CN105866734B - 一种传送带上的目标跟踪定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，提供一种传送带上的目标跟踪定位系统，包括超宽带定位模块、两个无线模块、上位机和服务器；超宽带定位模块包括两个锚点模块及一个目标模块，两个锚点模块可实时测量其与目标模块的距离，并将距离数据传至目标模块；目标模块将接收到的距离数据通过无线模块传至上位机；上位机通过所述无线模块接收距离数据并显示出测量距离并根据算法计算出目标物体的坐标，同时显示目标物体的实时位置坐标和移动轨迹并将坐标信息传至服务器；服务器存储目标物体的坐标信息。本发明利用一种无载波通信技术超宽带技术，抗干扰性能强，传输速率高，系统容量大发送功率小的精确定位，功耗小、安全可靠操作简单并且易于安装。

Description

一种传送带上的目标跟踪定位系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是指一种传送带上的目标跟踪定位系统。
背景技术
在市场中已经有多种利用不同原理的物体定位系统，包括使用电磁波信号、激光信号红外信号、声波等。一方面，电磁波信号的定位系统具有作用距离远的优点，但是由于电磁波在空气中以光速传播导致以定时方式测距的方法在数十米量级的测距范围上出现很大的误差，即使使用了诸如卡尔曼滤波以及扩展卡尔曼滤波等先进信号处理方式后也很难使测距精度达到米级别，同时使用这些技术会使得系统结构复杂和成本上升，不利用大规模使用；使用激光或红外信号进行定位的系统，由于红外线具有很好的方向性，导致该种系统仅能对某一确定方向上的物体进行定位，并且由于红外线的穿透能力很差，在红外发射和被测物体之间有物体阻隔的时候系统将失效；声波信号易受环境杂物反射干扰、水、冰、量土阻挡失效。另一方面，现有的有线采集系统维护成本高、维护工作繁琐且存在一定的安全隐患的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种传送带上的目标跟踪定位系统，用超宽带定位技术实现对移动物体的精确定位。
具体实施方案为：
一种传送带上的目标跟踪定位系统，其特征在于，包括超宽带定位模块、两个无线模块、上位机和服务器；
所述超宽带定位模块包括两个锚点模块及一个目标模块，所述两个锚点模块分别安装在目标物体的起点附近及目标物体的预设终点附近，所述目标模块固定于目标物体上；所述两个锚点模块可分别实时测量其与所述目标模块的距离；所述超宽带定位模块将距离数据通过所述两个无线模块传至所述上位机；所述上位机根据算法计算出目标物体的坐标，实现定位。
进一步地，所述定位的具体过程为：
所述两个锚点模块将测量的距离数据传至所述目标模块，两个所述无线模块分别和所述目标模块和所述上位机相连，所述目标模块将接收到的距离数据通过所述无线模块传至所述上位机；所述上位机通过所述无线模块接收距离数据并根据算法计算出目标物体的坐标；
所述上位机同时显示目标物体的实时位置坐标和移动轨迹；所述上位机同时将坐标信息传至所述服务器；所述服务器存储目标物体的坐标信息。
本地数据库内容每天更新，可通过查询数据库内容查看当天的历史信息，服务器可保留较长时间的数据信息，方便用户查找。
进一步地，所述无线模块为基于扩频跳频技术的微功率扩频无线模块。其接线座支持TTL、RS232和RS485电平信号。微功率扩频无线模块是一款高性能、低功耗、远距离的微功率射频无线数据收发模块，实现内部自动扩频计算和前导CRC纠错处理，无线模块的射频芯片基于扩频跳频技术，在稳定性、抗干扰能力、接收灵敏度、数据处理能力、运算速度均有优势。
进一步地，所述上位机的串口处接有电平转换器。型号可包括TTL、RS232和RS485等。上位机机串口用转换器转成相应的电平后和微功率扩频无线模块相连。
进一步地，所述锚点模块一和所述锚点模块二及所述目标模块均由电路板、保护壳及无线收发天线组成，所述电路板放置于所述保护壳内，所述无线收发天线固定在保护壳外壁上，能够减少某些金属保护壳对无线射频信号的阻挡和干扰，增大信号的强度，使无线传感网络更佳高效稳定。
进一步地，所述电路板上集成有无线发射模块、嵌入式处理控制系统、存储单元和UWB收发模块以及电源电路。
进一步地，所述目标模块及两个所述锚点模块的所述电源电路相互分离，所述电源电路的输入端连接可充放电源，方便安装，易于携带。
进一步地，所述电路板的设计采用六层PCB，能够充分保证电路信号的完整性，解决部分电路的阻抗匹配问题。
进一步地，两个所述锚点模块和所述目标模块之间的数据传输通过时分多址方式，工作在2.4GHz频段上，以保证各节点间的快速稳定通信。同时对传输的数据校验，以帧尾作为检验位，如果传送的数据发生错误，则丢弃数据，并发出报警信息上传给所述上位机，上位机提示数据错误。
进一步地，所述算法具体为：
两个所述锚点模块为锚点模块一及锚点模块二，假设目标物体起点为原点，因为传送带上目标物体水平直线运动，则目标物体纵坐标保持为0，所述锚点模块一的坐标为(X1,Y1),锚点模块一的坐标为(X2,Y2)，两个描点模块t时刻测量的与目标模块的距离分别为D1、D2根据勾股定理得：
令
得到两个距所述锚点模块一横坐标X1为d1的两点：X1-d1、X1+d1；
同理，令
得到两个距所述锚点模块二横坐标X2为d2的两点：X2-d2、X2+d2；
将X1-d1、X1+d1、X2-d2、X2+d2四个点两两作差，找到差值最小的两个值，将两个值相加求平均值，则得到目标物体的横坐标。
本发明的有益效果为：
(1)本发明可以实时的跟踪定位运动的传送带上的目标物体的位置坐标和移动轨迹；
(2)本发明使用无线模块对数据进行无线传送，实现系统的灵活性，操作方便快捷；
(3)本发明的定位精度高，能耗小，有效的避免了同频干扰且安装灵活，适用于难于布设线路的复杂环境和临时搭建定位系统的应用；
(4)本发明中各模块都可独立与可充放电源连接，方便安装，易于携带；
(5)本发明中无线收发天线固定在保护壳外壁上，能够减少某些金属保护壳对无线射频信号的阻挡和干扰，增大信号的强度，使无线传感网络更佳高效稳定；
(6)本发明中电路板设计采用六层PCB，能够充分保证电路信号的完整性，解决部分电路的阻抗匹配问题。
附图说明
图1为本发明目标跟踪定位系统的总体结构图；
图2为本发明目标模块与上位机连接示意图；
图3为本发明超宽带物理层结构图；
图4为本发明上位机定位算法图。
图中：101、锚点模块一；102、锚点模块二；103、目标模块；104、上位机；105、服务器；106、传送带；201、GND；202、VCC；203、TXD；204、RXD；205、电平转换器连接线；501、X轴；502、Y轴；505、距离一；506、距离二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种传送带上的目标跟踪定位系统，包括：超宽带(UWB)定位模块、上位机及服务器。超宽带(UWB)定位模块包括锚点模块一、锚点模块二以及一个目标模块，在安装定位模块时，锚点模块一、锚点模块二分别悬挂于传送带两端的上方，用于测量自身到目标模块的距离。目标模块则固定于传送带的目标物体上，用于接收数据并通过无线模块将数据上传至上位机。上位机显示出测量的距离并根据算法计算出目标物体的坐标。上位机将目标物体的坐标信息通过数据库上传至服务器保存。锚点模块一、锚点模块二与目标模块之间的通信通过TDMA方式工作在2.4GHz频段上，以保证各节点间的快速稳定通信。锚点模块一、锚点模块二与目标模块之间传送数据校验，以帧尾CC作为检验位，如果传送的数据发生错误，则丢弃数据。
上位机将目标物体的坐标信息实时地发送到本地数据库中，并每天更新本地数据库内容，可通过查询数据库内容查看当天的历史信息。上位机可通过连接服务器将目标物体的坐标信息实时地上传至服务器，可保留较长时间的数据信息。
如图2所示，UWB定位模块中目标模块通过无线模块及RS232转换器与上位机实现无线连接。
UWB定位模块和上位机通过无线模块和RS232转化器相连，完成各自的功能。
锚点模块一、锚点模块二与目标模块采用同样的硬件设计，分别执行各自不同的功能。
锚点模块一、锚点模块二与目标模块都可与可充放电源连接，方便安装，易于携带。
UWB芯片使用的是DW1000定位芯片，其定位精度达到±10厘米。它支持高达6.8Mb/s的数据传输率，还有不错的通信距离，直视距离达290米，非直视距离为35米，有助于降低系统成本及对额外基础设施的需求。
锚点模块一、锚点模块二与目标模块包括：电路板、保护壳及无线收发天线，其中，所述电路板放置于保护壳内，无线收发天线固定在保护壳外壁上，能够减少某些金属保护壳对无线射频信号的阻挡和干扰，增大信号的强度，使无线传感网络更佳高效稳定，且所述电路板设计采用六层PCB，能够充分保证电路信号的完整性，解决部分电路的阻抗匹配问题。
UWB调制采用脉冲宽度在ns级的快速上升和下降脉冲，脉冲覆盖的频谱从直流至GHz，不需常规窄带调制所需的RF频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射。脉冲峰峰时间间隔在10-100ps级。UWB不同于把基带信号变换为无线射频(RF)的常规无线系统，可视为在RF上基带传播方案，在建筑物内能以极低频谱密度达到100Mb/s数据速率。
如图3所示，UWB物理层由扰码器、卷积编码器、比特交织器、QPSK、导频插入、IFFT部分组成。完成信号的信源编码和信道编码，对信号进行QPSK映射以及IFFT计算，产生符合基带传输要求的超宽带基带信号，降低系统的误码率。
如图4所示，上位机将定位模块测量的距离数据根据算法转化成目标物体的坐标，并显示出目标物体的运动轨迹。根据锚点模块一、锚点模块二与目标模块之间的距离一及距离二，计算出目标物体的位置坐标，运算步骤为：
使用UWB模块进行定位，以目标物体起点为原点，假设目标物体起点为原点，所述锚点模块一的坐标为(X1,Y1),锚点模块一的坐标为(X2,Y2)，两个描点模块t时刻测量的与目标模块的距离分别为D1、D2根据勾股定理得：
令
得到两个距所述锚点模块一横坐标X1为d1的两点：X1-d1、X1+d1；
同理，令
得到两个距所述锚点模块二横坐标X2为d2的两点：X2-d2、X2+d2；
将X1-d1、X1+d1、X2-d2、X2+d2四个点两两作差，找到差值最小的两个值，将两个值相加求平均值，则得到目标物体的横坐标。按此方式获得目标物体实施坐标及在传送带上精确的移动轨迹，提高移动物体的定位精度。

Claims (9)

1.一种传送带上的目标跟踪定位系统，其特征在于，包括超宽带定位模块、两个无线模块、上位机和服务器；
所述超宽带定位模块包括两个锚点模块及一个目标模块，所述两个锚点模块分别安装在目标物体的起点附近及目标物体的预设终点附近，所述目标模块固定于目标物体上；所述两个锚点模块可分别实时测量其与所述目标模块的距离；所述超宽带定位模块将距离数据通过所述两个无线模块传至所述上位机；所述上位机根据算法计算出目标物体的横坐标，实现定位；
所述算法具体为：两个所述锚点模块为锚点模块一及锚点模块二，假设目标物体起点为原点，因为传送带上目标物体水平直线运动，则目标物体纵坐标保持为0，所述锚点模块一的坐标为(X1 ,Y1),锚点模块二的坐标为(X2 ,Y2)，两个锚点模块t时刻测量的与目标模块的距离分别为D1、D2，根据勾股定理得：
令，
得到两个距所述锚点模块一横坐标X1为d1的两点：X1-d1、X1+d1；
同理，令，
得到两个距所述锚点模块二横坐标X2为d2的两点：X2-d2、X2+d2；
将X1-d1、X1+d1、X2-d2、X2+d2四个点两两作差，找到差值最小的两个值，将两个值相加求平均值，则得到目标物体的横坐标。
2.根据权利要求1所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，所述定位的具体过程为：所述两个锚点模块将测量的距离数据传至所述目标模块，两个所述无线模块分别和所述目标模块和所述上位机相连，所述目标模块将接收到的距离数据通过所述无线模块传至所述上位机；所述上位机通过所述无线模块接收距离数据并根据算法计算出目标物体的横坐标；
所述上位机同时显示目标物体的实时位置坐标和移动轨迹；所述上位机同时将坐标信息传至所述服务器；所述服务器存储目标物体的坐标信息。
3.根据权利要求1所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，所述无线模块为基于扩频跳频技术的微功率扩频无线模块。
4.根据权利要求1所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，所述上位机的串口处接有电平转换器。
5.根据权利要求1所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，两个所述锚点模块及所述目标模块均包括电路板、保护壳及无线收发天线，所述电路板放置于所述保护壳内，所述无线收发天线固定在保护壳外壁上。
6.根据权利要求5所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，所述电路板上集成有无线发射模块、嵌入式处理控制系统、存储单元和UWB收发模块以及电源电路。
7.根据权利要求6所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，两个所述锚点模块及所述目标模块的所述电源电路相互分离，所述电源电路的输入端连接可充放电源。
8.根据权利要求5所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，所述电路板的设计采用六层PCB。
9.根据权利要求1-7任一所述的目标跟踪定位系统，其特征在于，两个所述锚点模块和所述目标模块之间的数据传输通过时分多址方式，工作在2 .4GHz频段上，同时对传输的数据校验，以帧尾作为检验位，如果传送的数据发生错误，则丢弃数据，并发出报警信息上传给所述上位机，上位机提示数据错误。
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