專利名稱：多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種定位系統(tǒng)以及定位方法，尤其涉及一種應(yīng)用于樓宇、室內(nèi)的位置定位、人員監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前市場上常見的應(yīng)用各種定位技術(shù)的產(chǎn)品各有其優(yōu)缺點(diǎn)和限制一方面定位精度相對較高的定位技術(shù)成本過高，不適合于大面積推廣使用，另一方面成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單的定位技術(shù)又由于本身的定位精度不高導(dǎo)致很多場合無法使用，有一些定位技術(shù)因?yàn)橐紤]到定位環(huán)境問題不能夠靈活的安裝定位系統(tǒng)，這些都給生產(chǎn)和應(yīng)用帶來極大的不方便?，F(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)中應(yīng)用比較廣泛的有ZigBee定位技術(shù)、超寬帶定位技術(shù)、RFID識別定位技術(shù)與超聲波定位技術(shù)。其中ZigBee定位技術(shù)、超寬帶定位技術(shù)、RFID識別 定位技術(shù)均屬于射頻類定位技術(shù)，如果混合使用容易造成干擾，所以采用ZigBee定位技術(shù)與超聲波定位技術(shù)的混合定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)多精度定位的目的。目前，單獨(dú)的這兩項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品有很多缺陷如CN201096877Y專利文獻(xiàn)中公開的技術(shù)方案中定位采用的為ZigBee無線信號，由于本身信號的不利因素的限制，定位精度并不是很高，平均在3-5米左右，雖然可以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的定位功能，但是在一些要求定位精度高的場合卻并不適用，雖然ZigBee產(chǎn)品在射頻產(chǎn)品領(lǐng)域中成本并不是很高，但與其他通訊方式相比成本仍然不低，由于本身系統(tǒng)中ZigBee模塊都是自身提供供電，在維護(hù)時很不方便。再如CN201594136U專利文獻(xiàn)中公開的技術(shù)方案中定位采用的為超聲波信號，由于本身系統(tǒng)中超聲波接收模塊全部為有線連接，導(dǎo)致在安裝和維護(hù)中很不方便，而且不能夠靈活的布置接收網(wǎng)絡(luò)；以上兩種技術(shù)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范圍內(nèi)的定位精度，不適用于需要多種定位精度的復(fù)雜環(huán)境。又如CN201417142Y專利文獻(xiàn)中公開的技術(shù)方案中單純的將ZigBee技術(shù)與超聲波模塊機(jī)械的結(jié)合，如果直接拿來用于定位，不僅大幅度增加成本而且喪失了應(yīng)有的靈活性。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、安裝維護(hù)方便靈活、成本低、省電、處理速度快、適用于有不同定位精度要求的復(fù)雜空間環(huán)境。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)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(fā)射模塊，一個或多個具有超聲波發(fā)射模塊，ZigBee無線定位模塊帶有可測量接收信號強(qiáng)度(RSSI)功能，并可由輕觸開關(guān)控制定位?？刂浦行挠糜谟?jì)算定位坐標(biāo)并顯示定位情況的，包括ZigBee轉(zhuǎn)串口無線模塊、上位機(jī)模塊，ZigBee轉(zhuǎn)串口無線模塊用于通信，上位機(jī)模塊用于計(jì)算及顯示。用于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、一個電源供電模塊并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(xiàn)場總線連接，接收組中各模塊均由電源供電模塊統(tǒng)一供電；ZigBee無線控制模塊包括現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊I與現(xiàn)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(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊II、微控制器II、脈沖轉(zhuǎn)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、脈沖轉(zhuǎn)換模塊、微控制器II、現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊II與現(xiàn)場總線連接，超聲波換能器與移動終端通信。 本實(shí)用新型的另一個目的是提供一種采用上述系統(tǒng)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(dāng)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(fā)送廣播信息，提示多精度定位接收組群開始準(zhǔn)備低精度定位；(3)啟動準(zhǔn)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(fā)送目前ZigBee無線控制模塊所在地的二維坐標(biāo)值,傳輸完成后,ZigBee無線控制模塊重新進(jìn)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(fā)來的數(shù)據(jù)，同時生成相應(yīng)的接收信號強(qiáng)度值，之后將這些數(shù)據(jù)傳送至控制中心，由控制中心計(jì)算定位，并顯示出來；(5)控制中心計(jì)算出定位范圍后，根據(jù)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(nèi)攜帶超聲波接收模塊情況，向定位范圍附近的多精度定位接收組發(fā)送高精度定位準(zhǔn)備命令，當(dāng)多精度定位接收組接收到高精度定位準(zhǔn)備命令時喚醒睡眠模式下的超聲波接收模塊，并向控制中心發(fā)送確認(rèn)信息，待接到反饋回的確認(rèn)信息時再向移動終端發(fā)送高精度定位命令，向多精度定位接收組群發(fā)送計(jì)時命令；(6)移動終端接收到高精度定位命令后由自身攜帶的超聲波發(fā)射模塊向多精度定位接收組群發(fā)送超聲波，多精度定位接收組群接收到計(jì)時命令時組內(nèi)各超聲波接收模塊開始計(jì)時，當(dāng)超聲波接收模塊接收到超聲波時停止計(jì)，通過現(xiàn)場總線向ZigBee無線控制模塊發(fā)送超聲波接收模塊所在的二維坐標(biāo)值及計(jì)時值，再由ZigBee無線控制模塊分批發(fā)向控制中心；(7)控制中心接收完數(shù)據(jù)后向多精度定位接收組群發(fā)送確認(rèn)信息，多精度定位接收組群接收到確認(rèn)信息后重新進(jìn)入睡眠模式，控制中心根據(jù)已有算法及接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位計(jì)算并顯示出來。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)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(zhuǎn)換為無線連接方式，并且增加了相對低精度的ZigBee定位技術(shù)；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(jī)械的整合在一起的技術(shù)成本大幅減少。2、多精度定位接收組由于有組內(nèi)單獨(dú)的電源供電模塊向全組內(nèi)用電模塊供電，使得在維護(hù)過程中較容易的集中更換電源部分，降低維護(hù)成本。3、由于多精度定位接收組內(nèi)超聲波接收模塊的數(shù)量是任意的，所以可以根據(jù)現(xiàn)場的復(fù)雜安裝環(huán)境靈活調(diào)整。適用于各種復(fù)雜環(huán)境。4、不同環(huán)境對定位的精度要求并不一致，在定位精度要求較高的區(qū)域高密度擺放超聲波接收模塊，在定位精度要求不高的區(qū)域，為了節(jié)省開支可降低該區(qū)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(shù)實(shí)現(xiàn)定位。從而實(shí)現(xiàn)了多精度定位的目的。5、由于ZigBee技術(shù)在傳輸過程中本身具有防沖突機(jī)制，解決了原有超聲波 定位技術(shù)中可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突問題及在大面積區(qū)域內(nèi)定位速度慢的問題。6、本實(shí)用新型系統(tǒng)多個部分長期處于睡眠模式，只有當(dāng)定位時才開始正常工作，并且結(jié)合先低精度定位后高精度定位的方法，切實(shí)有效的減少需要喚醒的多精度定位接收組，為整個系統(tǒng)節(jié)省了大量的電力。7、所有定位數(shù)據(jù)均由控制中心接收后進(jìn)行計(jì)算定位，充分結(jié)合了云運(yùn)算的思想。

圖I為本實(shí)用新型的整體模塊示意圖；圖2為本實(shí)用新型的多精度定位接收組模塊示意圖；圖3為本實(shí)用新型定位方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的多精度定位系統(tǒng)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(xiàn)場總線連接。ZigBee無線控制模塊包括現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊I與現(xiàn)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(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊
II、微控制器II、脈沖轉(zhuǎn)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、脈沖轉(zhuǎn)換模塊、微控制器II、現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊II與現(xiàn)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(fā)射模塊?？刂浦行陌╖igBee轉(zhuǎn)串口無線模塊、上位機(jī)模塊。本系統(tǒng)利用多個多精度定位接收組,使ZigBee無線定位技術(shù)和超聲波定位技術(shù)相結(jié)合，由控制中心動態(tài)計(jì)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(jìn)行通訊，多精度定位接收組組內(nèi)的超聲波接收模塊和ZigBee無線控制模塊是由有線方式進(jìn)行通訊。移動終端和控制中心之間采用被動定位和主動定位兩種驅(qū)動方式；其中，主動定位是移動終端要求控制中心對其進(jìn)行定位；被動定位是控制中心主動對移動終端進(jìn)行定位。多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)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，并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(fā)送來的超聲波信號，用于超聲波定位。圖3為本實(shí)用新型一種多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)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(fā)送定位啟動命令，命令中包含啟動命令標(biāo)識符和相應(yīng)移動終端的編號，命令發(fā)出后喚醒睡眠模式下的各移動終端，移動終端接收命令并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(guān)，此時移動終端向控制中心發(fā)送已啟動定位及自身編號信息，控制中心接收到后向移動終端返回確認(rèn)信息，開始主動啟動定位。步驟2 :當(dāng)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(fā)送廣播信息，提示多精度定位接收組群開始準(zhǔn)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并開始準(zhǔn)備低精度定位過程，這樣大大較少了整個系統(tǒng)的耗電情況。步驟3 :啟動準(zhǔn)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(fā)送目前ZigBee無線控制模塊所在地的二維坐標(biāo)值，由于ZigBee技術(shù)本身在傳輸數(shù)據(jù)時存在防沖突機(jī)制，所以當(dāng)有多個ZigBee無線控制模塊向移動終端發(fā)送數(shù)據(jù)時，可智能防止數(shù)據(jù)沖突，防止接收數(shù)據(jù)錯誤，系統(tǒng)癱瘓等情況。傳輸完成后ZigBee無線控制模塊重新進(jìn)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(fā)來的數(shù)據(jù)，同時生成相應(yīng)的接收信號強(qiáng)度值(RSSI)，之后將這些數(shù)據(jù)傳送至控制中心，由控制中心結(jié)合已有算法進(jìn)行計(jì)算定位，并顯示出來。步驟5 :控制中心計(jì)算出定位范圍后，根據(jù)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(nèi)攜帶超聲波接收模塊情況，向定位范圍附近的多精度定位接收組發(fā)送高精度定位準(zhǔn)備命令，當(dāng)多精度定位接收組接收到高精度定位準(zhǔn)備命令時喚醒睡眠模式下的超聲波接收模塊，并向控制中心發(fā)送確認(rèn)信息，待接到反饋回的確認(rèn)信息時再向移動終端發(fā)送高精度定位命令，向多精度定位接收組群發(fā)送計(jì)時命令。步驟6 :移動終端接收到高精度定位命令后由自身攜帶的超聲波發(fā)射模塊向多精度定位接收組群發(fā)送超聲波，多精度定位接收組群接收到計(jì)時命令時組內(nèi)各超聲波接收模塊開始計(jì)時，當(dāng)超聲波接收模塊接收到超聲波時停止計(jì)時，通過現(xiàn)場總線向ZigBee控制模塊發(fā)送超聲波接收模塊所在的二維坐標(biāo)值及計(jì)時值，再由ZigBee控制模塊分批發(fā)向控制中心。步驟7 :控制中心接收完數(shù)據(jù)后向多精度定位接收組群發(fā)送確認(rèn)信息，多精度定位接收組群接收到確認(rèn)信息后重新進(jìn)入睡眠模式，控制中心根據(jù)已有算法及接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行定位計(jì)算并顯示出來。以上所述，僅為本實(shí)用新型中的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的包含范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I所述的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求2所述的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，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(xiàn)場總線連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，ZigBee無線控制模塊包括現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)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(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊I與現(xiàn)場總線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，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(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊II、微控制器II、脈沖轉(zhuǎn)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、脈沖轉(zhuǎn)換模塊、微控制器II、現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)傳輸模塊II與現(xiàn)場總線連接，超聲波換能器與移動終端通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，移動終端包括ZigBee無線定位模塊、超聲波發(fā)射模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，其特征在于，控制中心包括ZigBee轉(zhuǎn)串口無線模塊、上位機(jī)模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種定位系統(tǒng)以及定位方法，尤其涉及一種應(yīng)用于樓宇、室內(nèi)的位置定位、人員監(jiān)測領(lǐng)域。本實(shí)用新型的多精度室內(nèi)定位系統(tǒng)，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(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)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(zhuǎn)換為無線連接方式，并且增加了相對低精度的ZigBee定位技術(shù)；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(jī)械的整合在一起的技術(shù)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(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者張磊, 田陽, 黎明, 宋大雷, 李元 申請人:中國海洋大學(xué), 青島德林科姆電子科技有限公司