CN105338495A - 近距离无线通信定位与跟踪装置及其跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种近距离无线通信定位与跟踪装置及其跟踪方法，包括定位模块与被定位模块；定位模块向被定位模块发送无线信号和数据，接受被定位模块返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，计算定位模块与被定位模块之间的距离，当被定位模块与定位模块之间的距离超过设定值时启动转向和行走，跟踪被定位模块，与被定位模块保持在一定范围内，该装置具有体积小、操作简单和功耗低的特点，方便设计一种可移动装置跟踪另外一个装置。

Description

近距离无线通信定位与跟踪装置及其跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种无线通信设备，具体为近距离无线通信定位与跟踪装置及其跟踪方法。

背景技术

随着科学技术的进步，工业自动化与机器人概念逐渐转为民用和娱乐市场，当前无线短距离通信技术日趋成熟，定位技术也随着芯片的更新，更趋于准确和实时，随着通信技术和物联网等技术的发展，对物品识别和定位的技术日益成熟。当前可用于对物品定位的首要方法是基于卫星的定位系统，包括GPS和北斗系统等。这些系统可实现较为精确的定位，但由于卫星定位系统必须保证卫星的可视性，所以只能在无遮挡的环境条件下应用。另外卫星定位系统功耗和成本都较高，而且必须一个网络通过空口传输，没有必要用在短距离定位和跟踪识别，近年来，随着无线通信和微电子技术的发展，无线测距技术开始得到应用。目前可用的无线测距技术主要包括基于RSSI、基于CCS、基于TOA、基于TDOA和基于TOF等方法，这些方法通过测量收发信方之间的信号衰减特征或信号传播时间等信息来计算收发双方之间的距离。为了提高无线测距的精度，一些IC厂商开始提供融合两种或数种以上技术的无线测距专用芯片，使无线测距技术得到实用。为了得到物品的定位信息，一些技术开始采用多个固定或移动基站或锚点对某一终端进行测距，然后根据基站间的相对几何位置及测距信息来对被定位终端进行定位。

发明内容

针对上述技术背景，本发明涉及利用无线测距进行定位的系统，提供一种定位设备简单、体积小、功耗低定位与跟随装置，基于定位技术，原有的技术是基站或锚点来定位移动终端，即通过三点定位法，根据移动终端的距离来计算出坐标，而基站的坐标是固定且有相对数据，从而可以知道移动终端的具体位置；该发明内容为，做一下反向应用的设计，让原来用于定位的基站随着移动端行走，在保持预设距离的情况下，并能按照预先记录的移动端轨迹，自动跟随，那么具体的应用，就是让这些基站或锚点固定在一个设备上，比如小车，根据移动终端的移动信息，控制小车自动跟随移动终端行走。

具体技术方案为：

所基于的无线通信标准包括并不限于wifi、蓝牙、zigbee、UWB、FM或者其他自定义频段；

近距离无线通信定位与跟踪装置，包括定位模块与被定位模块；

定位模块，包括定位微处理器单元、定位无线收发单元、计算单元、行走单元和定位供电单元，所述的计算单元连接有显示单元和输入单元，所述的计算单元、定位无线收发单元、定位供电单元、行走单元和提醒单元分别与定位微处理器单元连接；

定位微处理器单元，接受到的数据进行协议比对，判断是否为指定被定位模块回传的应答信号，如果判定为指定被定位模块回传的应答信号，对数据进行计算处理，将包含测距的数据传送给计算单元；另外，定位微处理器单元根据提醒单元提供的距离和方位差控制行走单元进行移动，与被定位模块保持在预设的距离内；

计算单元，根据收到被定位模块的测距信息计算该被定位模块与本定位模块间的距离和角度，对计算得到距离和角度信息进行存储并与预设的距离进行比对，如果计算距离大于预设距离，则启动提醒单元，将角度和距离差传递给定位微处理器单元；

定位无线收发单元，进行信号调制和放大后通过天线发送给被定位模块，接收被定位模块的应答；

输入单元，用于通过控制定位模块对被定位模块的定位操作；

行走单元，通过定位微处理器单元控制步进电机，电机控制主动轮，通过脉冲控制电机转数，可以控制移动的距离；

定位供电单元，用于给定位微处理器单元和定位无线收发单元提供电源；

被定位模块，包括被定位无线收发单元、被定位微处理器单元和被定位供电单元，被定位无线收发单元与被定位微处理器单元连接；

被定位无线收发单元，对接受到的无线电信号进行放大、滤波和解调处理后得到数据信号，将数据信号传送到被定位微处理器单元；将被定位微处理器单元处理后的包含测距信息和协议信息的数据通过天线发送给定位模块；

被定位微处理器单元，对接受到的数据进行协议比对，判断是否为传送给本被定位模块的信号，如果判定为传送给本被定位模块的信号，被定位微处理器单元对数据进行计算处理，将包含测距信息和协议信息的数据通过被定位无线收发单元发送给定位模块；

被定位供电单元，用于给被定位微处理器单元和被定位无线收发单元提供电源。

近距离无线通信定位与跟踪装置的跟踪方法，包括以下步骤：

(1)多点距离计算，定位模块中的定位微处理器单元完成，有两个或以上的基站分别计算距离数据，将测距数据送往计算单元；

(2)定位模块的计算单元根据定位微处理器单元提供的测距数据判断被定位模块与定位模块之间距离，如果超出，则启动行走单元，根据移动设备的相对方位，启动电机移动跟随。

本发明提供的近距离无线通信定位与跟踪装置及其跟踪方法，基于点对点无线通信测距的近距离定位装置，系统需定位模块和被定位模块两个无线通信节点，通过定位模块的两点或以上定位法来确定被定位模块的方位和距离，从而实现被定位模块的准确定位，该系统具有体积小、操作简单和功耗低的特点。

附图说明

图1是本发明的定位模块结构示意图；

图2是本发明的被定位模块结构示意图；

图3是本发明的定位方法流程图；

图4是本发明实施例定位判断示意图。

具体实施方式

结合实施例说明本发明的具体实施方式。

如图1和图2所示，近距离无线通信定位与跟踪装置，包括定位模块与被定位模块；

定位模块包括定位微处理器单元16、定位无线收发单元12、计算单元14、提醒单元17和定位供电单元15，所述的计算单元14连接有显示单元11和输入单元13，所述的计算单元14、定位供电单元15、提醒单元17分别与定位微处理器单元16连接；

定位微处理器单元16，接受到的数据进行协议比对，判断是否为指定被定位模块回传的应答信号，如果判定为指定被定位模块回传的应答信号，对数据进行计算处理，将包含测距信息的数据传送给计算单元；

计算单元14，根据收到被定位模块的测距信息计算该被定位模块与本定位模块间的距离，对计算得到距离信息进行存储并与预设距离进行比对，如果计算距离大于预设距离，则启动提醒单元17提供信号；

计算单元14一般为嵌入式系统，包括微处理器、存储器等必要的电路元件，也可为DSP和单片机系统，也可以为独立的电路系统，也可以与输入单元13和显示单元11一起作为集成的系统单元，包括并不限于PDA、MP4、手机和掌上电脑等。

定位无线收发单元12，进行信号调制和放大后通过天线发送给被定位模块，接收被定位模块的应答；

输入单元13，用于通过控制定位模块对被定位模块的定位操作；

定位供电单元15，用于给定位微处理器单元和定位无线收发单元提供电源；

定位微处理器单元16和定位无线收发单元12可以为分离的功能电路单元，也可以为集成的芯片系统单元。定位模块中的计算单元14与定位微处理器单元16之间的数据通信可以为有线数据通信，也可以为无线数据通信，包括并不限于蓝牙、WIFI、zigbee和红外等通信方式。定位供电单元15可以是电池等直接供电元件，也可是通过电压转换电路提供供电的电源装置。

被定位模块包括被定位无线收发单元23、被定位微处理器单元21和被定位供电单元22，被定位无线收发单元23与被定位微处理器单元21连接；

定位无线收发单元23，对接受到的无线电信号进行放大、滤波和解调处理后得到数据信号，将数据信号传送到被定位微处理器单元21；将被定位微处理器单元21处理后的包含测距信息和协议信息的数据通过天线发送给定位模块；

被定位微处理器单元21，对接受到的数据进行协议比对，判断是否为传送给本被定位模块的信号，如果判定为传送给本被定位模块的信号，被定位微处理器单元21对数据进行计算处理，将包含测距信息和协议信息的数据通过被定位无线收发单元23发送给定位模块；

被定位供电单元22，用于给被定位微处理器单元21和被定位无线收发单元23提供电源。

定位模块，用于向被定位模块发送无线信号和数据，接受被定位模块返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，利用其中的计算定位模块与被定位模块之间的距离，测距信息包括但不限于RSSI、TOF、TOA和TODA等信息；当被定位模块与定位模块之间的距离超过设定值时，定位模块可开启声光和振动进行提示。定位模块通过显示单元如LCD或LED、输入单元如按键或触摸屏进行定位操作，通过定位操作及算法计算被定位模块相对于定位模块的方位，并在显示单元上显示被定位模块的相对位置。

被定位模块，用于接受定位模块发送的无线信号与数据，对接收到的数据进行判别，如判定为对本模块进行定位的信号，则将与定位相关的信号与数据回传给定位模块。

具体的定位方法，如图3所示，包括以下步骤：

(1)多点距离计算，定位模块中的定位微处理器单元12完成，输入单元13启动并在显示单元11上提供指示，指示使用者手持定位模块，按步骤分别将定位模块持定在身体的前方、左方和右方一定距离的位置并保持1秒以上，距离无需精确，比如30cm以上，由定位模块完成三次测距操作，测距数据送往计算单元。每次测距完成后有提示音输出，提示本次操作成功。

(2)定位模块的计算单元14根据定位微处理器单元16提供的测距数据判断被定位模块与定位模块之间的相对方位，并对计算出的方位进行输出。

所述方位判断和计算算法用于将定位操作中获取的多个距离信息来确定被定位模块相对于使用者的方位，方位可用前方、后方、左方、右方、左前方、右前方、左后方和右后方的形式来表示，也可用相对角度来表示。若以相对角度来表示，角度的分辨率可根据使用者的需求来设置，定位算法流程相同，但不同分辨率情况下需要增加算法的判断条件和算法执行时间。以下列出的算法以正前方、正后方、正左方、正右方、左前方、右前方、左后方和右后方的形式来表示方位，采用这种方位表示方式，定位算法仅需执行1次。为便于描述，如图4所示，使用者与被定位模块间的距离以r表示，定位操作中前方点与被定位模块间的距离以r1表示，定位操作中左方点与被定位模块间的距离以r2表示，定位操作中右方点与被定位模块间的距离以r3表示，所述方位判断流程可如下描述：

(1)若(r1<r3)且(r1<r3)且(|r2-r3|<60cm)，被定位模块位于正前方方位；

(2)若(r1>r3)且(r1>r3)且(|r2-r3|<60cm)，被定位模块位于正后方方位；

(3)若(r2<r3)且(|r1-r3|<40cm)，被定位模块位于正左方方位；

(4)若(r2>r3)且(|r1-r2|<40cm)，被定位模块位于正左方方位；

(5)若(r1<r3)且(r1<r3)且(r2<r3)，被定位模块位于左前方方位；

(6)若(r1<r2)且(r1<r3)且(r2>r3)，被定位模块位于右前方方位；

(7)若(r1>r2)且(r1>r3)且(r2<r3)，被定位模块位于左后方方位；

(8)若(r1>r2)且(r1>r3)且(r2<r3)，被定位模块位于左后方方位。

需要说明的是，定位算法的流程和方位分辨率不限于以上描述，例如可通过定位算法获取的多个距离之间的相对数量关系来获取被定位模块的高分辨率方位信息。

Claims (2)

1.近距离无线通信定位与跟踪装置，其特征在于：包括定位模块与被定位模块；

定位模块，包括定位微处理器单元、定位无线收发单元、计算单元、行走单元和定位供电单元，所述的计算单元连接有显示单元和输入单元，所述的计算单元、定位无线收发单元、定位供电单元、行走单元和提醒单元分别与定位微处理器单元连接；

定位微处理器单元，接受到的数据进行协议比对，判断是否为指定被定位模块回传的应答信号，如果判定为指定被定位模块回传的应答信号，对数据进行计算处理，将包含测距的数据传送给计算单元；另外，定位微处理器单元根据提醒单元提供的距离和方位差控制行走单元进行移动，与被定位模块保持在预设的距离内；

计算单元，根据收到被定位模块的测距信息计算该被定位模块与本定位模块间的距离和角度，对计算得到距离和角度信息进行存储并与预设的距离进行比对，如果计算距离大于预设距离，则启动提醒单元，将角度和距离差传递给定位微处理器单元；

定位无线收发单元，进行信号调制和放大后通过天线发送给被定位模块，接收被定位模块的应答；

输入单元，用于通过控制定位模块对被定位模块的定位操作；

行走单元，通过定位微处理器单元控制步进电机，电机控制主动轮，通过脉冲控制电机转数，可以控制移动的距离；

定位供电单元，用于给定位微处理器单元和定位无线收发单元提供电源；

被定位模块，包括被定位无线收发单元、被定位微处理器单元和被定位供电单元，被定位无线收发单元与被定位微处理器单元连接；

被定位无线收发单元，对接受到的无线电信号进行放大、滤波和解调处理后得到数据信号，将数据信号传送到被定位微处理器单元；将被定位微处理器单元处理后的包含测距信息和协议信息的数据通过天线发送给定位模块；

被定位微处理器单元，对接受到的数据进行协议比对，判断是否为传送给本被定位模块的信号，如果判定为传送给本被定位模块的信号，被定位微处理器单元对数据进行计算处理，将包含测距信息和协议信息的数据通过被定位无线收发单元发送给定位模块；

被定位供电单元，用于给被定位微处理器单元和被定位无线收发单元提供电源。

2.根据权利要求1所述的近距离无线通信定位与跟踪装置的跟踪方法，包括以下步骤：

(1)多点距离计算，定位模块中的定位微处理器单元完成，有两个或以上的基站分别计算距离数据，将测距数据送往计算单元；

(2)定位模块的计算单元根据定位微处理器单元提供的测距数据判断被定位模块与定位模块之间距离，如果超出，则启动行走单元，根据移动设备的相对方位，启动电机移动跟随。