块100电性连接，按键模块500用于进行控制模块100的开关机、复位和psm模式切换。
36.如图7所示，在本实用新型的一些实施例中，按键模块500包括按键开关s1、按键开关s2和按键开关s3，按键开关s1的一端通过电阻r4接地，按键开关s1的另一端与控制模块100的复位引脚reset电性连接，按键开关s1可以使控制模块100进行复位；按键开关s2的一端通过电阻r7接地，按键开关s2的另一端与控制模块100的psm模式使能端psm_eint电性连接，按键开关s2可以使控制模块100切换到psm模式，使整个装置处于低功耗状态；按键开关s3的一端通过电阻r10接地，按键开关s3的另一端与控制模块100的开关机引脚pwrkey电性连接，按键开关s3可以进行控制模块100的开关机。
37.如图4所示，在本实用新型的一些实施例中，sim卡模块200包括sim卡座220，sim卡座220可采用mirco_sim卡座，用于插入相应的sim卡，从而对控制模块100进行网络注册，sim卡座220的电源端vcc与控制模块100的sim卡工作电压端sim_vdd电性连接，sim卡座220的复位引脚rst通过电阻r16与控制模块100的sim卡复位引脚sim_rst电性连接，sim卡座220的时钟引脚clk通过电阻r17与控制模块100的sim卡时钟引脚sim_clk电性连接，sim卡座220的数据输入/输出端i/o通过电阻r19与控制模块100的sim卡数据端sim_data电性连接；同时，sim卡座220的电源端vcc通过电容c24接地，sim卡座220的复位引脚rst通过电容c25接地，sim卡座220的时钟引脚clk通过电容c26接地，sim卡座220的数据输入/输出端i/o通过电容c27接地，电容c24、电容c25、电容c26和电容c27用于滤除射频干扰。
38.如图4所示，在本实用新型的一些实施例中，sim卡模块200还包括静电保护单元210，sim卡座220的电源端vcc、复位引脚rst、时钟引脚clk和数据输入/输出端i/o均与静电保护单元210电性连接，进行静电保护。具体地，静电保护单元210可采用smf05ct1g芯片，smf05ct1g芯片为单向六引脚的tvs二极管，对sim卡模块200和控制模块100起到静电保护的作用。sim卡座220的电源端vcc与静电保护单元210的阴极引脚4电性连接，sim卡座220的复位引脚rst与静电保护单元210的阴极引脚5电性连接，sim卡座220的时钟引脚clk与静电
保护单元210的阴极引脚1电性连接，sim卡座220的数据输入/输出端i/o与静电保护单元210的阴极引脚6电性连接，静电保护单元210的阳极引脚2接地。
39.如图5和图6所示，在本实用新型的一些实施例中，串口通信模块300包括：双向电平转换单元310、串口转usb单元320和usb端子330，双向电平转换单元310的输入端与控制模块100电性连接，串口转usb单元320的输入端与双向电平转换单元310的输出端电性连接，usb端子330的输入端与串口转usb单元320的输出端电性连接，usb端子330的输出端与上位机700的usb接口电性连接。串口通信模块300用于实现控制模块100的uart接口与上位机700的usb接口的通讯，控制模块100通过双向电平转换单元310将+1.8v电压域转换到+3.3v电压域，接着通讯信号经过串口转usb单元320传递到usb端子330，usb端子330的输出端再与上位机700的usb接口电性连接，便实现了控制模块100与上位机700的通讯，从而通过上位机700进行控制模块100的软件代码烧录、调试和运行。
40.具体地，如图5和图6所示，在本实用新型的一些实施例中，双向电平转换单元310采用txb0104芯片，串口转usb单元320采用ch340g芯片，txb0104芯片的第一输入端a1与控制模块100的主串口的数据发送端txd电性连接，txb0104芯片的第二输入端a2与控制模块100的主串口的数据接收端rxd电性连接，txb0104芯片的第三输入端a3与控制模块100的调试串口的数据接收端rxd_dbg电性连接，txb0104芯片的第四输入端a4与控制模块100的调试串口的数据发送端txd_dbg电性连接，txb0104芯片的输入电源端vcca和输出使能端oe均与控制模块100的电源输出端vdd_ext电性连接，txb0104芯片的输出电源端vccb接3.3v电源端，txb0104芯片的第一输出端b1通过第一连接器p1与ch340g芯片的数据发送端txd电性连接，txb0104芯片的第二输出端b2通过第一连接器p1与ch340g芯片的数据接收端rxd电性连接，txb0104芯片的第三输出端b3通过第二连接器p2与ch340g芯片的数据接收端rxd电性连接，txb0104芯片的第四输出端b4通过第二连接器p2与ch340g芯片的数据发送端txd电性连接；ch340g芯片的正usb信号输入端ud+与usb端子330的正电压数据线d+电性连接，ch340g芯片的负usb信号输入端ud
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与usb端子330的负电压数据线d
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电性连接，ch340g芯片的电源端vcc接3.3v电源端或5v电源端，在本示例中，采用3.3v电源端进行供电，5v电源端为预留供电，ch340g芯片的晶体震荡输入端xi和晶体震荡输出端xo之间串联一个晶振y1，ch340g芯片的数据发送端txd与3.3v电源端之间串联有第一指示灯电路340，ch340g芯片的数据接收端rxd与3.3v电源端之间串联有第二指示灯电路350。具体地，第一指示灯电路340采用发出蓝光的led，第二指示灯电路350采用发出绿光的led，利用不同的颜色来显示串口发送数据与接收数据的工作状态。可以想到的是，采取的led灯发出的颜色并不单限于蓝色和绿色，也可以是其它颜色。控制模块100留出了两个串口，分别是主串口和调试串口，两个串口分别与txb0104芯片的输入端电性连接，从而将+1.8v电压域转换到+3.3v电压域，txb0104芯片的输出端与ch340g芯片电性连接，并通过连接器p1与连接器p2的切换，可以实现主串口与调试串口的相互切换，再通过ch340g芯片与usb端子330的电性连接，便实现了控制模块100的串口与usb端子330的信号传输，从而使得控制模块100与上位机700能进行通讯，进而通过上位机700来进行控制模块100的软件代码烧录、运行和调试。
41.如图6所示，在本实用新型的一些实施例中，串口通信模块300还包括静电防护管360，静电防护管360与usb端子330电性连接。具体地，usb端子330的正电压数据线d+与静电防护管360的第三数据输入/输出端i/o电性连接，usb端子330的负电压数据线d
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与静电防
护管360的第一数据输入/输出端i/o电性连接。具体地，静电防护管360可以采用srv05
‑4‑
p
‑
t7芯片。usb端子330的电源端vbus与静电防护管360的基准电压输出端ref电性连接，静电防护管360可以防止usb端子330插拔时产生静电。可以想到的是，静电防护管360也可以采用其它具有同样功能的芯片，而不限于此。
42.如图8所示，在本实用新型的一些具体实施例中，天线模块600包括gnss定位天线电路610和rf天线电路620，gnss定位天线电路610的输出端与控制模块100电性连接，gnss定位天线电路610的输入端通过天线接收位置数据；rf天线电路620的输入端与控制模块100电性连接，rf天线电路620的输出端通过天线将位置数据发送至云平台800，rf天线电路620的输出端也可以作为输入端，用于接收由云平台800下发的控制信息并将控制信息发送至控制模块100，控制信息用于控制向云平台800发送位置数据的频率。天线模块600用于获取位置数据和传输位置数据。
43.根据本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置在具体应用时，先是利用gnss定位天线电路610获取到初始位置数据，再通过rf天线电路620向云平台800发送初始位置数据，完成节点注册；然后通过控制模块100与上位机700的通讯，将设定好的软件代码烧录进控制模块100中，接着启动定时器，当定时器超过阈值t时，控制模块100便控制天线模块600开始获取当前位置数据，并计算当前位置数据与初始位置数据的范式距离，当范式距离超过阈值d时，天线模块600便发送当前位置数据至云平台，并更新初始位置数据，然后重新启动定时器，重复进行上述步骤。若范式距离未超过阈值d，则直接重新启动定时器。其中，t可设为5秒，d可设为3米，t和d也可以是自定义的其它数值。通过上述步骤，本实用新型实施例的位置数据采集与传输装置便实现了定位功能，操作简单，适用情景更为广泛。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“进一步实施例”、“一些具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
45.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。