【应用】SLM152型低功耗NB-IOT模组在智能安全帽中的应用
智能安全帽主要应用场景为道路施工场合（主要为无法全封闭道路及临时性道路施工），由主控MCU、陀螺仪加速度计、红外距离检测组件、电池及电源管理、定位及通讯模组、声音与振动组件几大部分组成，其构成框图如下图1所示。
图1 智能安全帽构成框图
本安全帽中的定位模组主要用于在野外施工场地定位施工人员的位置，确保施工人员处于规定的施工区域内；而通讯模组则需要将传感器的检测数据及定位模块的定位坐标数据上传到总控平台，同时还要接收总控平台下发的相关提示消息，然后主控MCU将接收到的提示消息并通过声音与振动的方式提醒施工人员。本文着重介绍通讯模组选型及设计。
本智能安全帽的定位模组采用杭州中科微的ATGM336H-5N31型定位模组（UART接口，该型号支持GPS和BDS），选用美格智能的SLM152型NB-IOT模组（UART接口）用于本智能安全帽的数据传输，整体的系统原理图设计分配框图如下图2所示。
图2 智能安全帽设计原理图系统框图总览
SLM152是美格智能推出的一款一款高性能物联网模组，支持B1、B3、B5、B8频段 ，支持短信、蓝牙功能，具有低功耗、小封装、低成本的特点。
图3 SLM152型NB-IoT模组
SLM152模块采用LCC-58pin封装，外形尺寸17.6x15.9x2.3mm（长x宽x高），重量小于4g，非常适合本安全帽应用中对体积和重量的应用要求。SLM152采用RDA平台，将电源模组，基带模组，存储模组和射频模组集成于一块芯片内，极大程度简化了外围电路，其模组硬件框图如下图4所示。
图4 SLM152模组硬件框图
SLM152模组支持DC-3.4~4.2V的供电电压（典型供电电压3.6V），而本安全帽使用的是3.7V的锂电池组（3.7V~4.2V），模组在关机状态时具有低至7.2uA的典型电流，在PSM模式时则低至7.3uA，在DRX=1.28时工作电流则为2.5mA，模组整体具有较好的低功耗特性。考虑到模组启动时的最大瞬时电流，本设计中直接使用锂电池给SLM152模组供电，考虑到通讯模组的工作状态，这里采用P-MOS来控制模组供电（下图5中的Q2），而作为主控芯片的EFM32TG11采用3.3V供电，模组与主控芯片之间采用UART通讯方式，为确保模组因供电电池电压变化时模组与主控之间通讯的稳定性，这里在UART通讯中加入电平转换电路，在模组至主控芯片方向的RXD线上采用二极管D3配合上拉电阻做通讯隔离，然后在TXD线上则采用三极管实现电平转换，至于模组的POWERKEY电路及网络状态灯电路则可直接使用模组数据手册中的应用参考电路，而SIM卡接口电路在本应用中无需按照应用数据手册中设计热插拔电路，另外将蓝牙天线以板载天线的方式引出，用于设备出厂参数配置等操作。
图5 SLM152模组应用原理图
至此，本设计中的通讯模组选型及电路设计完成。
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