多精度室內定位系統的製作方法
2023-06-24 20:00:01 2
專利名稱：多精度室內定位系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種定位系統以及定位方法，尤其涉及一種應用於樓宇、室內的位置定位、人員監測領域。
背景技術：
目前市場上常見的應用各種定位技術的產品各有其優缺點和限制一方面定位精度相對較高的定位技術成本過高，不適合於大面積推廣使用，另一方面成本低廉、結構簡單的定位技術又由於本身的定位精度不高導致很多場合無法使用，有一些定位技術因為要考慮到定位環境問題不能夠靈活的安裝定位系統，這些都給生產和應用帶來極大的不方便。現有的室內定位技術中應用比較廣泛的有ZigBee定位技術、超寬帶定位技術、RFID識別定位技術與超聲波定位技術。其中ZigBee定位技術、超寬帶定位技術、RFID識別 定位技術均屬於射頻類定位技術，如果混合使用容易造成幹擾，所以採用ZigBee定位技術與超聲波定位技術的混合定位技術實現多精度定位的目的。目前，單獨的這兩項技術產品有很多缺陷如CN201096877Y專利文獻中公開的技術方案中定位採用的為ZigBee無線信號，由於本身信號的不利因素的限制，定位精度並不是很高，平均在3-5米左右，雖然可以實現基礎的定位功能，但是在一些要求定位精度高的場合卻並不適用，雖然ZigBee產品在射頻產品領域中成本並不是很高，但與其他通訊方式相比成本仍然不低，由於本身系統中ZigBee模塊都是自身提供供電，在維護時很不方便。再如CN201594136U專利文獻中公開的技術方案中定位採用的為超聲波信號，由於本身系統中超聲波接收模塊全部為有線連接，導致在安裝和維護中很不方便，而且不能夠靈活的布置接收網絡；以上兩種技術不僅本身存在很多缺陷，而且他們只能給出一種或一個較小範圍內的定位精度，不適用於需要多種定位精度的複雜環境。又如CN201417142Y專利文獻中公開的技術方案中單純的將ZigBee技術與超聲波模塊機械的結合，如果直接拿來用於定位，不僅大幅度增加成本而且喪失了應有的靈活性。
實用新型內容本實用新型的技術效果能夠克服上述缺陷，提供一種多精度室內定位系統，其結構簡單、安裝維護方便靈活、成本低、省電、處理速度快、適用於有不同定位精度要求的複雜空間環境。為實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案其包括多精度定位接收組群、控制中心、移動終端，多精度定位接收組群、控制中心、移動終端相互之間雙向無線通信。移動終端包括ZigBee無線定位模塊、超聲波發射模塊，一個或多個具有超聲波發射模塊，ZigBee無線定位模塊帶有可測量接收信號強度(RSSI)功能，並可由輕觸開關控制定位。控制中心用於計算定位坐標並顯示定位情況的，包括ZigBee轉串口無線模塊、上位機模塊，ZigBee轉串口無線模塊用於通信，上位機模塊用於計算及顯示。用於完成定位的多個多精度定位接收組，各接收組均包括一個ZigBee無線控制模塊、一個電源供電模塊並且可包括多個超聲波接收模塊，接收組中ZigBee無線控制模塊與超聲波接收模塊、超聲波接收模塊之間均由現場總線連接，接收組中各模塊均由電源供電模塊統一供電；ZigBee無線控制模塊包括現場總線數據傳輸模塊I、微控制器I、集成ZigBee無線模塊，集成ZigBee無線模塊依次通過微控制器I、現場總線數據傳輸模塊I與現場總線連接。每個多精度定位接收組至少包括一個超聲波接收模塊，超聲波接收模塊包括現場總線數據傳輸模塊II、微控制器II、脈衝轉換模塊、自動增益模塊、超聲波換能器，超聲波換能器依次通過自動增益模塊、脈衝轉換模塊、微控制器II、現場總線數據傳輸模塊II與現場總線連接，超聲波換能器與移動終端通信。 本實用新型的另一個目的是提供一種採用上述系統的定位方法，包括如下步驟(I)啟動定位(包括主動式和被動式兩種方式)；(2)當移動終端啟動定位時，移動終端先由自身攜帶的ZigBee無線定位模塊向多精度定位接收組群發送廣播信息，提示多精度定位接收組群開始準備低精度定位；(3)啟動準備定位的多精度定位接收組由自身攜帶的ZigBee無線控制模塊向移動終端發送目前ZigBee無線控制模塊所在地的二維坐標值,傳輸完成後,ZigBee無線控制模塊重新進入睡眠模式；(4)移動終端接收到各個多精度定位接收組中ZigBee無線控制模塊發來的數據，同時生成相應的接收信號強度值，之後將這些數據傳送至控制中心，由控制中心計算定位，並顯示出來；(5)控制中心計算出定位範圍後，根據自身存儲的多精度定位接收組分布情況及各多精度定位接收組組內攜帶超聲波接收模塊情況，向定位範圍附近的多精度定位接收組發送高精度定位準備命令，當多精度定位接收組接收到高精度定位準備命令時喚醒睡眠模式下的超聲波接收模塊，並向控制中心發送確認信息，待接到反饋回的確認信息時再向移動終端發送高精度定位命令，向多精度定位接收組群發送計時命令；(6)移動終端接收到高精度定位命令後由自身攜帶的超聲波發射模塊向多精度定位接收組群發送超聲波，多精度定位接收組群接收到計時命令時組內各超聲波接收模塊開始計時，當超聲波接收模塊接收到超聲波時停止計，通過現場總線向ZigBee無線控制模塊發送超聲波接收模塊所在的二維坐標值及計時值，再由ZigBee無線控制模塊分批發向控制中心；(7)控制中心接收完數據後向多精度定位接收組群發送確認信息，多精度定位接收組群接收到確認信息後重新進入睡眠模式，控制中心根據已有算法及接收到的數據進行定位計算並顯示出來。本實用新型與現有技術比較，具有如下優點I、通過搭建多精度定位接收組群將原有的全部通過有線方式連接的超聲波接收組轉換為無線連接方式，並且增加了相對低精度的ZigBee定位技術；不僅解決了原有超聲波接收組在安裝中布置電線過長等繁瑣的問題，而且比單純的將超聲波定位模塊與ZigBee定位模塊機械的整合在一起的技術成本大幅減少。2、多精度定位接收組由於有組內單獨的電源供電模塊向全組內用電模塊供電，使得在維護過程中較容易的集中更換電源部分，降低維護成本。3、由於多精度定位接收組內超聲波接收模塊的數量是任意的，所以可以根據現場的複雜安裝環境靈活調整。適用於各種複雜環境。4、不同環境對定位的精度要求並不一致，在定位精度要求較高的區域高密度擺放超聲波接收模塊，在定位精度要求不高的區域，為了節省開支可降低該區域的超聲波接收模塊的密度，甚至可不布置超聲波接收模塊，使用相對低精度的ZigBee定位技術實現定位。從而實現了多精度定位的目的。5、由於ZigBee技術在傳輸過程中本身具有防衝突機制，解決了原有超聲波 定位技術中可能導致數據衝突問題及在大面積區域內定位速度慢的問題。6、本實用新型系統多個部分長期處於睡眠模式，只有當定位時才開始正常工作，並且結合先低精度定位後高精度定位的方法，切實有效的減少需要喚醒的多精度定位接收組，為整個系統節省了大量的電力。7、所有定位數據均由控制中心接收後進行計算定位，充分結合了雲運算的思想。
圖I為本實用新型的整體模塊示意圖；圖2為本實用新型的多精度定位接收組模塊示意圖；圖3為本實用新型定位方法的流程結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型的多精度定位系統包括多精度定位接收組群、控制中心、移動終端，多精度定位接收組群、控制中心、移動終端相互之間雙向無線通信。多精度定位接收組群包括多個多精度定位接收組。多精度定位接收組包括ZigBee無線控制模塊、超聲波接收模塊、電源供電模塊，ZigBee無線控制模塊、超聲波接收模塊分別與電源供電模塊連接，ZigBee無線控制模塊、超聲波接收模塊之間通過現場總線連接。ZigBee無線控制模塊包括現場總線數據傳輸模塊I、微控制器I、集成ZigBee無線模塊,集成ZigBee無線模塊依次通過微控制器I、現場總線數據傳輸模塊I與現場總線連接。每個多精度定位接收組包括三個超聲波接收模塊，超聲波接收模塊包括現場總線數據傳輸模塊
II、微控制器II、脈衝轉換模塊、自動增益模塊、超聲波換能器，超聲波換能器依次通過自動增益模塊、脈衝轉換模塊、微控制器II、現場總線數據傳輸模塊II與現場總線連接，超聲波換能器與移動終端通信。移動終端包括ZigBee無線定位模塊、超聲波發射模塊。控制中心包括ZigBee轉串口無線模塊、上位機模塊。本系統利用多個多精度定位接收組,使ZigBee無線定位技術和超聲波定位技術相結合，由控制中心動態計算出移動終端的位置；移動終端、控制中心、多精度定位接收組是通過無線方式進行通訊，多精度定位接收組組內的超聲波接收模塊和ZigBee無線控制模塊是由有線方式進行通訊。移動終端和控制中心之間採用被動定位和主動定位兩種驅動方式；其中，主動定位是移動終端要求控制中心對其進行定位；被動定位是控制中心主動對移動終端進行定位。多精度室內定位系統中的三大功能單元多精度定位接收組群、移動終端及控制中心；多精度定位接收組群即由多個多精度定位接收組組成的單元；三大功能單元的通訊均由ZigBee無線通訊，並且各模塊之間均為雙向通信，僅在多精度定位接收組群及移動終端上附加有超聲波模塊且為單向傳輸，多精度定位接收組群接收移動終端發送來的超聲波信號，用於超聲波定位。圖3為本實用新型一種多精度室內定位系統及方法的定位流程圖，步驟如下步驟I :開始定位，分為兩種啟動定位方式。第一種是被動啟動定位模式，是由控制中心向指定移動終端發送定位啟動命令，命令中包含啟動命令標識符和相應移動終端的編號，命令發出後喚醒睡眠模式下的各移動終端，移動終端接收命令並確定為啟動命令且呼叫的編號與本身所記錄的編號相一致時開第二種是主動啟動定位模式，是待定位移動物體主動按下所攜帶的移動終端上的開關，此時移動終端向控制中心發送已啟動定位及自身編號信息，控制中心接收到後向移動終端返回確認信息，開始主動啟動定位。步驟2 :當移動終端啟動定位時，移動終端先由自身攜帶的ZigBee無線定位模塊向多精度定位接收組群發送廣播信息，提示多精度定位接收組群開始準備低精度定位，只有接收到廣播信息的多精度定位接收組才被喚醒並開始準備低精度定位過程，這樣大大較少了整個系統的耗電情況。步驟3 :啟動準備定位的多精度定位接收組由自身攜帶的ZigBee無線控制模塊向移動終端發送目前ZigBee無線控制模塊所在地的二維坐標值，由於ZigBee技術本身在傳輸數據時存在防衝突機制，所以當有多個ZigBee無線控制模塊向移動終端發送數據時，可智能防止數據衝突，防止接收數據錯誤，系統癱瘓等情況。傳輸完成後ZigBee無線控制模塊重新進入睡眠模式。步驟4 :移動終端接收到各個多精度定位接收組中ZigBee無線控制模塊發來的數據，同時生成相應的接收信號強度值(RSSI)，之後將這些數據傳送至控制中心，由控制中心結合已有算法進行計算定位，並顯示出來。步驟5 :控制中心計算出定位範圍後，根據本身存儲的多精度定位接收組分布情況及各多精度定位接收組組內攜帶超聲波接收模塊情況，向定位範圍附近的多精度定位接收組發送高精度定位準備命令，當多精度定位接收組接收到高精度定位準備命令時喚醒睡眠模式下的超聲波接收模塊，並向控制中心發送確認信息，待接到反饋回的確認信息時再向移動終端發送高精度定位命令，向多精度定位接收組群發送計時命令。步驟6 :移動終端接收到高精度定位命令後由自身攜帶的超聲波發射模塊向多精度定位接收組群發送超聲波，多精度定位接收組群接收到計時命令時組內各超聲波接收模塊開始計時，當超聲波接收模塊接收到超聲波時停止計時，通過現場總線向ZigBee控制模塊發送超聲波接收模塊所在的二維坐標值及計時值，再由ZigBee控制模塊分批發向控制中心。步驟7 :控制中心接收完數據後向多精度定位接收組群發送確認信息，多精度定位接收組群接收到確認信息後重新進入睡眠模式，控制中心根據已有算法及接收到的數據進行定位計算並顯示出來。以上所述，僅為本實用新型中的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局 限於此，任何熟悉該技術的人在本實用新型所揭露的技術範圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本實用新型的包含範圍之內。
權利要求1.一種多精度室內定位系統，其特徵在於，包括多精度定位接收組群、控制中心、移動終端，多精度定位接收組群、控制中心、移動終端相互之間雙向無線通信。
2.根據權利要求I所述的多精度室內定位系統，其特徵在於，多精度定位接收組群包括至少一個多精度定位接收組。
3.根據權利要求2所述的多精度室內定位系統，其特徵在於，多精度定位接收組包括ZigBee無線控制模塊、超聲波接收模塊、電源供電模塊，ZigBee無線控制模塊、超聲波接收模塊分別與電源供電模塊連接，ZigBee無線控制模塊、超聲波接收模塊之間通過現場總線連接。
4.根據權利要求3所述的多精度室內定位系統，其特徵在於，ZigBee無線控制模塊包括現場總線數據傳輸模塊I、微控制器I、集成ZigBee無線模塊,集成ZigBee無線模塊依次通過微控制器I、現場總線數據傳輸模塊I與現場總線連接。
5.根據權利要求3所述的多精度室內定位系統，其特徵在於，每個多精度定位接收組至少包括一個超聲波接收模塊，超聲波接收模塊包括現場總線數據傳輸模塊II、微控制器II、脈衝轉換模塊、自動增益模塊、超聲波換能器，超聲波換能器依次通過自動增益模塊、脈衝轉換模塊、微控制器II、現場總線數據傳輸模塊II與現場總線連接，超聲波換能器與移動終端通信。
6.根據權利要求I所述的多精度室內定位系統，其特徵在於，移動終端包括ZigBee無線定位模塊、超聲波發射模塊。
7.根據權利要求I所述的多精度室內定位系統，其特徵在於，控制中心包括ZigBee轉串口無線模塊、上位機模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種定位系統以及定位方法，尤其涉及一種應用於樓宇、室內的位置定位、人員監測領域。本實用新型的多精度室內定位系統，包括多精度定位接收組群、控制中心、移動終端，多精度定位接收組群、控制中心、移動終端相互之間雙向無線通信。本實用新型與現有技術比較，通過搭建多精度定位接收組群將原有的全部通過有線方式連接的超聲波接收組轉換為無線連接方式，並且增加了相對低精度的ZigBee定位技術；不僅解決了原有超聲波接收組在安裝中布置電線過長等繁瑣的問題，而且比單純的將超聲波定位模塊與ZigBee定位模塊機械的整合在一起的技術成本大幅減少。
文檔編號G01S5/18GK202600136SQ20122017865
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月24日 優先權日2012年4月24日
發明者張磊, 田陽, 黎明, 宋大雷, 李元 申請人:中國海洋大學, 青島德林科姆電子科技有限公司