CN105137465A - 多维度人员及设备智能定位可穿戴设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，包括无线通信模块：用于采集定位相关数据，并将定位相关数据远程传送；北斗/GPS定位模块：采集、解析北斗/GPS卫星信号，并进行位置计算，输出经纬度信息；蓝牙BLE数据采集模块：采集Ibeacon蓝牙信号的MAC、场强及TxPower；WIFI数据采集模块：采集WIFI主机的MAC及射频信号强度；RFID数据采集模块：采集RFID主机的ID及射频信号强度；转速及加速度测量模块，采集设备运动的加速度和转速；CPU模块：用于整机管理。本发明适用于特定行业在空旷环境及室内空间、通勤关口等不同的地理环境下对人员和设备的全程位置定位。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信应用领域，特别是一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，是一种适用于各种特定行业、各种工作场景的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备。
背景技术
目前，配备GPS功能的智能手机终端数量已经超过7.7亿部，地理位置数据已经开始渗透到整个移动领域。除了象FourSquare和Shopkick那样的消费者应用之外，基于地理位置的服务在移动领域还有很多的应用机会。它可以支持广告和许多其他的服务，比如天气、旅游类应用。
纯粹的北斗/GPS解决方案以及它所生成的经纬度标签是地理位置数据的公认标准。但是还有其他方法可以获得地理位置数据，如手机基站数据、WIFI连接、蓝牙、RFID等。特别是在矿井、隧道、商场、大型密闭工作场地等室内空间，由于不能接收北斗/GPS射频信号，此时，需要多种定位手段的结合，采用多维度定位方式，最终全程确定人员及设备所处的地理位置。
针对一系列特定行业，如矿山、大型建筑工地、森林、消防、航运等，人员及设备地理位置综合管理平台实现对其人员和设备所处的地理位置进行综合监测、分析、管理。其前端的地理位置采集设备，必须具备在空旷环境及室内空间（如隧道、矿井作业面等）及各种通勤关口的多维度位置参数采集，结合多种定位技术，并具备可穿戴性，通过运营商的无线通信网络，将各种与定位有关的无线参数，送入远程人员及设备地理位置综合管理平台，由平台进行人员和设备地理位置的综合计算，从而实现对工作人员在不同工作场景下的地理位置的实时监测和管理。同时，由于部分环境非常恶劣，如渗水、高瓦斯等，人员和设备所携带的定位数据采集设备，必须具备防水、防潮、防爆的特征。因此，非常有必要研发出一种多维度的可穿戴定位设备，融合多种定位技术和无线通信网络，满足各种复杂和恶劣环境下的用户地理位置定位，相关定位数据送入远程人员及设备地理位置综合管理平台，从而实现对人员和设备在各种工作场景下的综合管理。
在现有技术中，中国专利公开号“103983984A”公开了一种定位设备、可穿戴装备和定位系统，其公开日为2014年08月13日，但在实际应用中，其存在的主要问题在于：1、该专利定位方式单一采用GPS卫星定位，一方面不能利用我国自行研发的北斗卫星定位，另一方面，对于室内及通勤关口，未提出相应的定位方式，因此，不适合于在复杂的工作场景下，对人员和设备的全程、全天候的地理位置跟踪；2、提高用户终端的电池续航能力，直接关系到人员及设备地理位置综合管理平台的可用性和实用性。该专利未提出可穿戴终端和平台之间通过信息交互，由平台确定最佳的省电策略的决策方式，其数据上报的灵活性和电池续航能力受到很大的制约；3、该专利未实现用户主动告警和网络预警，在使用者处于危急环境时，不能及时提醒用户及网络监控人员；4、该专利未涉及可穿戴设备与平台双向通信的安全处理，不能杜绝非法用户的恶意接入，存在数据通信安全隐患，不适合于在实际网络中的使用。5、该专利未涉及整机防水、防潮及防爆处理，不适合于高瓦斯、高湿度等恶劣环境下的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备。本发明具有高集成度、多维度定位、高稳定性、可穿戴性，适用于特定行业在空旷环境及室内空间、通勤关口等不同的地理环境下对人员和设备的全程位置定位。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，包括：
无线通信模块：用于采集无线通信服务小区、邻区的定位相关数据，并将定位相关数据远程传送；
北斗/GPS定位模块：采集、解析北斗/GPS卫星信号，并进行位置计算，输出经纬度信息；
蓝牙BLE数据采集模块：采集Ibeacon蓝牙信号的MAC、场强及TxPower；
WIFI数据采集模块：采集WIFI主机的MAC及射频信号强度；
RFID数据采集模块：采集RFID主机的ID及射频信号强度；
转速和加速度测试模块：采集可穿戴设备运动的加速度和转速；
CPU模块：用于整机管理，包括但不限于与上述各模块的通信、对各模块的控制、位置参数计算和位置数据成帧及发送；
电源模块：用于无线充放电管理，并进行电压适配，生成上述模块各自所需的电压，供各模块使用。
所述无线通信模块的组成包括：
无线射频管理部分：用于与运营商基站进行交互通信；
无线通信管理部分：用于无线网络的语音、短信、数据的通信及管理；
基站参数测量部分：用于测量服务小区及邻区的LAC、CI及场强RSSI；
外部接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接。
所述北斗/GPS定位模块包括：
北斗/GPS信号采集芯片：用于采集北斗/GPS卫星的射频信号并解码；
位置计算部分：通过采集到多颗的北斗/GPS卫星的射频信号解码结果，计算出用户经纬度信息；
位置信息接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，输出用户经纬度信息供CPU模块使用；
AGPS处理部分：用于接收和处理GPS辅助信息。
所述蓝牙BLE数据采集模块包括：
蓝牙通信BLE芯片：用于接收Ibeacon蓝牙信号，并与部署的Ibeacon的交互通信；
蓝牙BLE协议栈部分：用于通信协议处理、分析和管理；
Ibeacon信号采集部分：采集搜索到的Ibeacon信源的相关参数，送入CPU模块进行位置数据成帧处理。
所述WIFI数据采集模块包括：
WIFI通信芯片：采集所搜索到的WIFI主机信号的MAC及射频信号强度，供CPU模块使用；
WIFI通信接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，通过该接口将采集到的WIFI主机的MAC及射频信号强度送入CPU模块。
所述RFID数据采集模块包括：
RFID通信芯片：用于接收所搜索到RFID主机信号的ID值及射频信号强度，供CPU模块使用；
RFID通信接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，通过该接口将ID值及射频信号强度送入CPU模块。
所述CPU模块包括：
CPU芯片部分：用于各模块配置管理，并将成帧后的数据远程发送；
CPU接口部分：用于与各采集模块的双向通信连接，获取各采集模块的采集数据；
CPU管理部分：用于芯片配置管理、BLE协议栈处理、各芯片测试数据处理、数据成帧发送处理、程序远程升级、告警处理、通信策略处理、安全处理。
所述CPU管理部分包括：
整机芯片配置管理部分：用于各个模块芯片的初始化参数配置管理；
采集模块参数获取部分：用于获取各采集模块的采集数据；
电池电压参数获取部分：通过CPU模块接口，获取电池供电电压值，该电压值上传到人员及设备地理位置综合管理平台，供平台进行策略分析和处理，以便有效提高电池续航能力；
测试数据成帧发送部分：用于将数据封装为数据帧，并通过无线通信模块进行远程发送；
远程升级部分：用于接收远程升级请求，并接收升级代码文件，存储于CPU中的FLASH内，升级代码接收完毕并校验无误后，将FLASH内的代码更新程序代码段，然后复位CPU，实现程序代码的远程升级；
告警处理部分：包括用户主动告警部分和网络预警部分；
通信策略处理部分：用于定位方式切换和数据上报模式处理；
安全处理部分：用于注册、鉴权及数据帧的加密。
所述用户主动告警部分：当用户在现场发现异常情况时，用于主动发送告警帧信号，并通过无线通信模块，拨打预设的告警电话号码，接通此次呼叫，让预设的告警电话端进行现场环境音的拾取。
所述网络预警部分：当远程监控发现现场异常情况时，用于接收远程网络预警帧，并进行告警处理。
采用本发明的优点在于：
一、本发明作为人员及设备地理位置综合管理平台的定位数据采集和传输设备，具有多维度定位数据采集处理能力，适合于在空旷环境下的北斗/GPS卫星定位数据采集及室内环境下的无线通信小区参数和BLE、WIFI信号采集，以及通勤关口的RFID信号采集。多维度的定位数据的采集和传输，实现了人员及设备的全程定位跟踪，为人员及设备地理位置综合管理平台提供不可缺少的基础位置信息参数数据。
二、本发明采用高集成度的CPU及定位数据采集芯片，将多种定位技术集成为一体，实现了各种工作场景下的全流程定位，是一种高集成度、高可靠性的定位设备。
三、本发明具有高集成度，整机重量小于150克，可部署于安全帽、捆绑到腰间、佩戴在手腕、固定在工作服、安放到需监控的设备上，便于人员携带及设备安装。
四、本发明具有远程升级功能，便于通过人员及设备地理位置综合管理平台进行大量设备的远程升级。
五、本发明具有策略处理功能，便于在电池耗电量及测试速度及精度间的权衡，满足于各种测量的需求，同时大大提升了电池的续航能力。
六、本发明具有无线充电接口，一方面使得充电过程更为简便，另一方面，使得整个硬件设备可放置与密闭机壳内，从而实现防水、防潮，适合于在各种恶劣环境下的使用。
七、本发明的电路设计，遵循矿下恶劣环境下本质安全相关的电路设计规范，具有防爆功能，适合于在高瓦斯等矿下恶劣环境下的使用。
八、通过可穿戴设备与远程平台的注册/鉴权流程及数据帧的加密，防止非法用户的恶意接入，有效提升了数据通信的安全性能。
九、本发明具有用户主动告警及网络预警功能，使得使用人员和网络监控人员能在第一时间内发现用户所处于危急环境，并进一步进行险情处理。
附图说明
图1为本发明结构原理框图。
具体实施方式
实施例1
一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，包括：
无线通信模块：用于采集无线通信服务小区、邻区的定位相关数据，并将定位相关数据远程传送；定位相关数据包括LAC、CI及场强RSSI；
北斗/GPS定位模块：采集、解析北斗/GPS卫星信号，并进行位置计算，输出经纬度信息；
蓝牙BLE数据采集模块：采集Ibeacon蓝牙信号的MAC、场强及TxPower；
WIFI数据采集模块：采集WIFI主机的MAC及射频信号强度；
RFID数据采集模块：采集RFID主机的ID及射频信号强度；
转速和加速度测试模块：采集可穿戴设备运动的加速度和转速；
CPU模块：用于整机管理，包括但不限于与上述各模块的通信、对各模块的控制、位置参数计算和位置数据成帧及发送；
电源模块：用于无线充放电管理，并进行电压适配，生成上述模块各自所需的电压，供各模块使用。
所述无线通信模块的组成包括：
无线射频管理部分：用于与运营商基站进行交互通信；
无线通信管理部分：用于无线网络的语音、短信、数据的通信及管理；
基站参数测量部分：用于测量服务小区及邻区的LAC、CI及场强RSSI；
外部接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接。
所述北斗/GPS定位模块包括：
北斗/GPS信号采集芯片：用于采集北斗/GPS卫星的射频信号并解码；
位置计算部分：通过采集到多颗的北斗/GPS卫星的射频信号解码结果，计算出用户经纬度信息；
位置信息接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，输出用户经纬度信息供CPU模块使用；
AGPS处理部分：用于接收和处理GPS辅助信息。
所述蓝牙BLE数据采集模块包括：
蓝牙通信BLE芯片：用于接收Ibeacon蓝牙信号，并与部署的Ibeacon的交互通信；
蓝牙BLE协议栈部分：用于通信协议处理、分析和管理；
Ibeacon信号采集部分：采集搜索到的Ibeacon信源的相关参数，送入CPU模块进行位置数据成帧处理。
所述WIFI数据采集模块包括：
WIFI通信芯片：采集所搜索到的WIFI主机信号的MAC及射频信号强度，供CPU模块使用；
WIFI通信接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，通过该接口将采集到的WIFI主机的MAC及射频信号强度送入CPU模块。
所述RFID数据采集模块包括：
RFID通信芯片：用于接收所搜索到RFID主机信号的ID值及射频信号强度，供CPU模块使用；
RFID通信接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，通过该接口将ID值及射频信号强度送入CPU模块。
所述转速和加速度测试模块包括：
转速和加速度测量芯片：通过集成的加速传感器与陀螺仪，采集设备运动的加速度和转速；
转速和加速度测量接口部分：用于与CPU模块的通信连接，通过该接口将设备运动的加速度和转速测量数据送入CPU模块。
所述CPU模块包括：
CPU芯片部分：用于各模块配置管理，并将成帧后的数据远程发送；
CPU接口部分：用于与各采集模块的双向通信连接，获取各采集模块的采集数据；
CPU管理部分：用于芯片配置管理、BLE协议栈处理、各芯片测试数据处理、数据成帧发送处理、程序远程升级、告警处理、通信策略处理、安全处理。
所述CPU管理部分包括：
整机芯片配置管理部分：用于各个模块芯片的初始化参数配置管理；
采集模块参数获取部分：用于获取各采集模块的采集数据；
电池电压参数获取部分：通过CPU模块接口，获取电池供电电压值；
测试数据成帧发送部分：用于将数据封装为数据帧，并通过无线通信模块进行远程发送；
远程升级部分：用于接收远程升级请求，并接收升级代码文件，存储于CPU中的FLASH内，升级代码接收完毕并校验无误后，将FLASH内的代码更新程序代码段，然后复位CPU，实现程序代码的远程升级；
告警处理部分：包括用户主动告警部分和网络预警部分；
通信策略处理部分：用于定位方式切换和数据上报模式处理；
安全处理部分：用于注册、鉴权及数据帧的加密。
所述用户主动告警部分：当用户在现场发现异常情况时，用于主动发送告警帧信号，并通过无线通信模块，拨打预设的告警电话号码，接通此次呼叫，让预设的告警电话端进行现场环境音的拾取。
所述网络预警部分：当远程监控发现现场异常情况时，用于接收远程网络预警帧，并进行告警处理。
实施例2
采用本发明可通过对无线通信网络、北斗/GPS卫星、蓝牙、WIFI、RFID等多维度定位数据采集，并将用户位置通过无线通信网络，上传到远程人员及设备地理位置综合管理平台，在平台上进行人员及设备的位置计算。以下对本发明做详细说明。
一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，包括：
无线通信模块：用于无线通信服务小区、邻区的场强RSSI数据采集，并利用运营商无线通信网络的PS域的数据通信功能，将定位相关数据通过无线数据网络，传送到远程人员及设备地理位置综合管理平台；
北斗/GPS定位模块：采集、解析北斗及GPS卫星信号，并进行位置计算，输出经纬度信息；
蓝牙BLE数据采集模块：采集Ibeacon蓝牙信号的MAC、场强及TxPower，用于平台基于蓝牙BLE技术的位置定位；
WIFI数据采集模块：采集WIFI主机的MAC及射频信号强度，用于平台基于WIFI技术的位置定位；
RFID数据采集模块：采集有源、远距离RFID主机的ID及射频信号强度，用于平台基于RFID技术的位置定位；
CPU模块：用于整机管理，包括与各个子模块的通信、对各个子模块的控制、位置参数计算、位置数据成帧及发送、告警管理、软件远程升级管理等；
电源模块：用于锂电池无线充放电管理，并进行电压适配，生成各个子模块各自所需的电压，供各个子模块使用；
整机防水、防潮及防爆处理部分：整机电路设计，满足矿下本质安全电路设计规范，适合于高瓦斯等恶劣环境下的使用；同时，整机机壳采用密闭机壳，上下机壳连接处及外壳螺丝孔处，均采用耐高温硅胶条密闭处理，满足防水、防潮要求。
所述无线通信模块的组成包括：
无线射频管理部分：针对WCDMA/TDSCDMA无线网络，提供多频段、多制式的RF无线射频部分电路，通过无线空中接口与运营商基站进行交互通信。
无线通信管理部分：实现基于运营商提供的WCDMA/TDSCDMA无线网络的语音、短信、数据的通信及管理。其中，相关PS域通信参数，如APN、远程服务器IP地址及端口，由远程人员及设备地理位置综合管理平台通过运营商基站，使用短信方式送入无线通信模块；CPU模块成帧的位置测试数据，通过运营商提供的PS域数据通信通道，传送到运营商基站，然后传送到远程人员及设备地理位置综合管理平台；
基站参数测量部分：无线通信模块具备服务小区及邻区的测量功能，分别测试服务小区及邻区的LAC、CI及场强RSSI。这一系列测试数据送入远程人员及设备地理位置综合管理平台，以便平台进行基于运营商基站的定位计算。
外部接口部分：通过RS232串口通信电路，以实现与CPU模块的双向通信。CPU模块通过RS232串口通信电路，利用AT命令对无线通信模块进行配置、管理；相关基于运营商基站小区定位的测量信息，无线通信模块使用AT命令上报到CPU模块。
所述北斗/GPS定位模块的组成包括：
北斗/GPS信号采集芯片：采用卫星导航芯片设计公司威航科技(SkyTraqTechnology，Inc.)生产的Venus828FGPS/北斗单芯片接收模块，采集GPS卫星1575.42MHz的射频信号并解码，同时采集北斗卫星1561.098MHz的射频信号并解码。
位置计算部分：通过采集到多颗的GPS和北斗卫星的射频信号解码结果，计算出用户经纬度信息。
位置信息接口部分：通过RS232串行通信电路，使用NMEA0183协议输出用户经纬度及相关定位信息，供CPU模块使用。
AGPS处理部分：CPU将采集到的运营商服务小区信息，通过数据通信网络，传输至远程AGPS定位服务器，AGPS定位服务器根据基站信息，向可穿戴设备的AGPS接口传输相关的GPS辅助信息（包含GPS的星历和方位俯仰角等）。AGPS处理部分根据所接收到的信息，大大提升了GPS信号的第一锁定时间TTFF及定位精度。
所述蓝牙BLE数据采集模块的组成包括：
蓝牙通信BLE芯片及外围电路部分：采用TexasInstruments公司的CC2541，实现蓝牙4.0的协议栈，接收Ibeacon蓝牙信号，并实现与部署的Ibeacon的交互通信。同时，CC2541也作为整机的CPU，进行整机的综合管理。
蓝牙BLE协议栈部分：包括控制器和主机的蓝牙4.0通信协议处理，包含GAP、ATT/GATT、SMP、L2CAP各个协议子层的协议处理和分析、管理。
Ibeacon信号采集部分：采集所搜索到的Ibeacon信源的MAC、场强及TxPower等相关参数，送入CPU模块进行位置数据成帧处理。这一系列测试数据送入远程人员及设备地理位置综合管理平台，以便平台进行基于部署的Ibeacon的BLE定位计算。
所述WIFI数据采集模块的组成包括：
WIFI通信芯片及外围电路部分：用TexasInstruments公司的WL1251，实现2.4GHz的WIFI通信。采集所搜索到的WIFI主机信号的MAC及射频信号强度，供CPU模块使用。
WIFI通信接口部分：采用SDIO/SPI接口与CPU模块进行通信，将采集到的WIFI主机MAC及射频信号强度送入CPU模块。这一系列测试数据送入远程人员及设备地理位置综合管理平台，以便平台进行基于WIFI信号的定位计算。
所述RFID数据采集模块的组成包括：
RFID通信芯片及外围电路部分：使用TexasInstruments公司的CC1100，实现915MHzISM/SRD波段的RFID通信。接收所搜索到的915MHz有源RFID主机信号的ID值及射频信号强度，供CPU模块使用。这一系列测试数据送入远程人员及设备地理位置综合管理平台，以便平台进行基于RFID信号的定位计算，从而判断人员和设备是否进入、越过通勤关口。
RFID通信接口部分：采用SPI接口与CPU模块进行通信，将采集到的RFID主机ID值及射频信号强度送入CPU模块。
所述转速和加速度测试模块包括：
转速和加速度测试芯片：使用BOSCH公司的BMI055集成芯片，实现三轴陀螺仪16位数据采集和三轴加速度仪12位数据采集，采集设备运动的加速度和转速，此数据表征可穿戴设备的运动状况，用于平台对定位数据的进一步修正；
转速和加速度测量接口部分：用于与CPU模块的通信连接，采用SPI接口连接到CPU，通过该接口将设备运动的加速度和转速测量数据送入CPU模块。
所述CPU模块的组成包括：
CPU芯片部分：采用TexasInstruments公司的CC2541，与蓝牙BLE处理模块共用CPU，既处理蓝牙BLE协议栈，并进行Ibeacon信号采集，又运行整机软件，进行各模块配置管理，并将测试数据成帧后的数据通过运营商提供的无线通信网络，发送到远程人员及设备地理位置综合管理平台。
CPU外设接口电路部分：具有2路RS232串口电路，一路连接无线通信模块，用于对无线通信模块的控制及获取无线通信模块针对服务小区和邻区信号测量的LAC、CI、RSSI值；另外一路连接北斗/GPS模块，通过NMEA0183协议，获取用户经纬度值。具有多路SPI/SDIO接口，分别获取RFID、WIFI芯片测试的相关ID/MAC及射频信号强度值。
CPU管理部分：进行整机芯片配置管理、BLE协议栈处理、各定位芯片测试数据处理、数据成帧发送处理、程序远程升级、告警处理、通信策略处理、安全处理等。
所述CPU管理部分的组成包括：
整机芯片配置管理部分：实现各个模块芯片即无线通信芯片、CC2541、CC1100、CC1100、北斗/GPS模块的初始化参数配置管理。
无线通信小区参数采集部分：通过RS232串口，接收无线通信模块的小区参数，解析AT命令，获取设备的服务小区及邻区的LAC、CI、RSSI值。
北斗/GPS位置参数获取部分：通过RS232串口，接收北斗/GPS模块的串口数据，解析NMEA0183协议，获取用户经纬度信息；
蓝牙BLE协议栈及测试参数获取部分：通过BLE无线接口，利用蓝牙协议栈，采集所搜索到的Ibeacon信源的MAC及其信号强度；
WIFI测试参数获取部分：通过SDIO/SPI接口，获取WL1251所测试的WIFI主机的MAC及射频信号强度；
RFID测试参数获取部分：通过SPI接口，获取CC1100所测试的RFID有源远距离主机的ID及射频信号强度；
电池电压参数获取部分：通过CPU模块的AD接口，获取电池供电电压值。
测试数据成帧发送部分：根据上述测试结果，按照与远程人员及设备地理位置综合管理平台的协议规定，将各部分数据封装为数据帧，并利用相关密钥及HMAC-SHA-256算法，通过无线通信模块，发送到远程人员及设备地理位置综合管理平台上。
远程升级部分：接收远程人员及设备地理位置综合管理平台的升级请求，并接收升级代码文件，存储于CPU中的FLASH内。升级代码接收完毕并校验无误后，将FLASH内的代码更新程序代码段，然后复位CPU，实现程序代码的远程升级。
告警处理部分：包括用户主动告警和网络预警功能。
所述告警处理部分的组成包括：
用户主动告警部分：当用户在现场发现异常情况时，按动设备上的SOS键，此时，CPU模块主动向远程人员及设备地理位置综合管理平台发送告警帧信号，通知平台现场用户发生异常；同时，通过无线通信模块，拨打预设的告警电话号码，接通此次呼叫，让预设的告警电话端进行现场环境音的拾取。
网络预警部分：当远程监控人员发现现场异常情况，则远程人员及设备地理位置综合管理平台通过无线通信网络，向可穿戴设备发送网络预警信号帧；可穿戴设备接收远程网络预警帧后，利用设备内的高分贝蜂鸣器进行声音告警，同时，闪动告警指示灯，提示用户所处环境存在异常情况。
所述安全处理部分的组成包括：
可穿戴设备开始接入远程人员及设备地理位置综合管理平台时，上报用户唯一ID，进行注册请求；平台接收到该注册请求后，查询数据库内的用户ID表，若该ID在录入的用户ID表内，则允许用户接入，并向用户终端发送注册成功信息，完成用户注册流程；若该ID不在录入的用户ID表内，则该用户为非法用户，此时向用户终端发送注册拒绝信息，不允许此用户接入。当用户终端接收到注册成功信息后，向平台发送鉴权请求信息，包含用户ID和上行密钥Ku，此后用户终端发送到平台的数据内容，需利用Ku和HMAC-SHA-256加密算法进行加密后传输；平台收到鉴权请求信息后，发送鉴权响应信息，包含下行密钥Kd，此后平台发送的用户终端的数据内容，需利用Kd和HMAC-SHA-256加密算法进行加密后传输。通过可穿戴设备与远程平台的注册/鉴权流程及数据帧的加密，防止非法用户的恶意接入，有效提升了数据通信的安全性能。
所述通信策略处理部分的组成包括：
多维度定位方式智能切换部分：当设备正常接收到北斗/GPS卫星信号，并正确计算出经纬度信息时，表征用户处于空旷地带，此时，主要采用北斗/GPS卫星定位，控制其余BLE测量、WIFI测量、RFID测量、无线小区参数测量模块处于低功耗状态，以减少电池电量的使用，提升电池续航能力；当设备未正常接收到北斗/GPS卫星信号时，表征该用户处于室内空间，此时唤醒BLE测量、WIFI测量、RFID测量、无线小区参数测量模块，进行室内空间的多维度信号采集。
数据上报模式处理部分：远程人员及设备地理位置综合管理平台通过无线通信网络设定可穿戴设备多种数据上报模式，包括
1、平台指定模式：远程人员及设备地理位置综合管理平台设定设备测试数据上报频次、上报内容。
2、高速测试模式：每秒实时上报北斗/GPS、BLE、WIFI、RFID、无线基站小区测量等数据，设备进行高频次数据采集和数据传输，以满足特定环境下人员和设备实时定位的需求。
3、低速测试模式：根据CPU模块的系统时间，在工作时段进行较高频次的定位测试及数据传输；在非工作时段，将所有测试模块及CPU模块设置为低功耗模式，不上传测试数据，以减少电池电量的消耗；处于低功耗运作的CPU模块，判断进入工作时段时，唤醒CPU及各个测量模块，进行定位数据的采集和传输。工作时段时间点及相应的测量和上报频次，可以通过远程人员及设备地理位置综合管理平台进行远程设定。
所述电源模块的组成包括：
锂电池供电部分：采用3.7V，3000MAH的锂电池作为整机供电电源。
电源适配部分：将电池电压3.7V进行适配处理，送入各个子模块，供各个子模块的芯片使用。
无线充放电管理部分：通过无线充电接口，对电池进行充电；充电完毕，点亮充电完毕指示灯。在设备电池电压低于门限值时，点亮低电压告警灯，提示用户需进行充电。
本发明中，涉及到的外围电路和接口电路均可采用现有技术。
Claims (10)
1.一种多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，包括：
无线通信模块：用于采集无线通信服务小区、邻区的定位相关数据，并将定位相关数据远程传送；
北斗/GPS定位模块：采集、解析北斗/GPS卫星信号，并进行位置计算，输出经纬度信息；
蓝牙BLE数据采集模块：采集Ibeacon蓝牙信号的MAC、场强及TxPower；
WIFI数据采集模块：采集WIFI主机的MAC及射频信号强度；
RFID数据采集模块：采集RFID主机的ID及射频信号强度；
转速和加速度测试模块：采集可穿戴设备运动的加速度和转速；
CPU模块：用于整机管理，包括但不限于与上述各模块的通信、对各模块的控制、位置参数计算和位置数据成帧及发送；
电源模块：用于无线充放电管理，并进行电压适配，生成上述模块各自所需的电压，供各模块使用。
2.根据权利要求1所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述无线通信模块的组成包括：
无线射频管理部分：用于与运营商基站进行交互通信；
无线通信管理部分：用于无线网络的语音、短信、数据的通信及管理；
基站参数测量部分：用于测量服务小区及邻区的LAC、CI及场强RSSI；
外部接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接。
3.根据权利要求1或2所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述北斗/GPS定位模块包括：
北斗/GPS信号采集芯片：用于采集北斗/GPS卫星的射频信号并解码；
位置计算部分：通过采集到多颗的北斗/GPS卫星的射频信号解码结果，计算出用户经纬度信息；
位置信息接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，输出用户经纬度信息供CPU模块使用；
AGPS处理部分：用于接收和处理GPS辅助信息。
4.根据权利要求3所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述蓝牙BLE数据采集模块包括：
蓝牙通信BLE芯片：用于接收Ibeacon蓝牙信号，并与部署的Ibeacon的交互通信；
蓝牙BLE协议栈部分：用于通信协议处理、分析和管理；
Ibeacon信号采集部分：采集搜索到的Ibeacon信源的相关参数，送入CPU模块进行位置数据成帧处理。
5.根据权利要求1、2或4所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述WIFI数据采集模块包括：
WIFI通信芯片：采集所搜索到的WIFI主机信号的MAC及射频信号强度，供CPU模块使用；
WIFI通信接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，通过该接口将采集到的WIFI主机的MAC及射频信号强度送入CPU模块。
6.根据权利要求5所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述RFID数据采集模块包括：
RFID通信芯片：用于接收所搜索到RFID主机信号的ID值及射频信号强度，供CPU模块使用；
RFID通信接口部分：用于与CPU模块的双向通信连接，通过该接口将ID值及射频信号强度送入CPU模块。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述CPU模块包括：
CPU芯片部分：用于各模块配置管理，并将成帧后的数据远程发送；
CPU接口部分：用于与各采集模块的双向通信连接，获取各采集模块的采集数据；
CPU管理部分：用于芯片配置管理、BLE协议栈处理、各芯片测试数据处理、数据成帧发送处理、程序远程升级、告警处理、通信策略处理、安全处理。
8.根据权利要求7所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述CPU管理部分包括：
整机芯片配置管理部分：用于各个模块芯片的初始化参数配置管理；
采集模块参数获取部分：用于获取各采集模块的采集数据；
电池电压参数获取部分：通过CPU模块接口，获取电池供电电压值；
测试数据成帧发送部分：用于将数据封装为数据帧，并通过无线通信模块进行远程发送；
远程升级部分：用于接收远程升级请求，并接收升级代码文件，存储于CPU中的FLASH内，升级代码接收完毕并校验无误后，将FLASH内的代码更新程序代码段，然后复位CPU，实现程序代码的远程升级；
告警处理部分：包括用户主动告警部分和网络预警部分；
通信策略处理部分：用于定位方式切换和数据上报模式处理；
安全处理部分：用于注册、鉴权及数据帧的加密。
9.根据权利要求8所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述用户主动告警部分：当用户在现场发现异常情况时，用于主动发送告警帧信号，并通过无线通信模块，拨打预设的告警电话号码，接通此次呼叫，让预设的告警电话端进行现场环境音的拾取。
10.根据权利要求8或9所述的多维度人员及设备智能定位可穿戴设备，其特征在于，所述网络预警部分：当远程监控发现现场异常情况时，用于接收远程网络预警帧，并进行告警处理。
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