定位系統及其主控設備和目標設備的製作方法

2023-07-20 12:09:11

專利名稱：定位系統及其主控設備和目標設備的製作方法
技術領域：
定位系統及其主控設備和目標設備
技術領域：
本實用新型涉及具有主控設備和目標設備的定位系統，該定位系統尤其適用於對安裝有小型目標設備的目標物進行定位。
背景技術：
市面上已有許多種定位系統，如車輛定位器、GPS、手機以及其它手持定位裝置，而這些系統都比較複雜和昂貴，需要地圖和網絡等工具的輔助。現代生活中，人們迫切需要一種簡單的定位系統。因此，亟需一種簡單、廉價、低能耗的定位系統。

發明內容
·[0004]本實用新型的提供一種定位系統的主控設備，所述主控設備包括處理器；與處理器通信連接的輸入裝置；與處理器通信連接的輸出裝置；與處理器通信連接的收發器，用於向定位系統的目標設備發送信號以及接收所述目標設備的響應信號；與收發器通信連接的天線。在一個優選方案中，所述主控設備還包括定時電路，所述定時電路與所述收發器、處理器通信連接。在一個優選方案中，所述主控設備還包括睡眠定時器，所述睡眠定時器與所述處理器通信連接。在一個優選方案中，所述天線包括定向接收天線和發射天線；所述接收天線通過巴倫轉換器、低噪放大器連接到射頻開關；所述發射天線通過限帶濾波器、功率放大器連接到所述射頻開關。在一個優選方案中，所述輸出設備包括用於表不信號強度的顯不器、振蕩器和/或音頻器。在一個優選方案中，所述主控設備還包括存儲器，所述存儲器與所述處理器通信連接。本實用新型還提供一種定位系統的目標設備，所述目標設備包括處理器；與處理器通信連接的收發器，用於接收定位系統的主控設備的信號以及向所述主控設備發送響應信號；與收發器通信連接的天線。在一個優選方案中，所述目標設備還包括定時電路和睡眠定時器；所述睡眠定時器與處理器通信連接，所述定時電路與處理器、收發器通信連接。在一個優選方案中，所述目標設備還包括用於指示信號的顯示器和/或音頻器，所述顯示器和/或音頻器與處理器通信連接。本實用新型還提供由上述主控設備、目標設備構成的定位系統。本實用新型提供的定位系統、主控設備、目標設備具有結構簡單、成本低、操作簡便的優點。
圖I所示是本實用新型所提供的定位系統的主控設備的示意圖，該主控設備用於找到目標設備相對於主控設備的位置；圖2是本實用新型所提供的定位系統的目標設備的示意圖，該目標設備用於向主控設備發送定位響應信號；圖3所示是一個實施例中主控設備的操作流程圖；圖4所示是一個實施例中目標設備的操作流程圖；圖5所示是一個實施例中定位過程的操作流程圖；圖6所示是2. 4GHz無線射頻在距離上的信號衰減示意圖表；圖7所示是在主控設備接收的信號強度中的能量指標數值和聲音圖案變化示意圖表。
具體實施方式本實用新型涉及一種用於確定目標設備相對於手持主控設備的位置的系統、方法和裝置。主控設備由用戶激發後，以爆發數據流的形式向目標設備發射數據包。目標設備用於接收到所述爆發數據流的一個數據包後持續地向主控設備發出響應數據包。主控設備計算出來自目標設備的數據包中的信號強度並以聲音和圖像的形式向用戶顯示出信號強度，隨後用戶即可得知目標設備的距離遠近。用戶握持主控設備繞其身體各方向移動從而可以獲知相對最大的信號強度，這樣用戶即可知曉目標設備的位置方向。用戶沿該方向前行並反覆移動主控設備然後向相對信號強度最大的方向行走直至獲得最大信號強度。本實用新型所提供的系統具有利用非對稱傳輸系統來確定標籤與主控設備之間位置的能力。目標設備所捕捉到的信號在時間上並不與一個完整的數據包中的起止順序相一致。但是，主控設備按照時間推移的順序反覆發射數據包，目標設備循環地捕捉序列中的完整數據包。定位系統實例圖I和2示出了一個通訊系統的實例，其包括主控設備和目標設備，主控設備在信道中發射一個序列，而目標設備在信道中以半雙工的方式向主控設備進行反饋。主控設備的實例中包括定向接收天線11和發射天線27。接收天線11連接在巴倫(balun)轉換器12上，巴倫轉換器12連接在低噪放大器13上，而低噪放大器13連接在無線射頻開關(RF開關)14上，RF開關14連接在功率放大器25上，功率放大器25連接在限帶濾波器26上，限帶濾波器26連接在發射天線27上，RF開關14連接在巴倫轉換器15上，巴倫轉換器15連接在與處理器19相聯接的收發器16上。音頻器24、振蕩器23和顯示器20連接在處理器上用於指示信號。在收發器和處理器上設置有計時電路17，與處理器相連的睡眠計時器18用於節能。輸入裝置21連接在處理器上用於控制輸入，連接在處理器上的存儲器22能提供額外的存儲空間。目標設備的實例中包括連接在巴倫轉換器3上的天線2，巴倫轉換器3連接在收發器4上。收發器與處理器7相連，音頻器9和顯示器8連接在處理器上用於指示信號。在收發器和處理器上設置有計時電路5，與處理器相連的睡眠計時器6用於節能.[0028]豐控設各實例圖I示出了與目標設備進行通訊的主控設備的實例。目標設備在預設的時間間隔上被睡眠和喚醒計時器激活並接收來自主控設備的定位激活信號，目標設備判斷所接收的信號並確定該信號是否是用於定位激活。隨後目標設備向主控設備應答出位置響應信號，從而啟動定位操作。主控設備所具有處理器是任何適於數據處理的裝置，至少包括但不限於微處理器、微控制器、CISC處理器、RISC處理器或專用集成電路ASIC等。該處理器用於接收和判斷輸入、控制輸出、測井數據、接收存入數據、以及執行程序等。處理器並與諸多電路元件進行通訊，如時控電路、輸入電路、顯示輸出電路、音頻輸入或輸出電路、存儲電路和記憶電路等。「輸入」可以是來自諸多輸入設備或用戶輸入的方式，如中斷信號、喚醒計時器、 鍵盤、鍵區、一個或多個按鈕或按鍵、觸控螢幕被動或主動、觸摸板、操作杆、操作板、壓敏輸入器，或其它處理器以及通過軟體程序生成的輸入。在一些實例中，聲音也可經音頻輸入處理器如模擬數字轉換電路或包含模擬數字轉換裝置的編-解碼電路CODEC而被輸入到主控設備。可在主控設備內置麥克風，或在主控設備上設置外接麥克風接口作為聲音輸入。麥克風接收到的信號所轉換的數位訊號也可被理解成是「輸入」，基於聲音的輸入也可被主控設備所採用。在一些實施例中，聲音-文字轉換器也可被集成在與處理器進行通訊的硬體中，在另一些實例中，由音頻輸入處理器處理的基於軟體控制的音頻識別也可作為一種音頻輸入的形式而成為「輸入」的實例。音頻輸出電路可用作向主控設備用戶提供聽覺信息、導航與位置信息報告的指示裝置。音頻輸出電路可包括音頻輸出裝置和音頻輸出處理器。音頻輸出處理器與輸出裝置共同向用戶提供聽覺的通知。音頻輸出裝置和音頻輸出處理器可被整合在一起。音頻輸出裝置可以是耳機或揚聲器的音頻驅動電路，在一些實施例中，主控設備設有揚聲器或壓電器件用以提供聲音輸出，在另一些實施例中，在主控設備上可設置音頻輸出接口如耳機插口以使用戶可以連接耳機類裝置或外接揚聲器。音頻處理器可以是單聲道生成電路、多聲道生成電路、多聲道合成電路、聲音合成電路、MIDI讀出電路、或聲音播放電路。在一些實施例中，音頻處理器包括數-模轉換裝置如數字-模擬轉換電路或編-解碼電路。語音合成電路包括文字-語音識別器，語音合成器可提供各種方言和口音，如男聲、女聲、機器人聲、英國口音、法國口音、西班牙口音等。在一些實例中，音頻輸出處理器可提供任何想要的格式的音樂播放，如有損壓縮的聲音文件、無損壓縮的聲音文件、或未壓縮的聲音文件。在其它實施例中，音頻輸出處理器可用於播放預先錄製的聲音或用戶錄製聲音。錄製的聲音可以是語音、名人錄音、印象深刻的可辨認聲音。在一些實施例中，音頻輸出處理器在功能上可與前述的音頻輸入處理器整合在一起。顯示電路也可用作向主控設備用戶提供視覺信息、導航信息和位置信息的指示裝置。顯示電路可以提供任何可能的視頻輸出，如LED顯示、IXD顯示、主動式顯示、被動式顯示、黑白顯示、單色顯示和/或多色顯示。其它舉例的顯示電路可以是離散排列的LED、七段顯示器、以及其它可提供視覺信息的發光二級裝置。在一些實施例中，用戶界面與顯示輸出裝置可整合在一起，如，與液晶顯示器一體化的觸控螢幕。在別的實例中，用戶輸入界面與視頻輸出裝置是獨立設置的。[0035]在一些實例中，距離信息在顯示電路中以文字數字表徵如，10，1(V，10ft，10m等；在其它實施例中，距離信息以圖表信息表徵如符號、線條或其他幾何圖形，其它文字數字與圖形的結合也可用於表徵距離。處理器以應用模式控制邏輯去響應各種如下所述的用戶輸入的有效無效的操作模式。模式控制邏輯以及任何響應的對主控設備的設置都是以軟體的形式提供或內置在被處理器所執行的常規存儲器中的固件如ROM中，或其它等效機制如非易失性存儲器NVM、R存裝置、微處理器中的硬編碼指令等。在其它實施例中，處理器和存儲器可被可編程邏輯器件PLD、經特殊設計的電路如特別嵌入的應用程式所代替，來提供相近似的功效。收發器模塊16被用於發射和接收操作，其可以是單獨的發射器和單獨的接收器。對於發送操作通過載波頻率、擴頻載波、和/或頻率跳變方式載送調製如多相相移鍵控、雙相相移鍵控、正交相移鍵控、差分相移鍵控、連續相位調製、多振幅多相位相移鍵控等信號。RF開關14被用於將載波調製信號傳遞到功率放大器25。調製信號被放大並 傳遞到限帶濾波器26。限帶濾波器連接在天線和功率放大器之間，這樣頻帶外的信號即被忽略掉。限帶濾波器26可以是任何提供合理帶寬限制功用的濾波器，如無源帶通濾波器、有源帶通濾波器、表面聲波SAW濾波器、體聲波BAW濾波器、梳妝濾波器、帶狀線濾波器等。對於接收操作接收來自目標設備的輸送信號。經由RF開關14從定向天線11接收到調製如多相相移鍵控、雙相相移鍵控、正交相移鍵控、差分相移鍵控、連續相位調製、多振幅多相位相移鍵控等信號。接收到的信號由同樣具有信號處理功能的基帶處理器進行處理上述主控設備通過對接收到的信號強度測量來執行對目標設備的定位。比如，相對強的接收信號強度可被確定為在主控設備與目標設備之間具有相對短的距離。相對弱的接收信號強度可被確定為在主控設備與目標設備之間具有相對長的距離。通常來說，用戶開啟搜尋模式以獲取通訊連接，同時計算出初始的接收信號強度，接著用戶開啟定位模式，並握持主控設備繞其身體各方向移動從而獲知相對最強的信號強度，隨後用戶即可得知目標設備的距離遠近來。用戶握持主控設備繞其身體各方向移動從而可以獲知相對最大的信號強度，這樣用戶即可知曉目標設備的位置方向。用戶沿該方向前行並反覆移動主控設備然後向相對信號強度最大的方向行走直至獲得最大信號強度。目標設備實例圖IB示出了目標設備與主控設備進行通訊聯絡的實例。在該實例中，目標設備的重量輕形體小可被放置於任何物體上，如人體、寵物、玩具、錢包等。目標設備用於接收如前所述的來自主控設備的收發器模塊4經由天線2發出的位置主動信號。發射器可以是單獨的發射器和單獨的接收器。收發器調節載波頻率並解碼基帶信號。處理方法是由目標設備中的處理器執行基帶處理和信號分析。需要注意的是本實用新型所提供的目標設備中的處理器是用於響應接收自主控設備的應用模式控制邏輯。模式控制邏輯以及任何對應的對目標設備的設置都設定在存儲設備中，或微處理器的硬編碼指令中，等等。在其它實例中，處理器和存儲器可被可編程邏輯器件PLD、經特殊設計的電路如特別嵌入的應用程式所代替，來提供相近似的功效。由目標設備向主控設備發送響應信息並被主控設備所識別和定位，並從目標設備接收數據。響應信息由處理器發出並由收發器調製。收發器模塊與天線連接並傳輸信號。[0046]由於目標設備是由有限的電池提供電量，目標設備通常是處於低能耗或睡眠模式。睡眠模式所消耗的能量足以操作睡眠計時器。基於預設的時間間隔，目標設備被激活如由睡眠計時器喚醒並搜尋接收信號。如果沒有可識別的信號被接收到，目標設備將重新處於睡眠模式。標籤所具有的定時信號是由圖2中的計時電路5所發出的。處理器和收發器由相同的時鐘信號所操控。系統所使用的定時信號是來自目標設備本地發出的振蕩信號，被數位化地合成為收發器載波信號。計時電路具有通過校準邏輯電路校準高頻率時鐘的額外功能。校準邏輯電路具有任意數量的高頻計數器、低頻計數器、數字比較器電路以及其它邏輯電路，如寄存器、鎖存器及相關的邏輯。在有校準信號時，校準邏輯的操作被激活，就如在應用模式控制邏輯下對處理器的響應。音頻器9和顯示器8用於在操作中指示和提醒用戶。上述主控設備可用於在較長時間間隔上如，幾秒鐘提供相對高功率的傳輸信號以 確保目標設備具有足夠的時間去捕捉所需的信號，以及在受到幹擾而致信號中斷時重新捕捉信號。目標設備所能捕捉的能量上限取決於主控設備的輻射功率乘以目標設備的捕捉時間間隔，乘以任何損失因素，取決於傳輸路徑。目標設備可在比主控設備短的時間間隔下傳輸低功率傳輸信號。目標設備所能捕捉的能量上限取決於主控設備的輻射功率乘以目標設備的捕捉時間間隔，乘以任何損失因素，取決於傳輸路徑。系統中的每一目標設備在與主控設備配對時都具有16位識別符，用以唯一指定每一目標設備。示範件操作流稈圖3是主控設備的示範性操作流程圖。當用戶或者其他進行發起定位特定目標設備的請求時，定位流程開始。用戶可通過按鈕或者其他方式的輸入激活主動設備進入定位模式。主控設備的模式邏輯評估用戶的輸入，判斷用戶的輸入是否請求定位模式。如圖3所示，用戶選擇進入定位模式後，定位信號由主控設備發射到目標設備。主控設備隨後等待目標設備的回應。如果沒有檢測到回應，主控設備將再次發射定位信號。如果依然沒有檢測到回應，那麼，主控設備向用戶發出「超出範圍」警示，然後進入睡眠模式以節省能量。如果檢測到目標設備的回應，主控設備就測量所接收到的信號的強度，並持續更新主控設備的指示器，以告知用戶當前接收到的信號強度。指示器可以是LCD顯示器、音頻器、振蕩器等。主控設備接著等待用戶的其他輸入，以退出定位模式。圖4是目標設備的操作流程圖。如圖4所示，目標設備最初處於節能接收模式。目標設備檢測到主控設備的定位信號時，持續地向主控設備發射定位響應信號。當檢測到主控設備的末信號時，目標設備返回節能接收模式。圖5是定位系統的操作流程圖。如圖5所示，用戶發起定位特定目標設備的請求時，主控設備進入定位模式。定位結果在幾秒鐘後顯示。根據如圖6所示的2. 4GHz的射頻信號隨著距離的衰減，主控設備測量所接收到的信號的強度。該信號強度被轉換成能量級指示和聲音式樣，以告知用戶目標設備的位置有多遠。圖7顯示了本實例採用的能力級指不和聲音式樣。[0058]用戶握著主控設備在身體周圍擺動，就可確認最大的能力級指示和聲音式樣。據此，用戶將知道目標設備的定位方向。用戶沿著該方向往前移動 ，並重複在身體周圍擺動主控設備以及沿著最大能力級指示/聲音式樣的方向前行，最後將獲得最大的信號強度，從而找到目標設備。對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
權利要求1.一種定位系統的主控設備，其特徵在於，所述主控設備包括 處理器(19)； 與處理器(19)通信連接的輸入裝置(21)； 與處理器(19)通信連接的輸出裝置(23，24)； 與處理器(19)通信連接的收發器(16)，用於向定位系統的目標設備發送信號以及接收所述目標設備的響應信號；以及 與收發器(16)通信連接的天線(11，27)。
2.根據權利要求I所述的主控設備，其特徵在於，所述主控設備還包括定時電路(17)，所述定時電路(17)與所述收發器(16)、處理器(19)通信連接。
3.根據權利要求2所述的主控設備，其特徵在於，所述主控設備還包括睡眠定時器(18)，所述睡眠定時器(18)與所述處理器(19)通信連接。
4.根據權利要求I所述的主控設備，其特徵在於，所述天線包括定向接收天線(11)和發射天線(27);所述接收天線(11)通過巴倫轉換器(12)、低噪放大器(13)連接到射頻開關(14);所述發射天線(27)通過限帶濾波器(26)、功率放大器(25)連接到所述射頻開關(14)。
5.根據權利要求I所述的主控設備，其特徵在於，所述輸出設備包括用於表示信號強度的顯示器(20)、振蕩器(23)和/或音頻器(24)。
6.根據權利要求I所述的主控設備，其特徵在於，所述主控設備還包括存儲器(22)，所述存儲器(22)與所述處理器(19)通信連接。
7.—種定位系統的目標設備，其特徵在於，所述目標設備包括 處理器(7)； 與處理器(7)通信連接的收發器(4)，用於接收定位系統的主控設備的信號以及向所述主控設備發送響應信號；以及 與收發器(4)通信連接的天線(2)。
8.根據權利要求7所述的目標設備，其特徵在於，所述目標設備還包括定時電路(5)和睡眠定時器(6);所述睡眠定時器(6)與處理器(7)通信連接，所述定時電路(5)與處理器(7)、收發器(4)通信連接。
9.根據權利要求7所述的目標設備，其特徵在於，所述目標設備還包括用於指示信號的顯示器(8)和/或音頻器(9)，所述顯示器(8)和/或音頻器(9)與處理器(7)通信連接。
10.一種定位系統，其特徵在於，包括如權利要求I至6中任意一項所述的主控設備、如權利要求7至9中任意一項所述的目標設備。
專利摘要本實用新型涉及定位系統及其主控設備和目標設備。主控設備包括處理器(19)；與處理器(19)通信連接的輸入裝置(21)；與處理器(19)通信連接的輸出裝置(23，24)；與處理器(19)通信連接的收發器(16)，用於向定位系統的目標設備發送信號以及接收所述目標設備的響應信號；與收發器(16)通信連接的天線(11，27)。目標設備包括處理器(7)；與處理器(7)通信連接的收發器(4)，用於接收定位系統的主控設備的信號以及向所述主控設備發送響應信號；與收發器(4)通信連接的天線(2)。本實用新型提供的定位系統、主控設備、目標設備具有結構簡單、成本低、操作簡便的優點。
文檔編號G01S1/08GK202693785SQ20122019527
公開日2013年1月23日 申請日期2012年5月3日 優先權日2012年5月3日
發明者梁俊強 申請人:堯基國際有限公司