【星火计划】低功耗宠物智能项圈

复刻须知

1.请遵守本项目开源协议（ CC BY-NC-SA ）

• 该作品及演绎作品不被允许用于商业目的
• 复制该作品及演绎作品时，必须明确标注原作者的姓名、提供协议链接，并指出是否对作品进行了修改
• 如果您对原作品进行了再创作,您所产生的新作品必须使用与原作者相同的协议进行分发（即也采用 CC BY-NC-SA）

2.复刻时请注意法规要求及第三方平台政策：

• 本项目具有无线电收发和定位功能，复刻时请注意是否符合当地法规，且不得用于侵犯隐私等违法用途
• 本项目用到第三方API，复刻时请注意第三方API的使用规定和用户协议并自行申请相应的权限

3.关于制作和使用的提醒：

• 复刻请仔细检查电路和元器件状态，避免发生电气故障
• 部分原件对于焊接条件和ESD有严格要求，复刻前建议仔细阅读原件规格书，以避免造成故障或损失
• 本项目设计中带有锂电池，请自行选择符合相关安全标准的产品，并注意使用环境
• 本项目设计中包含锂电池插拔接口，建议在长期不用时移除锂电池并妥善保管
• 本项目不能只依靠烙铁焊接，至少需要风枪和锡膏
• 复刻和使用时请自行评估难度与可靠性

项目简介

本项目基于Air8000A的超低功耗的长待机续航宠物智能项圈，uA级待机电流，具有定位追踪（GNSS卫星定位/LBS基站定位/气压计测高），运动检测（加速度计/振动开关），充放电自动切换管理等功能，可实现宠物外出时的防丢和寻回。

基于超低功耗待机和5米级GNSS定位，也能实现对于其他物品（如车辆载具、户外装备等）的较高精度防丢失定位，具有二次开发空间。

项目功能简介

本设计是基于基于Air8000A模组的超低功耗的长待机续航宠物智能项圈，结合GNSS定位和4G基站通讯，实现对宠物的定位追踪，当处于建筑物内时，亦可适用基站定位和气压计高度推算，实现大致范围的室内定位。

基于后端计算和指令下发，可实现当运动超出电子围栏范围时，推送提示以避免宠物丢失，亦可远程触发设备搭载的蜂鸣器寻回宠物，此外设备会上报运动信息和电池电压，以提供运动情况和设备电量数据。

项目核心功能

• 定位与追踪：户外定位（精度≤5⽶，基于AGPS+GNSS）；⽀持基站辅助定位（室内环境定位采用基站定位+气压计测高实现）
• 电⼦围栏：⾃定义安全范围（≥100⽶），触发越界推送报警
• 轨迹记录：存储7天运动路径，⽀持历史轨迹回放
• 声⾳交互：可远程开启蜂鸣器发出声⾳
• 健康监测：当宠物⻓时间未进⾏运动，在⼩程序或app能触发提醒

项目参数

项目参数	设计情况
电池规格	1000mAh 3.7V 聚合物锂电池
定位方式	基站定位+卫星定位+气压计测高
通讯方式	4G LTE
上报频率	最短1分钟1次
休眠功耗	<1mA
正常模式续航	≥48小时@正常模式（30分钟上报一次）
低功耗模式续航	≥7天@低功耗模式（60分钟上报一次）
充电方式	Type-C 5V（支持C to C）
烧录调试方式	UART或Type-C USB串口
OTA升级方式	基于4G LTE网络下载升级包

• 续航时间受到上报频率，GNSS信号强度，4G LTE信号强度，使用环境（如气温、4G LTE或GNSS信号不佳），使用方式（如频繁进行OTA、启用蜂鸣器）等的影响
• 可自行制作食品级硅胶项圈，亦可搭配尺寸合适的成品项圈，采用压板固定，对项圈或其他固定方式兼容性强

原理解析（硬件说明）

电源

拓扑示意图：

USB Type-C接口电源电路：

采用TYPE-C-16P接口作为供电接口，经ESD二极管后，将USB信号传入Air8000的USB调试引脚，可实现直接使用USB-C 接口作为下载和调试，无需转换串口信号，便于调试。

USB供电经ESD二极管后到充放电管理芯片，另设SS14肖特基二极管避免接口进水导致短路，接口处可使用电子密封胶以实现接口防水+日常进水不断路。

• 在CC1和CC2引脚处加入5.1K下拉电阻，并在PCB设计时做阻抗等长设计，以符合USB-IF规范；
• 做包地处理，以防干扰。

电源与锂电池充放电管理：

USB供电输入后，经ESD二极管到BQ24075 充放电管理芯片，该芯片负责电池充放电和充放电路径切换功能，以实现给模组和外围原件供电，并具备限流和温度控制功能，由一个LED灯提供充电完成指示。

外围电路LDO：

采用TLV75733PDBVR低IQ型LDO，具有25uA的静态功耗（典型值），可以满足超低功耗需求下的外围元件供电；

主控部分：

本设计采用合宙Air8000A系列通讯模组，模组提供4G LTE通讯、GNSS/北斗卫星定位、加速度传感器与振动传感器等的功能，并实现uA级别的待机电流；

对于Air8000A模组，射频电路工作时会产生电流突峰，依照模组硬件设计指南建议，在供电输入部分添加钽电容和MLCC电容以应对电流突峰并滤波，并通过配置电阻的形式实现自动开机。
电路设计与PCB layout参考资料

天线部分：

天线分为LTE/GNSS/WI-FI三个天线，其中LTE和WI-FI天线以贴片方式板载，有源GNSS天线以IPX-1接口连接，在PCB设计上保障信号完整性。

GNSS天线采用外置有源天线，天线内置LNA放大器，大幅提升信号接收质量并提升定位速度，天线供电由模块内部控制

• WI-FI与BLE共用一个天线，为室内定位功能预留，可二次开发实现基于WI-FI/BLE数据库的定位功能。

外设：

搭载MS561101BA03-50气压传感器、TMB12A03蜂鸣器、振动开关、DA221加速度计（内置于Air8000A），以实现室内定位场景的气压测高及蜂鸣器和运动检测功能。

外设	特性	功耗
MS561101气压计	低功耗，高精度	1 µA (standby < 0.15 µA)
TMB12A03蜂鸣器	有源蜂鸣器	供电由mos管理
振动开关	不可调整灵敏度	供电由mos管理
DA221加速度计	可调灵敏度	供电由Air8000内置控制

SIM卡槽：

• 由AIR8000供电并直连AIR8000，单卡槽设计，数据电路做包地处理，以防止干扰。
• 插拔SIM卡前应释放静电，以免损坏模块

软件简介

时序图

软件拓扑示意图

通讯方式

• 本项目硬件层面支持蓝牙/WI-FI/4G LTE，目前版本使用4G LTE进行通讯
• 设备端和服务器端通讯协议为HTTP(TCP)/MQTT，
• • HTTP(TCP)协议主要用于：设备上报数据、获取最新配置、OTA升级，设备端调用第三方基站定位服务、星历下载等功能
• • MQTT主要用于设备在轻睡眠模式下的实时指令下发，实现低功耗待机且及时的命令响应
• • 不限制服务端部署平台和环境，支持PHP+Mysql环境即可

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功能实现介绍

• 常见定位方式分以下几种：

定位方式	基站定位	卫星定位	WI-FI定位	蓝牙定位
支持性	支持	支持，北斗+GPS双模	硬件预留	硬件预留
采用情况	用于室内定位和户外辅助定位	用于室外定位	目前版本未作开发	目前版本未作开发
采用原因	定位速度快，有4G网络即可定位	定位精度高

• 本项目引入了一个外置气压计，实现室内/户外定位的高度测量
• 需在4G LTE网络信号良好的环境使用，若无法建立网络连接，设备端不会暂存本次定位结果
• 目前基站定位实现方式为单基站定位，若所在环境有多个不同id的基站且都信号强，设备可能在基站间漫游，造成基站定位漂移

部署方法

• 部署前建议先查阅软件包里的部署说明
  1.自行申请地图API及推送服务API权限，也可根据需求二次开发
  2.在后端代码config.php文件中填入API KEY、设备IMEI、自定义的后台登陆用户名和密码，部署后端
  3.在APP代码中填入API KEY、自定义的后台地址，构建APP
  3.配置luatos Air8000开发环境，在设备端配置文件config.ljson中写入服务器地址等参数信息
  4.烧录固件代码到设备

注意事项

• 建议调试时先接入电池再插入Type-c
• 建议调试时使用供电能力足够的USB接口，以避免供电不足导致BUG，必要时可用独立供电的USB-HUB
• 建议任何操作前都释放静电，以避免静电打坏射频PA和损坏模组
• 建议使用大品牌的Type-C数据线且不宜过长，否则可能存在信号完整性问题和供电问题
• 可酌情对电路进行封闭处理，以免意外进水损坏
• 烧录环境建议采用最新的固件和WI-FI固件，若不正常，可使用量产固件中内置的固件版本再次尝试
• 打板请用JLC04161H-3313(成品板厚1.56mm±10%)层压结构
• 基于项目需求，没有配置纠偏逻辑和抗漂移，并且不要求3D-FIX，以实现高实时性跟随定位，若出现GNSS定位漂移，请检查设备天线是否足够净空，到户外测试（如公园、广场等空旷场地），若漂移情况比较严重请考虑是否被干扰
• 不建议上报频率过高，频率过高会导致查看历史轨迹时触发高德API限速，可能导致位置标记显示不全等软件BUG
• 项目中部分电路设计是便于调试使用，请参照实物图焊接，实物图没有焊接的元件/排针在复刻时也无需焊接，否则可能导致工作异常/外壳装不下/顶到电池引发危险

组装流程

在外壳安装螺母

焊接PCB

测试休眠状态功耗符合预期（应为ua级别，低于1mA）

安装电池

• 可适度点热熔胶辅助固定

连接GNSS天线

电池连接主板

• 可适度点热熔胶辅助固定主板

安装GNSS天线至外壳

• 可适度点热熔胶辅助固定GNSS天线

  安装顶盖

• 螺丝规格至少为M3*20

安装项圈

• 螺丝建议最大M3*20，适配大部分项圈厚度，超长可能顶到主控板

实物图