CN102829796B - 一种可相互定位的计步器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可相互定位的计步器，包括MPU主控制器、重力感应器、距离及位置处理模块、无线收发单元及显示屏，所述重力感应器、所述距离及位置处理模块、所述无线收发单元和所述显示屏分别与所述MPU主控制器连接。与现有技术相比，本发明提供的可相互定位的计步器，除了计步器功能外，还加入了定位功能，其采用CSS实时定位方式，定位精度可达到室内2米和室外1米，比基于场强方式定位的ZIGBEE、Wi‑Fi、RFID抗干扰能力强，同时又克服了GPS无法进行室内定位的短处。

Description

一种可相互定位的计步器

技术领域

本发明涉及测量车辆、人员、动物或其他运动的固态物体在地面行驶的距离的领域，确切地说是指一种可相互定位的计步器。

背景技术

申请人经搜索发现专利号为“200710145450.X”的专利文件中对其对定位的原理作如下描述：“在井下一维空间，定位的对象是人，人每走一步就记录一次，其步数用N表示：正常情况下人行走的步长0~255Cm，平均步长为60cm范围，其步长用S表示，则人相对于某个位置的距离L表示，就是L=S×N，已知的路线如井下巷道它是一维空间，计算出的L实际就是人所在的位置。”200710145450.X所采用的定位方法存在两个明显的漏洞：

1、ZIGBEE定位方式是以基于信号强度的方式定位，即离路由节点的距离近，信号就强，离路由节点的距离远，信号就弱，当遇到周围的吸波物体不同，误差也不一样，定位的平均误差为30米，很明显，此项技术用于对安全级别很高的井下定场合不可行；

2、采用每步长度与行走步数的乘积来计算距离，即L=S×N，只有前进的过程中才，此方法才成立；如果前进过程中有后退，则偏差就会产生；在原地动脚(因为计步的装置安装在鞋底)，也会产生偏差。例如佩戴采用专利号为“200710145450.X”制造而成的产品的人小王，在井下前进50米(按此专提到的方法行走了83步)，因为有临时的协助任务又后退了40米(行走了67步)，此时如果按该专利中所讲的计算方法，小王在井下的位置为：L=S×N，把对应的值代入后90米=9000cm=60cm×(83步+67步)，小王现在的位置到原始出发点的距离计算结果为90米，而小王现在的位置到原始出发点的实际距离为10米〔L=10米=60Cm×(前进83步-后退67步)〕，因此计算出的距离与实际距离相差高达80米。如果在井下存在反复的来回走动，或是原地动脚(因为计步的装置安装在鞋底)，则误差会越积越大，无法定位。

综上所述，在专利号为“200710145450.X”的专利文件中，计步定位+ZIGBEE定位的方式中，计步定位方式完全失去意义，仅剩下ZIGBEE定位，而ZIGBEE定位的缺陷在上文中已经阐明。因此专利号为200710145450.X的专利在应用范围受到了一定的限制。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种可相互定位的计步器，除了计步器功能外，还加入了定位功能，其采用CSS实时定位方式，定位精度可达到室内2米和室外1米，比基于场强方式定位的ZIGBEE、Wi-Fi、RFID抗干扰能力强，同时又克服了GPS无法进行室内定位的短处。

为了解决以上的技术问题，本发明提供的可相互定位的计步器，包括MPU主控制器、重力感应器、距离及位置处理模块、无线收发单元及显示屏，所述重力感应器、所述距离及位置处理模块、所述无线收发单元和所述显示屏分别与所述MPU主控制器连接，其中：

所述MPU主控制器：负责对各模块的功能协调工作，数据处理运算，状态监视；

所述重力感应器：负责计算行走或跑步的数量，并根据步数与步长的乘积得出行走或跑步的距离；

所述距离及位置处理模块：负责向后台服务器报告本计步器处在由4个CSS无线基站围成的区域中的位置；

所述无线收发单元：负责收发与本计步器进行位置绑定的其它计步器的位置数据；

所述显示屏：负责显示本计步器的步数，或者显示本计步器与其它计步器的相对位置，或者显示本计步器在基站信号范围内的位置。

优选地，可相互定位的计步器还包括按键，所述按键与所述MPU主控制器连接。

优选地，所述按键包括功能设置按键和状态查阅按键。

优选地，可相互定位的计步器还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述MPU主控制器连接，所述蜂鸣器起到提示的作用。

与现有技术相比，本发明提供的可相互定位的计步器，除了计步器功能外，还加入了定位功能，其采用CSS实时定位方式，定位精度可达到室内2米和室外1米，比基于场强方式定位的ZIGBEE、Wi-Fi、RFID抗干扰能力强，同时又克服了GPS无法进行室内定位的短处。

附图说明

图1为本发明实施例中可相互定位的计步器的模块框图；

图2为本发明实施例中可相互定位的计步器的定位图；

图3为以两个手持设备之间的测量距离来阐述CSS在任意两点之间的无线测距原理图。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。

请参见图1-图3，图1为本发明实施例中可相互定位的计步器的模块框图；图2为本发明实施例中可相互定位的计步器的定位图；图3为以两个手持设备之间的测量距离来阐述CSS在任意两点之间的无线测距原理图。

本发明实施例提供的可相互定位的计步器，包括MPU主控制器、重力感应器、距离及位置处理模块、无线收发单元及显示屏，重力感应器、距离及位置处理模块、无线收发单元和显示屏分别与MPU主控制器连接，其中：MPU主控制器：负责对各模块的功能协调工作，数据处理运算，状态监视；重力感应器：负责计算行走或跑步的数量，并根据步数与步长的乘积得出行走或跑步的距离；距离及位置处理模块：负责向后台服务器报告本计步器处在由4个CSS无线基站围成的区域中的位置；无线收发单元：负责收发与本计步器进行位置绑定的其它计步器的位置数据；显示屏：负责显示本计步器的步数，或者显示本计步器与其它计步器的相对位置，或者显示本计步器在基站信号范围内的位置。

可相互定位的计步器还包括按键，按键与MPU主控制器连接。按键包括功能设置按键和状态查阅按键。

可相互定位的计步器还包括蜂鸣器，蜂鸣器与MPU主控制器连接，蜂鸣器起到提示的作用。

距离及位置处理模块的具体处理流程如下：首先，当距离及位置处理模块探测到有CSS基站信号时，会以一定的时间间隔向基站发出请求通信，当找到4个基站时，会发出同步信号给基站；接着进行测量此计步器与4个基站的之间的距离，并把测量到的4个距离传送到后台电脑上，在电脑上显示此计步器在CSS基站信号区域内的位置。

如果本计步器没有与其它的任何一个计步器进行绑定，则本计步器的无线收发单元不工作，处于休眠状态。如果本计步器与其它的一个或多个进行绑定，则可以接收通过后台发来的与本计步器进行绑定的其它的计步器位置数据。接收下来的其它计步器的位置数据与本计步器的位置进行相减，差值即为本计步器与其它计步器的相对位置，从而实现了计步器与计步器之间的相互定位。

如图2所示，计步器1与各站点之间的距离分别为dA1，dB1，dC1，dD1，当计步器1进行移动时，dA1，dB1，dC1，dD1也随之改变，因此，计步器1的位置可以实时确定。计步器2与各站点之间的距离如图2所示，分别为dA2，dB2，dC2，dD2，当计步器2进行移动时，dA2，dB2，dC2，dD2也随之改变，因此，计步器2的位置可以实时确定。其它进入上图2所示区域的计步器的位置确定方式与计步器1相似，在此不再累述。

请参见图3，以两个手持设备之间的测量距离来阐述CSS在任意两点之间的无线测距原理如下：

t_p=(t_roundA-t_replyA+t_roundB-t_replyB)/4

信号单次传输的距离为d，整个测量过程中，产生了四次传输过程(即为4d),以及两次等待回复时间(t_replyA、t_replyB)，所以单次测量时间计算如下：

d=C*(t_roundA-t_replyB+t_roundB-t_replyA)/4

C为无线信号传输的速度常量，

由于t_roundA，t_roundB，t_replyA，t_replyB能够通过基带时钟测量出来，因此单次信号传输的时间，传输距离也能够计算出来

测量两点之间的距离是由信号发出到返回到发射点的等待时间差来决定，距离越长，时间差也越大；反之，距离越短，时间差值也就越小。完成一个周期后，接收端和发送端相互交换。由此，可以看出，测量两点的距离，在这两点之间进行了互为主从的时间差计算，再取其平均值，因此这种测量方式的误差更小一些。另外这种测量方式最大的优点是，只要能接收到的地方就能进行测量。测量距离的误差控制在一个比较小的范围后，在平面中，该计步器的定位的精度也可进一步提高，最高可控制在2米以内，因此对于对井下作业这类安全级别要求比较高的场合更为合适。

与现有技术相比，本发明提供的可相互定位的计步器，除了计步器功能外，还加入了定位功能，其采用CSS实时定位方式，定位精度可达到室内2米和室外1米，比基于场强方式定位的ZIGBEE、Wi-Fi、RFID抗干扰能力强，同时又克服了GPS无法进行室内定位的短处。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种可相互定位的计步器，其特征在于，包括MPU主控制器、重力感应器、距离及位置处理模块、无线收发单元及显示屏，所述重力感应器、所述距离及位置处理模块、所述无线收发单元和所述显示屏分别与所述MPU主控制器连接，其中：

所述MPU主控制器：负责对各模块的功能协调工作，数据处理运算，状态监视；

所述重力感应器：负责计算行走或跑步的数量，并根据步数与步长的乘积得出行走或跑步的距离；

所述距离及位置处理模块：负责向后台服务器报告本计步器处在由4个CSS无线基站围成的区域中的位置；

所述无线收发单元：负责收发与本计步器进行位置绑定的其它计步器的位置数据；

所述显示屏：负责显示本计步器的步数，或者显示本计步器与其它计步器的相对位置，或者显示本计步器在基站信号范围内的位置。

2.根据权利要求1所述的可相互定位的计步器，其特征在于，还包括按键，所述按键与所述MPU主控制器连接。

3.根据权利要求2所述的可相互定位的计步器，其特征在于，所述按键包括功能设置按键和状态查阅按键。

4.根据权利要求1所述的可相互定位的计步器，其特征在于，还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述MPU主控制器连接，所述蜂鸣器起到提示的作用。