CN102438202A

CN102438202A - 基于Zigbee无线定位的语音播报系统

Info

Publication number: CN102438202A
Application number: CN201110264023XA
Authority: CN
Inventors: 卫星; 张利; 张建军; 魏振春; 袁猛猛; 周尧
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2012-05-02

Abstract

本发明公开了一种基于Zigbee无线定位的语音播报系统，包括定位标签子节点模块、固定节点模块、终端模块。定位标签子节点模块信息的与固定节点模块间的信息交换采用Zigbee双向无线连接，固定节点模块与终端模块间的信息采用双向Zigbee无线连接。本发明由于一方面采用Zigbee标准进行无线通讯，保证了通讯的质量，并且由于Zigbee标准为免费使用的无线通信标准，因此节省了大量许可使用费，进而降低了成本。另一方面本系统的组成部分都相对简单、功耗低、布置灵活性高，具有较高的可推广性。本发明不仅能够对物体进行短距离精确定位，而且还能够播报系统中人为预先载入语音信息，帮助人们了解重点位置的信息。

Description

基于Zigbee无线定位的语音播报系统

技术领域

本发明涉及定位监控语音播放系统，具体为一种适用于定位且需要语音信息提示场合的基于Zigbee无线定位的语音播报系统。

背景技术

Zigbee无线定位的语音播报系统是指通过Zigbee和超声波技术对移动节点模块携带者实现精确定位，并且在特定的场合区对移动节点携带者具有语音提示功能的系统。旅游景点是该系统的一个典型运用场合。传统的旅游方式是导游带领游客参观景点，在参观的过程中向游客介绍景点详细有关情况。传统旅游方式仍然是人们选择外出旅游的主要方式，但是传统旅游业仍面临以下主要问题,首先是嘈杂的环境对游客们的影响，导游带领参观的景点都是一些著名景点，一般情况下参观的人数较多，环境相对而言比较吵杂，这就必然导致导游在介绍景点的优美风景或者历史文化内涵的时候，游客受到影响，游客或者听不到或者听不清。其次是游客自身的素质问题，有些游客并不是对所有的参观景点感兴趣，他们可能只是对极个别景点感兴趣，但是考虑大部分游客的情况，导游会对所有的景点都做详细介绍，这必然使得这部分游客丧失耐心，有的会不遵守纪律私自离队或者脱离团队，较容易造成脱离团队。在当代由于导游的素质不是很高，导游欺骗游客、强制游客购物等现象频频发生，导致游客对导游的信任度越来越低，自助旅游越来越流行，导致旅游中的暴露的一系列问题日益突出。

现有技术的定位方式有以下几种：

1、以红外线发射器+接受中断的系统方式，工作原理是通过红外线被遮挡产生中断进行定位。该方式的主要优点是装置便宜，运行成本低；其不足是红外线易受非移动节点装置的阻挡，在人流量较大的场合根本不适用，市场运行价值低

2、以GPS+PDA终端的系统方式，工作原理是利用GPS技术无线定位，并通过PDA的阅读或者收听信息。此方式的优点是定位精度高并具有自动导航功能；其不足是系统实现成本高、定位精度受到山和高大建筑物的影响

3、手机定位的方式，这种方式是用户在电信移动运营商的帮助下付费实现定位的。此种定位方式的缺点是在电波传播不好的环境中，手机定位精度低甚至不能定位，并且响应时间较长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Zigbee无线定位的语音播报系统，以实现对移动节点的精确定位和语音提示。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：包括固定节点模块，以及分别与固定节点模块双向无线通讯连接构成Zigbee网络的定位标签子节点模块、终端模块；

所述定位标签子节点模块包括型号STC12C5632的单片机一，以及分别电接入单片机一的型号为CC2431的Zigbee模块一、SD卡、型号为VS1003的解码芯片，所述Zigbee模块一通过自身的UART接口接入单片机一，SD卡、解码芯片分别通过各自自身的SPI接口接入单片机一，所述单片机一对输入单片机一中的数据进行变换并输出变换后的数据，所述Zigbee模块一与固定节点模块双向无线通讯，所述SD卡中存放有与地理位置相关的MP3音频文件供单片机调用，所述解码芯片对单片机调用的SD卡中的MP3音频文件进行解码并进行相应的语音播放；

所述固定节点模块包括型号为STC12C5632的单片机二，以及分别电接入单片机二的型号为CC2430的Zigbee模块二、型号为HC-SR04的超声波传感器，所述Zigbee模块二通过自身的UART接口接入单片机二，超声波传感器通过自身的I/O接口接入单片机二，所述单片机二对输入单片机二中的数据进行变换并输出变换后的数据，所述Zigbee模块二与定位标签子节点模块中的Zigbee模块一双向通讯构成Zigbee网络以实现双向无线通讯，并且Zigbee模块二与Zigbee模块一配合以定位移动中的定位标签子节点，Zigbee模块二还与终端模块双向无线通讯，所述超声波传感器感应所述定位标签子节点模块并测量定位标签子节点模块与固定节点模块之间距离；

所述终端模块包括PC机，以及接入PC机的型号为CC2430的Zigbee模块三，所述Zigbee模块三通过自身的UART接口接入PC机，Zigbee模块三与固定节点模块中的Zigbee模块二双向通讯构成Zigbee网络以实现双向无线通讯，所述PC机根据固定节点模块中Zigbee模块二对定位标签子节点的定位，以及超声波传感器测量得到的定位标签子节点模块与固定节点模块之间距离，实时动态显示所述定位标签子节点模块所在位置。

所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：所述定位标签子节点模块为移动的节点，定位标签子节点模块携带在移动体上，具有定位功能。

所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：所述固定节点模块安装在特定的地理位置，在平面坐标系下固定节点模块的坐标是已知的。所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：多个定位标签子节点模块与多个固定节点模块通讯连接构成拓展结构。所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：对于单个定位标签子节点模块的定位，首先固定节点模块中的超声波传感器判断感应区是否有定位标签子节点模块的携带者；当超声波传感器判断感应区内有定位标签子节点模块携带者时，固定节点模块中的Zigbee模块二向携带者携带的定位标签子节点模块发送ID编号消息；定位标签子节点模块的Zigbee模块一接受到所述ID编号消息后，定位标签子节点模块中的解码芯片播放相应的MP3音频文件，同时Zigbee模块一向固定节点模块发送定位标签子节点模块位置消息；固定节点模块中的Zigbee模块二接收到的定位标签子节点模块的位置消息后，将定位标签子节点模块的位置消息发送至终端模块；终端模块中的Zigbee模块三接收到定位标签子节点模块的位置消息后，将定位标签子节点模块的位置信息显示在屏幕上。

所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：对于多个定位标签子节点模块的定位，首先固定节点模块中的超声波传感器判断判断感应区是否有定位标签子节点模块的携带者；当超声波传感器判断感应区内有定位标签子节点模块携带者时，固定节点模块中的Zigbee模块二分别向多个携带者携带的定位标签子节点模块发送多个ID编号消息；多个定位标签子节点模块的Zigbee模块一分别接受固定节点模块发送的多个ID编号消息后，分别根据自身的坐标选择相应的ID编号，并通过各自的解码芯片播放相应的MP3音频文件，然后每个定位标签子节点模块的Zigbee模块一分别向固定节点模块发送自身位置消息；固定节点模块中的Zigbee模块二接收到多个定位标签子节点模块的位置消息后，将多个定位标签子节点模块的位置消息分别发送至终端模块；终端模块中的Zigbee模块三接收到多个定位标签子节点模块的位置消息后，将多个定位标签子节点模块的位置信息分别显示在屏幕上。

本发明利用Zigbee自组网技术与超声波技术相结合对定位标签进行定位，与现有几种定位技术相比定位精度高、定位误差小、实现简单、价格低廉；固定节点拆卸简单、布置灵活，适合快速部署；系统运用的元器件功率都较低、工作寿命长、元器件更换简单方便；定位标签的位置能够实时动态的显示在PC机上，发生人员走失，寻找方便；能够按照不同的景点播放相应的景点解说，并且播放语种可选择，定位标签携带方便。

附图说明

图1是本发明的系统结构总体框图。

图2是本发明的系统工作流程图。

图3是固定模块与多个定位标签间定位原理图。

具体实施方式

如图1所示。本发明包括定位标签子节点模块、固定节点模块、终端模块；

定位标签子节点模块安置于携带者身上，包括型号STC12C5632的单片机一、型号为CC2431的Zigbee模块一、SD卡以及型号为VS1003的解码芯片。Zigbee模块一采用0.18μm CMOS 工艺生产，工作时的电流损耗为27 mA，与Zigbee模块CC2430不同，Zigbee模块一除了Zigbee模块CC2430的全部功能外，Zigbee模块一基于收到的接收信号强度指示（RRSI）的定位引擎可根据接收到的信号强度与各固定节点模块位置数据进行交换计算，能够准确的计算出自身的位置，并把自身的位置消息发出去，Zigbee模块一与单片机一通过UART端口连接；基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备SD记忆卡能够存在存放MP3格式音频的文件，该音频文件可以记录一些重要位置的语音信息，SD卡与单片机一通过SPI接口连接；解码芯片包含VS1003解码器和播放器两部分，该电路能够对选中的MP3文件进行解码，播放文件记录的语音，解码芯片通过SPI接口与单片机相连。

在定位标签子节点模块中，Zigbee模块一接受固定节点模块发送的ID消息，单片机一会选中ID对应的SD卡，把SD卡内存储的内容以比特流的形式通过SPI接口传输给解码芯片，解码芯片对收到的比特流进行解码实现音频输出。

固定节点模块固定在需要音频解说的重要位置，包括型号为CC2430的Zigbee模块二、型号为STC12C5632的单片机二、型号为HC-SR04的超声波传感器，本发明系统中可包含多个固定节点模块；Zigbee模块二在系统中主要有以下几方面的作用，首先型号为CC2430的Zigbee模块二以IEEE 802.15.4 规范、Zigbee 2006协议构建现场无线通信网络与型号为CC2431的Zigbee模块一之间通信，传输固定节点模块的ID编码，其次Zigbee模块二作为是一个安置在已知位置的静态结点，在Zigbee模块一请求时能够返回自身的位置，作为RRSI定位引擎算法中的“锚节点”，最后Zigbee模块二与终端模块通信，传输标签的位置，Zigbee模块二与单片机二通过UART串口相连接。

超声波传感器采用低电压（5V）供电、功耗很低（工作电流小于2mA），具有自发产生超声波，自动检测返回的超声波功能，探测距离为2cm-400cm，精度可达0.3cm，传感器与单片机2通过I/O口连接。

超声波传感器的工作原理是在控制口发出一个10US 以上的高电平，当控制口有高电平输出时定时器立即开启，当检测到返回的超声波信号时，控制口变为低电定时器停止计时，根据定时器可计算高电平持续的时间，继而算出测试距离，测试距离=(高电平时间*声速/2，声速为340M/S。

终端模块包括型号为CC2430的Zigbee模块三和PC机，Zigbee模块三接受Zigbee模块二发出的定位标签的位置消息，并通过UART串口与PC机通信，在PC机上实时动态显示定位标签子节点模块的位置信息。

如图2所示。图2为Zigbee模块一定位的工作原理图，按以下步骤进行定位；

一个“盲结点”与离自己最近的参考节点无线通信，收集这些节点的水平方向X坐标和竖直方向Y坐标和反映当时接收信号的强度RSSI值，并基于定位引擎硬件和输入的坐标值计算出计算它所在平面下的坐标，最后“盲结点”将计算的坐标信息消息发送出去。

其中上面所述的“参考节点”即是本系统中的安装在固定位置的固定节点模块中的Zigbee模块二，在平面下已知其坐标位置的静态节点，其作用不仅仅是能够给Zigbee模块一配置数据，而且在Zigbee模块一请求时能够返回它自己的坐标位置信息。

其中上述所述的一个“盲结点”即是定位标签子节点模块Zigbee模块一，Zigbee模块一有定位跟踪引擎，能够根据接收到的信号强度RRSI与各固定节点模块平面坐标位置，准确计算出自己的位置。

如图3所示。本系统的工作流程图，其步骤如下：

超声波传感器不断的自发振动发出超声波并自动检测是否有返回的超声波，以此来判断感应区是否有移动定位标签存在，当检测到反射回的超声波时，超声波传感器给单片机一信号，单片机一立即给Zigbee模块二指令，Zigbee模块二接收到指令发送固定模块的ID编号消息出去，定位标签子节点模块的Zigbee模块一接收到指令ID编号消息并判断是否接收到多个ID编号，

如果确认只接收到一个ID编号消息时，系统按如下步骤进行：

1）定位标签子节点模块的单片机一会选中ID编号所对应的SD卡并播放相应的音频文件，

2）定位标签子节点模块中的Zigbee模块一把自身本身的位置消息发送出去，

3）固定节点模块的Zigbee模块二接收到定位标签的位置消息并转发出去，

4）终端模块的Zigbee模块三接收到位置消息，通过与PC机相连的UART串口发送给PC机，

5) PC机根串口发送的位置消息判断定位标签当前的位置消息，并在屏幕上显示。

如果接收到多个ID编号消息时，系统按如下步骤进行：

1）定位标签子节点模块的Zigbee模块一基于收到的接收信号强度指示（RRSI）的定位引擎根据接收到的信号强度与各固定节点模块Zigbee模块二位置数据进行交换计算，计算出自身的坐标位置，

2）根据坐标消息，定位标签子节点模块可判断自己所在的区域，并从多个ID编号中选择与自己所在区域相对应的ID编号，

以下步骤与上述单个移动节点的工作步骤相同，在此不再叙述。

实例1：黄山观光旅游

在黄山景点对外开放之前，工作人员在较为知名的景点和游客感兴趣的位置固定安装与其景点坐标位置相应的固定节点模块，在黄山对外开放的时间段内，游客按照自己的意愿决定购买或者租借定位标签子节点模块，由于定位标签子节点模块体积小、携带方便，游客可把定位标签子节点模块置于旅行包内、衣服裤兜里。当带有定位标签子节点模块的游客进入已安装固定模块节点景点超声感应区内时，游客被感应到，游客携带的定位标签子节点模块中的Zigbee模块一与固定节点模块中的Zigbee模块二间进行无线Zigbee通信，Zigbee模块二把固定节点模块中的存贮的景点的ID编号和Zigbee模块一请求的相关Zigbee模块二坐标系下的坐标、RRSI值无线传输给Zigbee模块一，定位标签子节点模块根据接收到的信息计算自身坐标确认ID标号，播放与景点相关的语音，并把定位标签的在平面下的坐标发送出去，固定节点模块把接收到的定位标签子节点模块平面坐标转发出去，被终端模块的Zigbee模块三接受到，PC机对接收到的坐标信息进行处理，在PC机上显示携带标签的游客位置。待旅游开放时间结束后，工作人员收回定位标签子节点模块并对不工作的固定节点模块进行维修工作。

Claims

1.基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：包括固定节点模块，以及分别与固定节点模块双向无线通讯连接构成Zigbee网络的定位标签子节点模块、终端模块；

所述定位标签子节点模块包括型号STC12C5632的单片机一，以及分别电接入单片机一的型号为CC2431的Zigbee模块一、SD卡、型号为VS1003的解码芯片，所述Zigbee模块一通过自身的UART接口接入单片机一，SD卡、解码芯片分别通过各自自身的SPI接口接入单片机一，所述单片机一对输入单片机一中的数据进行变换并输出变换后的数据，所述Zigbee模块一与固定节点模块双向无线通讯，所述SD卡中存放有与旅游景点等特定地理位置相关的历史文化、地理方位相关的MP3音频文件供单片机调用，所述解码芯片对单片机调用的SD卡中的MP3音频文件进行解码并进行相应的语音播放；

2.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：所述定位标签子节点模块为移动的节点，定位标签子节点模块携带在移动体上，具有定位功能。

3.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：所述固定节点模块安装在特定的地理位置，在平面坐标系下固定节点模块的坐标是已知的。

4.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：多个定位标签子节点模块与多个固定节点模块通讯连接构成拓展结构。

5.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：对于单个定位标签子节点模块的定位，首先固定节点模块中的超声波传感器判断感应区是否有定位标签子节点模块的携带者；当超声波传感器判断感应区内有定位标签子节点模块携带者时，固定节点模块中的Zigbee模块二向携带者携带的定位标签子节点模块发送ID编号消息；定位标签子节点模块的Zigbee模块一接受到所述ID编号消息后，定位标签子节点模块中的解码芯片播放相应的MP3音频文件，同时Zigbee模块一向固定节点模块发送定位标签子节点模块位置消息；固定节点模块中的Zigbee模块二接收到的定位标签子节点模块的位置消息后，将定位标签子节点模块的位置消息发送至终端模块；终端模块中的Zigbee模块三接收到定位标签子节点模块的位置消息后，将定位标签子节点模块的位置信息显示在屏幕上。

6.根据权利要求1所述的基于Zigbee无线定位的语音播报系统，其特征在于：对于多个定位标签子节点模块的定位，首先固定节点模块中的超声波传感器判断判断感应区是否有定位标签子节点模块的携带者；当超声波传感器判断感应区内有定位标签子节点模块携带者时，固定节点模块中的Zigbee模块二分别向多个携带者携带的定位标签子节点模块发送多个ID编号消息；多个定位标签子节点模块的Zigbee模块一分别接受固定节点模块发送的多个ID编号消息后，分别根据自身的坐标选择相应的ID编号，并通过各自的解码芯片播放相应的MP3音频文件，然后每个定位标签子节点模块的Zigbee模块一分别向固定节点模块发送自身位置消息；固定节点模块中的Zigbee模块二接收到多个定位标签子节点模块的位置消息后，将多个定位标签子节点模块的位置消息分别发送至终端模块；终端模块中的Zigbee模块三接收到多个定位标签子节点模块的位置消息后，将多个定位标签子节点模块的位置信息分别显示在屏幕上。