CN102695273B

CN102695273B - 一种集成无线定位的处理方法

Info

Publication number: CN102695273B
Application number: CN201210171245.1A
Authority: CN
Inventors: 叶峰
Original assignee: Shenzhen H&T Intelligent Control Co Ltd
Current assignee: Shenzhen H&T Intelligent Control Co Ltd
Priority date: 2012-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2032-05-30
Also published as: CN102695273A

Abstract

本发明提供一种集成无线定位的处理办法，包括如下步骤：选择步骤，通过输入的命令类型进而跳转至距离处理步骤或坐标处理步骤，当输入距离命令时跳转至距离处理步骤，当输入坐标命令时跳转至坐标处理步骤；距离处理步骤，输入通过测量所得到信号强度指示RSSI、墙壁衰减因子WAF、通信模块一米内的信号强度指示值A以及路径损耗因子m，经过距离运算算法得到距离值d；坐标处理步骤，输入参考点坐标值和距离值d，通过坐标运算算法得到被测节点D的坐标值；以及，输出步骤，输出所得到的距离值d或坐标值。本发明能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法。

Description

一种集成无线定位的处理方法

技术领域

本发明涉及一种无线定位方法，尤其涉及一种集成无线定位的处理方法。

背景技术

随着科技的发展，无线定位将在今后基于某个中心的具体应用上会越来越重要，目前基于手机的AGPS定位，也就是基于手机的基站定位和GPS定位，已经开发出大量的LBS应用，这样的基于位置服务的应用将会随着物联网等应用为越来越广泛；但今后的物联网产品，不可能大规模采用2G或3G模块来处理，而目前已有的求距离或求坐标的方法比较单一，没有可选性，并且速度和精度都是不可调节的，没法很好地适应集成的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是需要提供一种可以选择距离处理和坐标处理，并将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法，更进一步地，处理坐标命令时还能够选择速度和精度。

对此，本发明提供一种集成无线定位的处理办法，包括如下步骤：

选择步骤，通过输入的命令类型进而跳转至距离处理步骤或坐标处理步骤，当输入距离命令时跳转至距离处理步骤，当输入坐标命令时跳转至坐标处理步骤；

距离处理步骤，输入通过测量所得到信号强度指示RSSI、墙壁衰减因子WAF、通信模块一米内的信号强度指示值A以及路径损耗因子m，经过距离运算算法得到距离值d；

坐标处理步骤，输入参考点坐标值和距离值d，通过坐标运算算法得到被测节点D的坐标值；以及，

输出步骤，输出距离处理步骤或坐标处理步骤所得到的距离值d或坐标值。

其中，所述选择步骤通过命令类型用于选择跳转至距离处理步骤或坐标处理步骤，所述命令类型包括距离命令和坐标命令，分别用于实现距离值和坐标值的运算；路径损耗因子m可以通过测量得到，并且在晴天和雨天的数据也会有所不同；所述信号强度指示RSSI、墙壁衰减因子WAF、通信模块一米内的信号强度指示值A以及路径损耗因子m均是通过测试或实验而得到，进而能够通过本发明所述的距离运算算法得到距离值d；所述坐标处理步骤通过输入参考点坐标值和距离值d，通过坐标运算算法得到被测节点D的坐标值，所述参考点坐标值为已知的坐标值，如（x₁，y₁），（x₂，y₂），…（x_n，y_n），其中，n值为大于等于3的自然数。

本发明将选择步骤、距离处理步骤、坐标处理步骤和输出步骤都反映到集成芯片的模块框架上，进而将距离运算算法和坐标运算算法反应到数字电路上，以集成一个专门的求距离和坐标的硬件算法模块，与现有技术相比，本发明能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法。

本发明的进一步改进在于，所述坐标运算算法包括低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法，并分别对应如下子步骤：

极大似然处理子步骤，输入已知n个节点的坐标和已知n个节点到被测节点D的距离，通过极大似然法得到被测节点D坐标值与已知n个节点坐标值的线性关系，进而通过最小方差估计法得到被测节点D的坐标值；

三边定位处理子步骤，输入已知三个节点的坐标值和已知三个节点到被测节点D的距离，分别以已知节点为圆心、该已知节点到被测节点D的距离为半径确定三个圆，则三个圆相交于被测节点D的所在位置，进而通过三圆相交运算得到被测节点D的坐标值；以及，

三边测量处理子步骤，输入已知三个节点的坐标值和已知三个节点到被测节点D的距离，并分别以该三个节点作为信标节点，通过信标节点分别加、减该信标节点到被测节点D的距离构建矩形区域，进而通过三个矩形区域的重叠区域的质心得到被测节点D的坐标值。

其中，所述极大似然处理子步骤为低速高精度的算法，所述三边定位处理子步骤为速度精度均衡的算法，所述三边测量处理子步骤为高速低精度的算法；其中，所述三边定位处理子步骤是基于三圆交于一点而实现的，但是三边定位处理子步骤也是要进行矩阵运算的，并且很可能出现三圆不交于一点而交于三点的情况，这时候被测节点D就位于三圆交集当中，而被测节点D的坐标便取三圆交集部分的质心。

与现有技术相比，本发明进一步采用上述技术特征，能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法，在此基础上，处理坐标命令时还能够选择速度和精度，即能够分别选择低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法。

本发明的进一步改进在于，所述极大似然处理子步骤中，输入已知的n个节点的坐标 ( x₁，y₁)、( x₂，y₂)、( x₃，y₃) 、…和( x_n，y_n)，并输入已知的n个节点到被测节点D的距离d₁、d₂、d₃、…和d_n，得到；通过上述式子的第一个方程式分别减去最后一个方程式，得到；该方程的线性关系表示为AX=b, 其中，，；进而通过最小方差估计法得到被测节点D的坐标值为X= b。

其中，所述为矩阵A的转置矩阵，所述为矩阵的逆矩阵，以此，通过矩阵运算，更进一步的，通过高精度的矩阵坐标运算算法，便能够得到精度很高的被测节点D的坐标值。

本发明的进一步改进在于，所述三边定位处理子步骤中，已知A、B和C 三个节点的坐标分别为( x_a，y_a) 、( x_b，y_b)和( x_c，y_c)，以及该三个节点到被测节点 D 的距离分别为 d_a、d_b和d_c，若D点的坐标为( x，y)，则，进而通过三圆相交运算得到被测节点D的坐标值为。

本发明的进一步改进在于，所述三边测量处理子步骤中，将一个信标节点的坐标( x_a，y_a) 分别加、减该信标节点到被测节点D的距离d_a，即得该信标节点所构建矩形区域为[x_a-d_a，y_a-d_a]×[x_a+d_a，y_a+d_a]；则三个信标节点所构建的三个矩形的重叠区域为[max(x_a-d_a)，max(y_a-d_a) ]×[min(x_a+d_a)，min(y_a+d_a) ]，进而通过该重叠区域的质心得到被测节点D的坐标值。

进一步采用上述技术特征，即使出现了三圆不交于一点而交于三点的情况，这时候被测节点D也位于三圆交集当中，更为具体的，被测节点D的坐标便是三圆交集部分的质心，通过三个信标节点所构建的三个矩形的重叠区域，所述信标节点为作为参考/信标的已知节点，优选采用精度较高的已定位节点作为信标节点，取该重叠区域的质心便能够快速得到被测节点D的坐标值，本技术方案非常适合于需要快速确定坐标值的应用环境。

本发明的进一步改进在于，将所述选择步骤、距离处理步骤和坐标处理步骤和输出步骤反应到数字电路上，集成求距离值和求坐标值的硬件算法模块。其中，集成求距离值和求坐标值的硬件算法模块便能够将算法和处理过程完成硬件化，能够更进一步促进集成芯片，也就是集成IC的功能融合，便于拓展和融合其他的功能，为后续的改进预留了足够的空间。

本发明的进一步改进在于，所述的命令类型通过SPI通信接口输入至集成芯片中，所述集成芯片返回数据至SPI通信接口。所述集成芯片与SPI通信接口之间实现双向通信，能够促进集成芯片的数据处理和数据输出，及时响应外部的命令类型。

本发明的进一步改进在于，当输入距离命令时，生成的求距离命令帧为：求距离命令1字节+信号强度指示RSSI 2字节+冗余校验1字节+结尾符1字节；当输入坐标命令时，生成的求坐标命令帧为：求坐标命令1字节+坐标数量n 1字节+坐标（x_i，y_i，d_i）共计n对坐标值和距离值+冗余校验1字节+结尾符1字节。

其中，所述求距离命令帧和求坐标命令帧可以根据实际需要进行自定义的设置，本发明通过上述的求距离命令帧和求坐标命令帧能够更加节省运算的数据量，提高了处理过程的速度，促进速度和精度的可调节性和可控制性。

本发明的有益效果在于，能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法，同时，处理坐标命令时还能够选择速度和精度，即能够分别选择低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法，在此基础上，还能够进一步通过求距离命令帧和求坐标命令帧促进速度和精度的可调节性和可控制性，也为后续的改进预留了足够的空间。

附图说明

图1是本发明实施例1的工作流程图；

图2是本发明实施例1的距离运算算法的结构示意图；

图3是本发明实施例4的三边定位处理子步骤的三圆确定一个点的结构示意图；

图4是本发明实施例5的三圆不交于一点的结构示意图；

图5是本发明实施例5的三个矩形的重叠区域的结构示意图；

图6是本发明实施例6的集成求坐标值的硬件算法模块示意框图；

图7是本发明实施例7的通信结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1：

如图1所示，本例提供一种集成无线定位的处理办法，包括如下步骤：

其中，所述选择步骤通过命令类型用于选择跳转至距离处理步骤或坐标处理步骤，所述命令类型包括距离命令和坐标命令，分别用于实现距离值和坐标值的运算；路径损耗因子m可以通过测量得到，并且在晴天和雨天的数据也会有所不同；所述信号强度指示RSSI、墙壁衰减因子WAF、通信模块一米内的信号强度指示值A以及路径损耗因子m均是通过测试或实验而得到，进而能够通过本例所述的距离运算算法得到距离值d，所述距离运算算法的结构示意图如图2所示；所述坐标处理步骤通过输入参考点坐标值和距离值d，通过坐标运算算法得到被测节点D的坐标值，所述参考点坐标值为已知的坐标值，如（x₁，y₁），（x₂，y₂），…（x_n，y_n），其中，n值为大于等于3的自然数。

本例将选择步骤、距离处理步骤、坐标处理步骤和输出步骤都反映到集成芯片的模块框架上，进而将距离运算算法和坐标运算算法反应到数字电路上，以集成一个专门的求距离和坐标的硬件算法模块，与现有技术相比，本例能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法。

实施例2：

在实施例1的基础上，本例所述坐标运算算法包括低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法，并分别对应如下子步骤：

与现有技术相比，本例进一步采用上述技术特征，能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法，在此基础上，处理坐标命令时还能够选择速度和精度，即能够分别选择低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法。

实施例3：

在实施例2的基础上，本例所述极大似然处理子步骤中，输入已知的n个节点的坐标 ( x₁，y₁)、( x₂，y₂)、( x₃，y₃) 、…和( x_n，y_n)，并输入已知的n个节点到被测节点D的距离d₁、d₂、d₃、…和d_n，得到；通过上述式子的第一个方程式分别减去最后一个方程式，得到；该方程的线性关系表示为AX=b, 其中，，；进而通过最小方差估计法得到被测节点D的坐标值为X= b。

实施例4：

如图3所示，在实施例2的基础上，本例所述三边定位处理子步骤中，已知A、B和C 三个节点的坐标分别为( x_a，y_a) 、( x_b，y_b)和( x_c，y_c)，以及该三个节点到被测节点 D 的距离分别为 d_a、d_b和d_c，若D点的坐标为( x，y)，则，进而通过三圆相交运算得到被测节点D的坐标值为。

本例也适用于实施例3所述的集成无线定位的处理办法。

实施例5：

如图5所示，在实施例2的基础上，本例所述三边测量处理子步骤中，将一个信标节点的坐标( x_a，y_a) 分别加、减该信标节点到被测节点D的距离d_a，即得该信标节点所构建矩形区域为[x_a-d_a，y_a-d_a]×[x_a+d_a，y_a+d_a]；则三个信标节点所构建的三个矩形的重叠区域为[max(x_a-d_a)，max(y_a-d_a) ]×[min(x_a+d_a)，min(y_a+d_a) ]，进而通过该重叠区域的质心得到被测节点D的坐标值。

进一步采用上述技术特征，即使出现了三圆不交于一点而交于三点的情况，如图4所示，这时候被测节点D也位于三圆交集当中，更为具体的，被测节点D的坐标便是三圆交集部分的质心，从图4可见，三圆交集是一个不规则图形，并且要准确求出三交点E、F和G的坐标也不容易。如图5所示，通过三个信标节点所构建的三个矩形的重叠区域，所述信标节点为作为参考/信标的已知节点，优选采用精度较高的已定位节点作为信标节点，取该重叠区域的质心便能够快速得到被测节点D的坐标值，本技术方案非常适合于需要快速确定坐标值的应用环境。

本例也适用于实施例3和实施例4所述的集成无线定位的处理办法。

实施例6：

在上述任一实施例的基础上，本例将所述选择步骤、距离处理步骤和坐标处理步骤和输出步骤反应到数字电路上，集成求距离值和坐标值的硬件算法模块。其中，集成求坐标值的硬件算法模块示意框图如图6所示，图6也适用于实施例2所述的坐标运算算法，集成求距离值和求坐标值的硬件算法模块便能够将算法和处理过程完成硬件化，能够更进一步促进集成芯片，也就是集成IC的功能融合，便于拓展和融合其他的功能，为后续的改进预留了足够的空间。

实施例7：

如图7所示，在实施例6的基础上，本例所述的命令类型通过SPI通信接口输入至集成芯片中，所述集成芯片返回数据至SPI通信接口。所述集成芯片与SPI通信接口之间实现双向通信，能够促进集成芯片的数据处理和数据输出，及时响应外部的命令类型。

实施例8：

在实施例7的基础上，本例在输入距离命令时，生成的求距离命令帧为：求距离命令1字节+信号强度指示RSSI 2字节+冗余校验1字节+结尾符1字节；在输入坐标命令时，生成的求坐标命令帧为：求坐标命令1字节+坐标数量n 1字节+坐标（x_i，y_i，d_i）共计n对坐标值和距离值+冗余校验1字节+结尾符1字节。

其中，所述求距离命令帧和求坐标命令帧可以根据实际需要进行自定义的设置，本例通过上述的求距离命令帧和求坐标命令帧能够更加节省运算的数据量，提高了处理过程的速度，促进速度和精度的可调节性和可控制性。本例也适用于本发明其他的实施例。

本例的有益效果在于，能够选择距离处理和坐标处理，提供了一种将距离处理和坐标处理的算法完全集成硬件化的集成无线定位的处理方法，同时，处理坐标命令时还能够选择速度和精度，即能够分别选择低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法，在此基础上，还能够进一步通过求距离命令帧和求坐标命令帧促进速度和精度的可调节性和可控制性，也为后续的改进预留了足够的空间。

实施例9：

在实施例8的基础上，本例将温控器功能融合进集成IC，也就是集成芯片中，厂家只要根据IC芯片的特性定制各自的屏和工业设计，即可完成温控器整机的设计。

因此，本例除了时钟、ROM、RAM这些基础单元外，需要定制LCD驱动、10ms脉冲信号继电器驱动、8个按键检测及4个开关检测、电量检测、优选内置NTC。而作为温控器的IC芯片，本例主要的可编程温控器控制逻辑需要保留，包括可编程温控器菜单操作、温控器温度自恢复算法、压缩机保护等逻辑控制，用于设定专属的逻辑控制模块。

本例也适用于实施例1至实施例7所述的集成无线定位的处理办法。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种集成无线定位的处理办法，其特征在于，包括如下步骤：

距离处理步骤，输入通过测量所得到信号强度指示RSSI、墙壁衰减因子WAF、通信模块一米内的信号强度指示值A以及路径损耗因子m，经过距离运算算法RSSI＝-(10mlog₁₀d+A)+WAF得到距离值d；

坐标处理步骤，输入参考点坐标值和距离值d，通过坐标运算算法得到被测节点D的坐标值；

以及，输出步骤，输出距离处理步骤或坐标处理步骤所得到的距离值d或坐标值；

所述坐标运算算法包括低速高精度、速度精度均衡和高速低精度的算法，并分别对应如下子步骤：

三边定位处理子步骤，输入已知三个节点的坐标值和已知三个节点到被测节点D的距离，分别以已知节点为圆心、该已知节点到被测节点D的距离为半径确定三个圆，则三个圆相交于被测节点D的所在位置，进而通过三圆相交运算得到被测节点D的坐标值；

以及，三边测量处理子步骤，输入已知三个节点的坐标值和已知三个节点到被测节点D的距离，并分别以该三个节点作为信标节点，通过信标节点分别加、减该信标节点到被测节点D的距离构建矩形区域，进而通过三个矩形区域的重叠区域的质心得到被测节点D的坐标值；

将所述选择步骤、距离处理步骤、坐标处理步骤和输出步骤反应到数字电路上，集成求距离值和求坐标值的硬件算法模块；当输入距离命令时，生成的求距离命令帧为：求距离命令1字节+信号强度指示RSSI 2字节+冗余校验1字节+结尾符1字节；当输入坐标命令时，生成的求坐标命令帧为：求坐标命令1字节+坐标数量n 1字节+坐标(x_i，y_i，d_i)共计n对坐标值和距离值+冗余校验1字节+结尾符1字节。

2.根据权利要求1所述的集成无线定位的处理办法，其特征在于，所述极大似然处理子步骤中，输入已知的n个节点的坐标(x₁，y₁)、(x₂，y₂)、(x₃，y₃)、…和(x_n，y_n)，并输入已知的n个节点到被测节点D的距离d₁、d₂、d₃、…和d_n，得到

\{\begin{matrix} {(x_{1} - x)}^{2} + {(y_{1} - y)}^{2} = d_{1}^{2} \\ . . . \\ {(x_{n} - x)}^{2} + {(y_{n} - y)}^{2} = d_{n}^{2} \end{matrix};

通过上述式子的第一个方程式分别减去最后一个方程式，得到

\{\begin{matrix} x_{1}^{2} - x_{n}^{2} - 2 (x_{1} - x_{n}) x + y_{1}^{2} - y_{n}^{2} - 2 (y_{1} - y_{n}) y = d_{1}^{2} - d_{n}^{2} \\ . . . \\ x_{n - 1}^{2} - x_{n}^{2} - 2 (x_{n - 1} - x_{n}) x + y_{n - 1}^{2} - y_{n}^{2} - 2 (y_{n - 1} - y_{n}) y = d_{n - 1}^{2} - d_{n}^{2} \end{matrix};

该方程的线性关系表示为AX＝b,其中，

A = [\begin{matrix} 2 (x_{1} - x_{n}), 2 (y_{1} - y_{n}) \\ 2 (x_{2} - x_{n}), 2 (y_{2} - y_{n}) \\ . . . \\ 2 (x_{n - 1} - x_{n}), 2 (y_{n - 1} - y_{n}) \end{matrix}],

b = [\begin{matrix} x_{1}^{2} - x_{n}^{2} + y_{1}^{2} - y_{n}^{2} + d_{n}^{2} - d_{1}^{2} \\ x_{2}^{2} - x_{n}^{2} + y_{2}^{2} - y_{n}^{2} + d_{n}^{2} - d_{2}^{2} \\ . . . \\ x_{n - 1}^{2} - x_{n}^{2} + y_{n - 1}^{2} - y_{n}^{2} + d_{n}^{2} - d_{n - 1}^{2} \end{matrix}];

进而通过最小方差估计法得到被测节点D的坐标值为X＝(A^TA)^-1A^Tb。

3.根据权利要求1所述的集成无线定位的处理办法，其特征在于，所述三边定位处理子步骤中，已知A、B和C三个节点的坐标分别为(x_a，y_a)、(x_b，y_b)和(x_c，y_c)，以及该三个节点到被测节点D的距离分别为d_a、d_b和d_c，若D点的坐标为(x，y)，则

\{\begin{matrix} \sqrt{{(x - x_{a})}^{2} + {(y - y_{a})}^{2}} = d_{a} \\ \sqrt{{(x - x_{b})}^{2} + {(y - y_{b})}^{2}} = d_{b} \\ \sqrt{{(x - x_{c})}^{2} + {(y - y_{c})}^{2}} = d_{c} \end{matrix},

进而通过三圆相交运算得到被测节点D的坐标值为

[\begin{matrix} x \\ y \end{matrix}] = {[\begin{matrix} 2 (x_{a} - x_{c}), 2 (y_{a} - y_{c}) \\ 2 (x_{b} - x_{c}), 2 (y_{b} - y_{c}) \end{matrix}]}^{- 1} [\begin{matrix} {x_{a}}^{2} - {x_{a}}^{2} + {y_{a}}^{2} - {y_{c}}^{2} + {d_{c}}^{2} - {d_{a}}^{2} \\ {x_{a}}^{2} - {x_{c}}^{2} + {y_{b}}^{2} - {y_{c}}^{2} + {d_{c}}^{2} - {d_{b}}^{2} \end{matrix}] .

4.根据权利要求1所述的集成无线定位的处理办法，其特征在于，所述三边测量处理子步骤中，将一个信标节点的坐标(x_a，y_a)分别加、减该信标节点到被测节点D的距离d_a，即得该信标节点所构建矩形区域为[x_a-d_a，y_a-d_a]×[x_a+d_a，y_a+d_a]；则三个信标节点所构建的三个矩形的重叠区域为[max(x_a-d_a)，max(y_a-d_a)]×[min(x_a+d_a)，min(y_a+d_a)]，进而通过该重叠区域的质心得到被测节点D的坐标值。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的集成无线定位的处理办法，其特征在于，所述的命令类型通过SPI通信接口输入至集成芯片中，所述集成芯片返回数据至SPI通信接口。