[发明专利]一种基于LoRa手环的学生校园定位系统

说明书

技术领域

本发明为一种学生校园定位系统，特别涉及一种基于LoRa手环的学生校园定位系统，属于远程监控技术领域。

背景技术

现有学生校园定位系统，多用于中小学生进出校门时的考勤，主要基于全球定位系统GPS、射频识别、蜂窝、WiFi无线数据传输技术，将控制及通信等模块内嵌在学生的校园IC卡或胸卡中，让学生家长、学校了解学生动态，主要以保障学生安全为目的。然而，现有校园学生定位系统，主要依靠蜂窝无线数据传输，功耗和辐射较大，需要经常更换电池；采用WiFi或Zigbee，数据传输距离短，监控范围有限；其次，中小学生进出校园携带IC卡或胸卡，容易遗忘，且卡片容易弯折、磨损，携带不便，学生定位、安全监控的效果不太理想。LoRa是一种专用于无线电扩频调制解调的技术，与FSK（频移键控）、GMSK（高斯最小频移键控）、BPSK（二进制相移键控）相比，它融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术。其前向纠错编码技术就是给待传输数据序列中增加一些冗余信息，使得数据传输进程中注入的错误码元在接收端就会被及时纠正，从而减少以往创建“自修复”数据包来重发的需求，以此减少数据传输的多径衰落。当数据包被送到LoRa网关时，LoRa网关将分组数据包中每一比特馈入一个“扩展器”中，将每一比特时间划分为众多码片，经配置后，可划分的范围为64-4096码片/比特，相对而且，ZigBee仅能划分的范围为10-12码片/比特。

链路预算是不同技术之间传输范围的定量指标，包括影响接收端信号强度的每一变量，在其简化体系中包括发射功率加上接收端灵敏度。LoRa通信模块的发射功率为100mW（20dBm），接收端灵敏度为-129dBm，总的链路预算为149dBm，相比较而言，拥有灵敏度-110dBm的GFSK无线技术，需要5W的功率（37dBm）才能达到相同的链路预算值，而大多数情况下，GFSK无线技术接收端灵敏度可达到-103dBm，在此情况下，发射端发射频必须为46dBm或者大约36W，才能达到与LoRa类似的链路预算值，LoRa功耗更低。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术中，学生校园定位系统监控范围有限、携带不便、功耗高的缺陷，提供了一种基于LoRa手环的学生校园定位系统，实现学生校园精准定位、系统功耗更低、功能更丰富、携带更便捷的目的。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：一种基于LoRa手环的学生校园定位系统，包括读卡器、LoRa手环、LoRa网关、云端服务器、监控平台。

所述读卡器，通过发射低频无线电波，感应、读取和记录所述LoRa手环数据信息。

所述LoRa手环，由学生佩戴在手腕上，包括管理控制模块、GPS模块、集成于MEMS芯片中的传感器、蜂鸣报警模块、RFID模块、LoRa通信模块、电源模块。

所述管理控制模块，用以控制和协同所述LoRa手环中GPS模块、MEMS芯片、蜂鸣报警模块、RFID模块、LoRa通信模块、电源模块的工作，临时存储中转数据，解析处理和发布各项指令。

所述GPS模块，与所述管理控制模块连接，用以定位和记录学生位置。

所述MEMS芯片，集成温度传感器、心跳脉搏传感器、陀螺仪传感器于一体，与所述管理控制模块连接，用以探测学生体温、生命特征和运用特征，并将采集到的数据转化为电信号传输至所述管理控制模块。

进一步地，所述温度传感器，用以采集学生的体温数据，编程设定阈值；所述心率脉搏传感器，用以采集学生的心率数据，编程设定阈值；所述陀螺仪传感器，用以采集、识别学生运动状态，编程设定阈值。

所述蜂鸣报警模块，与所述管理控制模块连接，当所述温度传感器、心率脉搏传感器、陀螺仪传感器采集的数据超过预设阈值时，所述管理控制模块控制蜂鸣报警模块启动，发出蜂鸣声，起到提醒警示的作用。

所述RFID模块，用以绑定学生身份信息和识别，与所述管理控制模块连接，当学生佩戴所述LoRa手环经过学校大门时，RFID模块接收到读卡器特定的低频无线信号后作出应答，将身份（学号）代码数据、密码授权数据发回给读卡器。

所述LoRa通信模块，与所述管理控制模块连接，将采集的学生进出校门记录、定位信息、心率、温度、运动数据打包，基于所述LoRa网关唤醒机制的设定，周期性地将采集到的学生定位、生命体征、状态信息无线发送至所述LoRa网关。

进一步地，所述LoRa通信模块选用SX1276芯片，支持GFSK、FSK、OOK以及GMSK调制模式，能够与现有的M-BUS和IEEE802.15.4g等系统或标准兼容。