CN103913745B - 一种应用于道路的rfid无线定位装置和方法 - Google Patents

一种应用于道路的rfid无线定位装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于道路的RFID无线定位装置和方法，包括：探测长杆2、发射模块3、接收模块4和处理单元5；所述探测长杆2固定于道路1一侧，所述探测长杆2的顶部安装发射模块3，所述接收模块4与发射模块3无线连接，所述接收模块4和发射模块3分别与处理单元5无线连接。

Description

一种应用于道路的RFID无线定位装置和方法
技术领域
本发明涉及测距定位技术领域，特别是涉及一种能在道路上快速布置、多点同时实现RFID无线定位的装置和方法。
背景技术
目前，在对道路区域进行距离测量时，仍然使用传统的点到点的测量方法，需要一条一条地测出数据。在类似交通事故现场勘查这种对测量时间有严格要求的情况下，已经凸显出效率的低下。如果测量现场存在障碍物，则可能使得直接测量无法进行，而间接测量会影响测量精度。另外，相对于个别的测量数据，测量者更关心能否在第一时间得到各测量点之间的位置关系，并清楚地显示出来，而这在传统测量方法中是无法实现的。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种应用于道路的RFID无线定位装置，其关键在于，包括：探测长杆2、N个发射模块3、接收模块4和处理单元5；
所述探测长杆2放置于道路基准点，所述探测长杆2的顶部安装发射模块3，所述接收模块4放置于道路的测量点位置，所述接收模块4与发射模块3无线连接，所述接收模块4和发射模块3分别与处理单元5无线连接，N个发射模块之间进行同步。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，所述接收模块4同时接收所述至少两个发射模块3发射的超声波测距信号。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，所述发射模块3和接收模块4与处理单元5通过ZIGBEE网络连接。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，还包括：旋转马达，所述旋转马达安装于发射模块3上，所述旋转马达固定于探测长杆2。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，发射模块2到N个、接收模块2到N个，N为正整数。
本发明还公开一种应用于道路的RFID无线定位方法，其关键在于，包括如下步骤：
步骤1，所述N个发射模块和N个接收模块各自单独与ZIGBEE网络中的协调器通信，加入或退出网络；所述n个发射模块和n个接收模块包含ZIGBEE终端节点设备；
步骤2，处理单元中包括ZIGBEE协调器设备，所述处理单元与所述n个发射模块和n个接收模块无线通信，建立和维护整个无线网络；所述处理单元与所述n个发射模块和n个接收模块可由预设的ID号进行识别，处理单元通过ZIGBEE协调器向所述n个发射模块和n个接收模块发送测量同步信号，接收模块接收所述至少两个发射模块3发射的超声波测距信号，处理单元获取由接收模块返回的数据，从而实现测距功能。
所述的应用于道路的RFID无线定位方法，优选的，所述步骤2包括：
步骤2-1，处理单元将测量同步信号同时发送给发射模块和接收模块，发射模块立即发射超声波测距信号，接收模块将此时刻作为计时起点并开始计时；
步骤2-2，当接收模块收到超声波测距信号时，计时结束；
步骤2-3，因为已知超声波的行进速度v，又测得了该信号从发射端到接收端的时间差t，故根据公式S=v*t可求得发射模块与接收模块之间的距离S，接收模块计算求得距离后将值发送给处理单元。
所述的应用于道路的RFID无线定位方法，优选的，所述步骤2-3包括：
步骤2-4，发射模块立即发射超声波测距信号；
步骤2-5，接收模块将此时刻作为计时起点并开始计时；
步骤2-6，当接收模块收到超声波测距信号时，计时结束；
步骤2-7，因为已知超声波的行进速度v，又测得了该信号从发射端到接收端的时间差t，故根据公式S=v*t可求得发射模块1与接收模块1之间的距离S。接收模块1计算求得距离后将值发送给处理单元；
步骤2-8，由于在接收模块和发射模块之间测得的距离l1不是实际的水平距离l2，因此要通过公式来求得水平距离；
步骤2-9，已知基准点B1和B2之间的水平距离为L1，基准点B1与测量点M1之间的水平距离为S1，基准点B2与测量点M1之间的水平距离为S2，通过余弦定理 α 1 = arcCos S 1 2 + L 1 2 - S 2 2 2 S 1 L 1 , α 2 = arcCos S 2 2 + L 1 2 - S 1 2 2 S 2 L 1 可求得测量点M1与基准点B1、B2之间连线的夹角ɑ1和ɑ2，当基准点B1、B2沿道路边线布置时，测量点M1在道路中的位置就实现了准确定位。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
用于在室外道路区域快速建立坐标平面，一次性确定多个点位置，从而解决了勘查员需要在道路上按基准点和基准线一个一个地测量相关距离实现定位，从而导致工作效率低下的问题，并且不受道路中车辆人员等障碍物的影响。在诸如交通事故现场勘查中，对迅速恢复交通具有现实的意义。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明应用于道路的RFID无线定位装置无线联网通信示意图；
图2是本发明应用于道路的RFID无线定位装置超声波测距示意图；
图3是本发明应用于道路的RFID无线定位装置实际水平距离计算原理图；
图4是本发明应用于道路的RFID无线定位装置余弦定理定位原理图；
图5是本发明应用于道路的RFID无线定位装置的整体示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
下面结合附图对本发明进一步说明。在附图1中，发射模块1到n和接收模块1到n中含有ZIGBEE终端节点设备，它们只能各自单独与网络中的协调器通信，加入或退出网络；处理单元中含有唯一的ZIGBEE协调器设备，它负责与所有终端设备无线通信，建立和维护整个无线网络。终端节点的类型发射或接收可由预设的ID号进行识别，处理单元通过协调器向终端节点发送测量同步信号，并获取由接收模块返回的数据，从而实现测距功能。
本发明公开一种应用于道路的RFID无线定位装置，其关键在于，包括：探测长杆2、N个发射模块3、接收模块4和处理单元5；
所述探测长杆2放置于道路基准点，所述探测长杆2的顶部安装发射模块3，所述接收模块4放置于道路的测量点位置，所述接收模块4与发射模块3无线连接，所述接收模块4和发射模块3分别与处理单元5无线连接，N个发射模块之间进行同步。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，所述接收模块4同时接收所述至少两个发射模块3发射的超声波测距信号。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，所述发射模块3和接收模块4与处理单元5通过ZIGBEE网络连接。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，还包括：旋转马达，所述旋转马达安装于发射模块3上，所述旋转马达固定于探测长杆2。
所述的应用于道路的RFID无线定位装置，优选的，发射模块2到N个、接收模块2到N个，N为正整数。
在附图2中，处理单元将测量同步信号同时发送给发射模块1和接收模块1，发射模块立即发射超声波测距信号，接收模块将此时刻作为计时起点并开始计时。当接收模块收到超声波测距信号时，计时结束。因为已知超声波的行进速度v，又测得了该信号从发射端到接收端的时间差t，故根据公式S=v*t可求得发射模块1与接收模块1之间的距离S。接收模块1计算求得距离后将值发送给处理单元。
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种针对道路的RFID定位装置，它由确定高度的长杆及杆顶固定的带超声发射功能的RFID发射模块、带超声接收功能RFID接收模块及处理单元组成。发射模块、接收模块及处理单元均具备ZIGBEE无线联网功能。长杆连同发射模块被放置在测量基准点上，每个基准点之间的几何位置关系可事先测得并被输入到处理单元。测量人员将接收模块放置在需测点上，由处理单元向各发射模块和接收模块发送无线同步信号，控制各模块间进行超声波测距。最后由各接收模块将距离值发给处理单元，结合基准点的位置关系计算出各接收模块相对于基准点的位置关系，即实现定位并输出。使用长杆使发射模块可从高处与接收模块实现测距，可有效克服场地内障碍物对测量的影响；超声波测距精度在分米级以上，满足实际需要；各模块自供电及ZIGBEE联网通信则保证了各模块间可通过无线快速协同工作，无需在现场敷设电缆；接收模块可一次性放置多个，达到一次测量多个定位点的目的；处理单元及其它模块在物理上各自独立，可由不同人员操作，降低了测量人员的工作负担，有利于及时可靠地处理测量数据。
在附图1中，发射模块1到n和接收模块1到n中含有ZIGBEE终端节点设备，它们只能各自单独与网络中的协调器通信，加入或退出网络；处理单元中含有唯一的ZIGBEE协调器设备，它负责与所有终端设备无线通信，建立和维护整个无线网络。终端节点的类型发射或接收可由预设的ID号进行识别，处理单元通过协调器向终端节点发送测量同步信号，并获取由接收模块返回的数据，从而实现测距功能。
在附图2中，处理单元将测量同步信号同时发送给发射模块1和接收模块1，
发射模块立即发射超声波测距信号，
接收模块将此时刻作为计时起点并开始计时。
当接收模块收到超声波测距信号时，计时结束。
因为已知超声波的行进速度v，又测得了该信号从发射端到接收端的时间差t，故根据公式S=v*t可求得发射模块1与接收模块1之间的距离S。接收模块1计算求得距离后将值发送给处理单元。
在附图3中，由于在接收模块和发射模块之间测得的距离l1不是实际的水平距离l2，因此要通过公式来求得水平距离。
在附图4中，已知基准点B1和B2之间的水平距离为L1，基准点B1与测量点M1之间的水平距离为S1，基准点B2与测量点M1之间的水平距离为S2，通过余弦定理 α 1 = arcCos S 1 2 + L 1 2 - S 2 2 2 S 1 L 1 , α 2 = arcCos S 2 2 + L 1 2 - S 1 2 2 S 2 L 1 可求得测量点M1与基准点B1、B2之间连线的夹角ɑ1和ɑ2。当基准点B1、B2沿道路边线布置时，测量点M1在道路中的位置就实现了准确定位。
图5是本发明应用于道路的RFID无线定位装置的整体示意图。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种应用于道路的RFID无线定位装置，其特征在于，包括：探测长杆(2)、N个发射模块(3)、接收模块(4)和处理单元(5)；
所述探测长杆(2)放置于道路基准点，所述探测长杆(2)的顶部安装发射模块(3)，所述接收模块(4)放置于道路的测量点位置，所述接收模块(4)与发射模块(3)无线连接，所述接收模块(4)和发射模块(3)分别与处理单元(5)无线连接，N个发射模块之间进行同步，N为正整数；
还包括：旋转马达，所述旋转马达安装于发射模块(3)上，所述旋转马达固定于探测长杆(2)。
2.根据权利要求1所述的应用于道路的RFID无线定位装置，其特征在于，所述接收模块(4)同时接收至少两个发射模块(3)发射的超声波测距信号。
3.根据权利要求1所述的应用于道路的RFID无线定位装置，其特征在于，所述发射模块(3)和接收模块(4)与处理单元(5)通过ZIGBEE网络连接。
4.根据权利要求1所述的应用于道路的RFID无线定位装置，其特征在于，发射模块2到N个、接收模块2到N个，N为正整数。
5.一种根据权利要求1所述的应用于道路的RFID无线定位装置的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，N个发射模块和N个接收模块各自单独与ZIGBEE网络中的协调器通信，加入或退出网络；所述N个发射模块和N个接收模块包含ZIGBEE终端节点设备；
步骤2，处理单元中包括ZIGBEE协调器设备，所述处理单元与所述N个发射模块和N个接收模块无线通信，建立和维护整个无线网络；所述处理单元与所述N个发射模块和N个接收模块由预设的ID号进行识别，处理单元通过ZIGBEE协调器向所述N个发射模块和N个接收模块发送测量同步信号，接收模块接收至少两个发射模块(3)发射的超声波测距信号，处理单元获取由接收模块返回的数据，从而实现测距功能。
6.根据权利要求5所述的应用于道路的RFID无线定位方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤2-1，处理单元将测量同步信号同时发送给发射模块和接收模块，发射模块立即发射超声波测距信号，接收模块将此时刻作为计时起点并开始计时；
步骤2-2，当接收模块收到超声波测距信号时，计时结束；
步骤2-3，因为已知超声波的行进速度v，又测得了该信号从发射端到接收端的时间差t，故根据公式S＝v*t求得发射模块与接收模块之间的距离S，接收模块计算求得距离后将值发送给处理单元。
7.根据权利要求6所述的应用于道路的RFID无线定位方法，其特征在于，所述步骤2-3包括：
步骤2-4，发射模块立即发射超声波测距信号；
步骤2-5，接收模块将此时刻作为计时起点并开始计时；
步骤2-6，当接收模块收到超声波测距信号时，计时结束；
步骤2-7，因为已知超声波的行进速度v，又测得了该信号从发射端到接收端的时间差t，故根据公式S＝v*t求得发射模块与接收模块之间的距离S；接收模块计算求得距离后将值发送给处理单元；
步骤2-8，由于在接收模块和发射模块之间测得的距离l1不是实际的水平距离l2，因此要通过公式来求得水平距离；
步骤2-9，已知基准点B1和B2之间的水平距离为L1，基准点B1与测量点M1之间的水平距离为S1，基准点B2与测量点M1之间的水平距离为S2，通过余弦定理求得测量点M1与基准点B1、B2之间连线的夹角ɑ1和ɑ2，当基准点B1、B2沿道路边线布置时，测量点M1在道路中的位置就实现了准确定位。
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