CN105338620B - 应用于物联网的定位模组、无线定位卡片及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应用于物联网无线定位卡片定位模组、无线定位卡片及系统。该定位模组包括：根据外部电磁场的触发输出一触发信号的唤醒单元；根据所述触发信号将一包含有无线定位卡片ID信息的定位信号发送至外部基站的定位单元；以及为所述唤醒单元供电的供电装置，其中所述唤醒单元和所述定位单元工作在不同频段。本发明的定位模组、无线定位卡片及系统能有效地根据外部电磁场的触发向外部基站发送定位信息，提高管理效率，减少成本。
Description
技术领域
本发明涉及物联网领域，尤其涉及一种定位模组、无线定位卡片及系统。
背景技术
在物联网时代，物品的定位越来越重要。全球定位系统GPS是目前应用最成功的定位技术，但是对于室内近距离定位，其精度远远达不到要求。基于广泛普及的无线局域网(WLAN)的通信技术，如Zigbee、RFID、WiFi、蓝牙、超宽带(UWB)技术等也提供了多样的定位服务。
随着定位技术的发展和定位服务需求的不断增加，UWB无线定位技术的优势较多，渐渐成为小范围高精度室内定位的最佳方案。UWB无线定位技术主要具有以下优点：1)高抗干扰能力；2)高精度定位；3)低生产成本；4)低运营成本；5)高信息安全性；6)低能耗及低发射功率；7)小的收发器体积。
目前市面上的UWB定位卡片(标签)主要有两种：一种是连续发射定位信息，有的只有定位功能，没有触发功能，一直连续发射信息，导致寿命较短；一种是采用运动传感器或者按键开关，感应启动发射定位信息，卡片(标签)成本较高或者体积较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的定位模组、无线定位卡片及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种无线定位卡片的定位模组，包括：
根据外部电磁场的触发输出一触发信号的唤醒单元；
根据所述触发信号将一包含有无线定位卡片ID信息的定位信号发送至外部基站的定位单元；以及
为所述唤醒单元(1)供电的供电装置，其中所述唤醒单元和所述定位单元工作在不同频段。
进一步地，所述唤醒单元包括一可将所述外部电磁场整流为一稳压电源供电的整流电路；
所述供电装置包括电池和供电选择电路，所述供电选择电路分别和所述电池、所述整流电路输出端相连；
所述唤醒单元还用于根据所述外部电磁场判断是否有数据通信，如果有数据通信则控制所述供电选择电路选择所述电池(31)电。
进一步地，所述供电装置还包括充电选择电路，所述充电选择电路分别和所述整流电路、所述电池相连，所述充电选择电路还包括外部充电电源接口，所述充电选择电路用于选择由所述整流电路或所述外部充电电源为所述电池充电。
进一步地，所述唤醒单元包括：
感应所述外部电磁场并生成一感应信号的NFC天线；
根据所述感应信号生成所述触发信号的双界面芯片；
将所述触发信号传输至所述定位单元的唤醒接口电路；
所述双界面芯片的非接触面连接所述NFC天线，所述双界面芯片的接触面连接所述唤醒接口电路。
进一步地，所述唤醒单元还包括：
感应所述外部电磁场并生成一感应信号的NFC天线；
将所述感应信号解调处理为一控制信号的模拟信号处理电路；
根据所述控制信号对所述无线信号进行分析处理并产生所述触发信号的唤醒主控电路；所述唤醒主控电路还用于根据所述控制信号控制所述供电选择电路选择所述电池或所述整流电路为所述唤醒单元供电；
以及将所述触发信号传输至所述定位单元的唤醒接口电路。
进一步地，所述定位单元为UWB模块，包括：
用于接收所述外部基站所发出无线信号、及将所述定位信号发射至所述外部基站的收发天线；
连接所述收发天线、用于将所述无线信号放大处理的接收放大器；
连接所述接收放大器、用于将经放大的所述无线信号与一本振信号混频的接收混频器；
连接所述接收混频器、用于将混频后的所述无线信号模数转换的模数转换电路；
连接所述模数转换电路、用于将模数转换后的所述无线信号解调后传送至所述定位接口电路、以及将所述触发信号进行处理的数字信号处理电路；
连接所述数字信号处理电路、用于将经处理的所述触发信号处理为基带脉冲串的脉冲发生器；
连接所述脉冲发生器、用于将所述基带脉冲串与所述本振信号混频的发射混频器；
连接所述发射混频器、用于将所述触发信号放大并生成所述定位信号的发射放大器，所述发射放大器和所述收发天线相连；以及
根据所述数字信号处理电路的控制产生所述本振信号的本振信号产生器；
其中所述定位接口电路还用于接收所述触发信号并传输至所述数字信号处理电路。
进一步地，本发明还提供了一种应用于物联网的无线定位卡片，包括主控模块及上所述的定位模组；
所述主控模块分别连接所述唤醒单元和所述定位单元。
进一步地，所述卡片为卡片形状、手环形状、指环形状中的任意一种。
本发明还提供了一种应用于物联网的无线定位系统，包括：
如上所述的无线定位卡片；
至少三个接收所述定位信号的基站；
形成外部电磁场的读卡器；
控制所述读卡器、使得所述读卡器生成的电磁场以触发所述无线定位卡片、并向所述无线定位卡片输出所述外部指令的控制终端；
根据所述基站所接收的所述定位信号计算出所述无线定位卡片位置数据的计算装置。
本发明还提供了一种应用于停车场的无线定位卡片，包括主控模块及上所述的定位模组；
所述主控模块分别连接所述唤醒单元和所述定位单元。
实施本发明的有益效果是：本发明的定位模组、无线定位卡片及系统能有效地根据外部电磁场的触发向外部基站发送定位信息，在不影响使用效果的前提下，降低待机功耗延长工作寿命。
本发明的定位模组、无线定位卡片及系统还可通过唤醒单元控制供电装置选择性地采用电池或者整流电路两种充电方式，使得整个定位模组、无线定位卡片在待机状态下实现零损耗。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一些实施例中定位模组的原理示意图；
图2是图1中唤醒单元和供电装置的模块示意图；
图3是图2中定位单元的模块示意图；
图4是本发明一些实施例无线定位系统中无线定位卡片的配置示意图；
图5是本发明一些实施例中无线定位系统的模块示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1示出了本发明一些实施例中的定位模组，该定位模组是应用于物联网的无线定位卡片中的一部分，其可包括唤醒单元1、定位单元2及供电装置3。唤醒单元1用于根据外部电磁场的触发输出一触发信号，定位单元2用于根据触发信号将一包含有无线定位卡片ID信息的定位信号发送至外部基站，供电装置3用于为唤醒单元1供电，其中唤醒单元1和定位单元2工作在不同频段。
结合图2所示，唤醒单元1用于配置卡片ID等客户相关信息，同时用于激活卡片进入定位状态、及配置卡片进入休眠状态。唤醒单元1包括NFC天线10、整流电路11、模拟信号处理电路12、唤醒主控电路13、存储电路14以及唤醒接口电路15。优选地，唤醒单元1工作频段可为13.56MHz，即NFC的频段。
其中，NFC天线10用于感应外部电磁场并生成一感应信号。
整流电路11连接NFC天线10，用于将外部电磁场整流为一稳压电源供电。优选地，整流电路11根据感应信号产生一个稳压电源，以供唤醒单元1工作。当卡片休眠时，外部电源断开，整流电路11工作，如果有外界电磁场时，整流电路11工作，提供部分电源，然后根据需要决定是否唤醒外部电源。这样的好处是，可在卡片休眠时实现零功耗待机。
模拟信号处理电路12连接NFC天线10，用于将感应信号调制、解调处理为一控制信号，并为唤醒单元1提供稳定的时钟。
唤醒主控电路13连接模拟信号处理电路12，用于根据控制信号对无线信号进行分析处理并产生触发信号，负责完成协议的处理，并控制存储器的读写操作。唤醒主控电路13通过唤醒接口电路15将触发信号传送至定位单元2，该唤醒接口电路15可以是I2C、SPI、UART或者USB中任意一种。
优选地，唤醒主控电路13还用于根据控制信号控制供电选择电路32选择电池31或整流电路11为唤醒单元1供电。具体地，唤醒单元1采用双界面电源，一是电池31作为主电源，一是通过整流电路11输出电源。优选地，双界面电源可以自动切换，当有数据通信时，则选择电池31对唤醒单元1供电；当不通信时，则电池31不对唤醒单元1供电，实现零待机功耗。当卡片进入NFC通信场时，即外部电磁场时，NFC天线感应到电磁场，其能量经NFC天线耦合至整流电路11，并由整流电路11输出电压供唤醒单元1工作。
存储电路14与唤醒主控电路13相连，用于存储无线定位卡片ID信息。可以理解地，唤醒主控电路13可根据需求调用存储电路14内存储的无线定位卡片ID信息。
优选地，模拟信号处理电路12和唤醒主控电路13可封装为一双界面芯片，该双界面芯片的非接触面连接NFC天线10，用于NFC通信，优选地，同时兼容ISO14443-A协议。双界面芯片的接触面通过I2C、SPI、UART或者USB与将触发信号传输至定位单元2。
结合图3所示，定位单元2用于根据触发信号将一包含有无线定位卡片ID信息的定位信号发送至外部基站，定位单元2可根据唤控制，在需要时向基站发送包含有无线定位卡片ID等信息的定位信息。定位单元2包括定位接口电路20、收发天线21、接收放大器22、接收混频器23、模数转换电路24、数字信号处理电路25、脉冲发生器26、发射混频器27、发射放大器28以及本振信号产生器29。其中，定位单元2为UWB模块。
其中，定位接口电路20用于接收触发信号并传输至数字信号处理电路25。收发天线21用于接收外部基站所发出的无线信号，以及将定位信号发射至外部基站。接收放大器22连接收发天线21，用于将无线信号放大处理。接收混频器23连接接收放大器22，用于将经放大的无线信号与一本频信号混频，得到一个低频调制信号。模数转换电路24连接接收混频器23，用于将混频后的无线信号模数转换为数字信号。数字信号处理电路25连接模数转换电路24，用于将模数转换后的无线信号解调，解调出原始信号后传送至接口电路20，以及将触发信号进行处理。脉冲发生器26连接数字信号处理电路25，用于将经处理的触发信号处理为基带脉冲串。发射混频器27连接脉冲发生器26，用于将基带脉冲串与本振信号混频。发射放大器28连接发射混频器27，用于将触发信号放大并生成定位信号。本振信号产生器29分别连接接收混频器23和发射混频器27，用于根据数字信号处理电路25的控制产生本振信号。
上述各模块的工作原理如下：外部基站发出的无线信号经收发天线21接收后传送至接收放大器22，经接收放大器22放大处理后，再经接收混频器23将其与本振信号混频，再分别经模数转换电路24进行模数转换，以及数字信号处理电路25解调后传送至定位接口电路20；触发信号经数字信号处理电路25进行处理后，再经脉冲发生器26形成基带脉冲串，再经发射混频器27将其与本振信号混频，再经发射放大器28进行放大并生成定位信号，再经收发天线21发射至外部基站。
供电装置3用于为唤醒单元1供电。供电装置3包括电池31和供电选择电路32，其中，供电选择电路32分别和电池31、整流电路11的输出端相连，以在唤醒单元1的控制下选择电池31或整流电路11为唤醒单元1供电。
在一些实施例中，电池31优选地为充电电池。相应地，供电装置3还可包括充电选择电路33，该充电选择电路33分别与整流电路11和电池31相连，该充电选择电路33还包括外部充电电源接口，该充电选择电路33用于选择由整流电路11或外部充电电源为电池31充电。该外部充电电源接口在一些实施例中可为卡片外壳上的金属触点。
本发明一些实施例中还提供一种应用于物联网的无线定位卡片，包括主控模块和如上所述的定位模组，所述主控模块分别连接所述唤醒单元1和所述定位单元2。卡片本体的形状可为多种形式，例如为卡片形状、手环形状、指环形状中的任意一种。该定位模组与上述实施例中的定位模组一致，此处不再赘述。
结合图4和图5所示，本发明一些实施例中还提供一种应用于物联网的无线定位系统，包括无线定位卡片5、至少三个基站8、读卡器6、控制终端7以及计算装置9。无线定位卡片5与上述实施例中的无线定位卡片一致，此处不再赘述。基站8用于接收定位信号。进一步地，基站8可设置一个主基站和多个从基站，从而多个基站8配合使用。读卡器6用于为无线定位卡片5形成一外部电磁场。控制终端7用于控制读卡器6，使得读卡器6生成的电磁场以触发无线定位卡片5、并使无线定位卡片5输出定位信号。计算装置9根据基站8所接收的定位信号计算出无线定位卡片5位置数据，从而实现定位功能。优选地，计算装置9通过TDOA等定位算法计算出无线定位卡片5的具体位置，提供给各种应用系统进行处理。
下面结合图4和图5对无线定位系统的工作原理进行说明。
无线定位卡片5共有三种状态：休眠状态、配置状态和工作状态。无线定位卡片5平时处于休眠状态，保持低功耗，延长电池寿命。
当需要对无线定位卡片5进行配置时，如图4所示，将无线定位卡片放到读卡器6上，读卡器6连接控制终端7，在上位机应用软件界面上输入需配置的无线定位卡片5的ID后，点击“写入ID”，即可以完成无线定位卡片5的ID配置。同时，客户也可以根据自己需要，配置无线定位卡片5的客户名称、定位信息发送频率等各项信息。优选地，控制终端7可为电脑，或者其他可实现控制功能的智能设备。
当无线定位卡片5处于工作状态时，先按照图4的配置系统，将无线定位卡片5放在读卡器6上，在控制终端7应用界面上点击“开始定位”，激活卡片的定位功能，卡片开始按照配置好的发送频率发送包含有本卡片ID等信息在内的定位信息。如图5所示，计算装置9就可以通过定位基站8来实时监控无线定位卡片5的位置信息，并在电脑屏幕上实时显示。
当需要结束定位时，将无线定位卡片5放在图4的配置应用系统上，在控制终端7上位机应用软件界面上点击“结束定位”，无线定位卡片5停止发送定位信息，进入休眠状态。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干个改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种应用于物联网无线定位卡片的定位模组，其特征在于，包括：
根据外部电磁场的触发输出一触发信号的唤醒单元(1)；所述唤醒单元(1)包括用于存储无线定位卡片ID信息的存储电路；
根据所述触发信号将一包含有无线定位卡片ID信息的定位信号发送至外部基站的定位单元(2)；以及
为所述唤醒单元(1)供电的供电装置(3)，其中所述唤醒单元(1)和所述定位单元(2)工作在不同频段。
2.根据权利要求1所述的定位模组，其特征在于，所述唤醒单元(1)包括一可将所述外部电磁场整流为一稳压电源供电的整流电路(11)；
所述供电装置(3)包括电池(31)和供电选择电路(32)，所述供电选择电路(32)分别和所述电池(31)、所述整流电路(11)输出端相连；
所述唤醒单元(1)还用于根据所述外部电磁场判断是否有数据通信，如果有数据通信则控制所述供电选择电路(32)选择所述电池(31)供电。
3.根据权利要求2所述的定位模组，其特征在于，所述供电装置还包括充电选择电路(33)，所述充电选择电路(33)分别和所述整流电路(11)、所述电池(31)相连，所述充电选择电路(33)还包括外部充电电源接口，所述充电选择电路(33)用于选择由所述整流电路(11)或所述外部充电电源为所述电池(31)充电。
4.根据权利要求1-3任一项所述的定位模组，其特征在于，所述唤醒单元(1)包括：
感应所述外部电磁场并生成一感应信号的NFC天线(10)；
根据所述感应信号生成所述触发信号的双界面芯片；
将所述触发信号传输至所述定位单元(2)的唤醒接口电路(15)；
所述双界面芯片的非接触面连接所述NFC天线(10)，所述双界面芯片的接触面连接所述唤醒接口电路(15)。
5.根据权利要求1-3任一项所述的定位模组，其特征在于，所述唤醒单元(1)还包括：
感应所述外部电磁场并生成一感应信号的NFC天线(10)；
将所述感应信号解调处理为一控制信号的模拟信号处理电路(12)；
根据所述控制信号对所述无线信号进行分析处理并产生所述触发信号的唤醒主控电路(13)；所述唤醒主控电路(13)还用于根据所述控制信号控制所述供电选择电路(32)选择电池(31)或整流电路(11)为所述唤醒单元(1)供电；
以及将所述触发信号传输至所述定位单元(2)的唤醒接口电路(15)。
6.根据权利要求5所述的定位模组，其特征在于，所述定位单元(2)为UWB模块，包括：
用于接收所述外部基站所发出无线信号、及将所述定位信号发射至所述外部基站的收发天线(21)；
连接所述收发天线(21)、用于将所述无线信号放大处理的接收放大器(22)；
连接所述接收放大器(22)、用于将经放大的所述无线信号与一本振信号混频的接收混频器(23)；
连接所述接收混频器(23)、用于将混频后的所述无线信号模数转换的模数转换电路(24)；
连接所述模数转换电路(24)、用于将模数转换后的所述无线信号解调后传送至定位接口电路(20)、以及将所述触发信号进行处理的数字信号处理电路(25)；
连接所述数字信号处理电路(25)、用于将经处理的所述触发信号处理为基带脉冲串的脉冲发生器(26)；
连接所述脉冲发生器(26)、用于将所述基带脉冲串与所述本振信号混频的发射混频器(27)；
连接所述发射混频器(27)、用于将所述触发信号放大并生成所述定位信号的发射放大器(28)，所述发射放大器(28)和所述收发天线(21)相连；以及
根据所述数字信号处理电路(25)的控制产生所述本振信号的本振信号产生器(29)；
其中所述定位接口电路(20)还用于接收所述触发信号并传输至所述数字信号处理电路(25)。
7.一种应用于物联网的无线定位卡片，其特征在于，包括主控模块及权利要求1至6任一项所述的定位模组；
所述主控模块分别连接所述唤醒单元(1)和所述定位单元(2)。
8.根据权利要求7所述的定位卡片，其特征在于，所述卡片为卡片形状、手环形状、指环形状中的任意一种。
9.一种应用于物联网的无线定位系统，其特征在于，包括：
权利要求8所述的无线定位卡片(5)；
至少三个接收所述定位信号的基站(8)；
形成外部电磁场的读卡器(6)；
控制所述读卡器(6)、使得所述读卡器(6)生成的电磁场以触发所述无线定位卡片(5)、并向所述无线定位卡片(5)输出所述外部指令的控制终端(7)；
根据所述基站(8)所接收的所述定位信号计算出所述无线定位卡片(5)位置数据的计算装置(9)。
10.一种应用于停车场的无线定位卡片，其特征在于，包括主控模块及权利要求1至6任一项所述的定位模组；
所述主控模块分别连接所述唤醒单元(1)和所述定位单元(2)。
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