CN106772522A - 基于Android平台的可通信室内外定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统及其方法，该定位系统包括定位终端和Andriod控制平台，定位终端包括电源层、接口转换层和模块层，模块层包括北斗模块、GPRS通信模块和RFID读写器，模块层的各模块均通过RS232串口连接至接口转换层，接口转换层的另一端通过USB接口连接至Andriod控制平台。本发明结合北斗定位系统和RFID定位技术，能够实现室内外定位的无缝切换，保证了定位信号的连续性，并通过Android应用程序提供可交互界面，实现与其他终端实时通信，具有定位精准度高、通信可靠、功耗低的特点，可应用于车载环境。

Description

基于Android平台的可通信室内外定位系统及方法

技术领域

本发明涉及通信定位技术，特别是一种基于Android平台的可通信室内外定位系统及方法。

背景技术

随着移动互联网和卫星定位系统的高速发展，位置定位服务在人们的生活扮演越来越重要的角色。各式各样的位置服务产业带动GNSS产业发展。并且随着城市化的进程加快，隧道、大型建筑增多，人们有更多的时间处于卫星信号不能覆盖的室内环境，因此急需可以提供室内外不间断定位可交互的终端以满足更高的定位要求。

目前成熟应用的室外定位系统有GPS、北斗、GLONASS等。其中北斗定位系统作为我国自主研发的卫星定位系统，具备短报文通信的特点。北斗卫星导航系统致力于向全球用户提供高质量的定位、授时和导航服务，包括授权服务和开放服务两种方式。开放服务是向全球免费提供定位、测速和授时服务，定位精度10米，测速精度0.2米每秒。常用的室内定位技术主要有红外线、超声波、蓝牙、RFID、超宽带、Zigbee和WIFI等。其中RFID作为一种非接触式自动识别技术，因低成本、定位精确等优点被广泛应用。

目前市场上缺少可实现室内外联合定位的终端。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Android平台的可通信室内外定位系统及方法，克服当前定位终端的室外定位在遮挡物等情况下定位不连续的弊端。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，包括定位终端和Andriod控制平台；

所述定位终端采用三层结构，第一层为电源层，第二层为接口转换层，第三层为模块层，模块层包括GPRS通信模块、RFID读写器、北斗一代通信模块和北斗二代定位模块；所述GPRS通信模块用于定位终端间通信，所述RFID读写器用于室内定位，所述北斗一代通信模块用于定位终端间应急通信或保密通信，所述北斗二代定位模块用于室外定位；所述电源层与接口转换层、模块层电性连接，为各层供电；所述北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块和RFID读写器均连接至接口转换层的一端，所述接口转换层的另一端连接至Andriod控制平台；所述Andriod控制平台用于指令和信息交互。

一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位方法，Android控制平台分别通过北斗一代子线程、北斗二代子线程、GPRS子线程、RFID子线程对北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器进行控制，该定位方法包括以下步骤：

步骤1，定位终端上电并通过USB接口连接至Andriod控制平台；

步骤2，串口检测与设置：首先是串口检测，判断定位终端是否已与Andriod控制平台连通，连接检测完成后，Andriod控制平台弹出对话框提醒用户，根据用户意图判断是否打开应用；然后是串口初始化设置，为北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器分配初始端口，并对应配置波特率、校验位、数据位、停止位和流控制；

步骤3，室内外定位模式切换：通过检测和判断RFID信号强度进行室内外定位模式切换，当处于室外模式时，调用北斗二代子线程，北斗二代定位模块实时反馈定位数据到Andriod控制平台，解析经度、纬度、高程、时间信息并调用Andriod控制平台内的地图SDK接口访问公共网络地图作为室外地图，将位置对应显示在室外地图上；当处于室内模式时，调用RFID子线程，RFID读写器开始读取周围RFID标签信息，通过数据库查找匹配的RFID标签信息，并调用数据库内存储的室内地图，显示室内位置；

步骤4，多终端间的信息通信：判断用户是否有通信请求，当用户在Andriod控制平台上输入任意信息或当前终端位置信息后，通过检测是否存在GSM网络来选择对应的通信方式以建立与目的终端之间的通信连接，其中GPRS通信模块作为主通信方式，北斗一代通信模块作为辅通信方式；当检测到GSM网络时，调用GPRS子线程，GPRS通信模块执行GPRS数据收发，将信息发送至目的终端；否则，调用北斗一代子线程，将信息转换成北斗一代短报文数据，通过北斗卫星发送给目的终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明融合了北斗和RFID技术实现室内外无缝定位，采用北斗定位系统实现室外定位，结合RFID定位技术实现室内定位，保证了定位终端的位置信息连续不丢失；(2)本发明采用GPRS通信模块为主、北斗一代通信模块为辅的方式实现多个终端之间的信息通信功能，无论有无GSM网络均能够满足正常通信要求；(3)本发明使用Android应用程序提供了可交互界面，用户体验感良好，符合市场需求。

附图说明

图1是本发明基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统的结构框图。

图2是本发明基于Android平台的可通信室内外无缝定位方法的流程图。

图3是本发明所述RFID读写器处于检索工作时的模型图。

具体实施方式

结合图1，一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，包括定位终端和Andriod控制平台；

所述定位终端采用三层结构，第一层为电源层，第二层为接口转换层，第三层为模块层，模块层包括GPRS通信模块、RFID读写器、北斗一代通信模块和北斗二代定位模块；所述GPRS通信模块用于定位终端间通信，所述RFID读写器用于室内定位，所述北斗一代通信模块用于定位终端间应急通信或保密通信，所述北斗二代定位模块用于室外定位；所述电源层与接口转换层、模块层电性连接，为各层供电；所述北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块和RFID读写器均连接至接口转换层的一端，所述接口转换层的另一端连接至Andriod控制平台；所述Andriod控制平台用于指令和信息交互。

进一步的，所述北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块和RFID读写器均通过RS232串口连接至接口转换层的一端，所述接口转换层的另一端通过USB接口连接至Andriod控制平台。

进一步的，所述北斗二代定位模块采用TM8540北斗芯片。

进一步的，所述RFID读写器采用AS3991Roger UHF RFID读写器。

进一步的，所述电源层包括稳压电路，所述稳压电路采用LM2576稳压芯片，将12V电源电压降至5V和3.3V给各模块供电。

进一步的，所述GPRS通信模块采用SIM900A型号芯片，具有体积小、功耗低、通信可靠的优点。

本发明还提供一种基于上述定位系统的定位方法，Android控制平台分别通过北斗一代子线程、北斗二代子线程、GPRS子线程、RFID子线程对北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器进行控制，该定位方法包括以下步骤：

步骤1，定位终端上电并通过USB接口连接至Andriod控制平台；

步骤2，串口检测与设置：首先是串口检测，判断定位终端是否已与Andriod控制平台连通，连接检测完成后，Andriod控制平台弹出对话框提醒用户，根据用户意图判断是否打开应用；然后是串口初始化设置，为北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器分配初始端口，并对应配置波特率、校验位、数据位、停止位和流控制；

步骤3，室内外定位模式切换：通过检测和判断RFID信号强度进行室内外定位模式切换，当处于室外模式时，调用北斗二代子线程，北斗二代定位模块实时反馈定位数据到Andriod控制平台，解析经度、纬度、高程、时间信息并调用Andriod控制平台内的地图SDK接口访问公共网络地图作为室外地图，将位置对应显示在室外地图上；当处于室内模式时，调用RFID子线程，RFID读写器开始读取周围RFID标签信息，通过数据库查找匹配的RFID标签信息，并调用数据库内存储的室内地图，显示室内位置；

步骤4，多终端间的信息通信：判断用户是否有通信请求，当用户在Andriod控制平台上输入任意信息或当前终端位置信息后，通过检测是否存在GSM网络来选择对应的通信方式以建立与目的终端之间的通信连接，其中GPRS通信模块作为主通信方式，北斗一代通信模块作为辅通信方式；当检测到GSM网络时，调用GPRS子线程，GPRS通信模块执行GPRS数据收发，将信息发送至目的终端；否则，调用北斗一代子线程，将信息转换成北斗一代短报文数据，通过北斗卫星发送给目的终端。

其中，室内外定位模式切换条件为：

当接收到的RFID信号强度大于等于设定的阈值时，切换到室内定位模式，将室外地图切换到室内地图显示定位终端位置；当接收到的RFID信号强度小于设定的阈值时，切换到室外定位模式，并将室内地图切换到室外地图显示。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例

参照图1所示，本实施例的一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，包括定位终端和Andriod控制平台。

所述定位终端采用三层结构，其中，第一层为电源层，用于为各层供电。所述电源层采用12V电压的蓄电池供电，符合一般汽车提供的电压；采用LM2576稳压芯片搭建稳压电路，将12V降压至5V和3.3V提供给各个模块使用。

第二层为接口转换层，用于实现USB与RS232串口的转换。由于Android平台与硬件电路通过USB接口连接，而各个模块是COM口，所以需要中间转换层。

第三层为模块层，所述模块层包括北斗模块、GPRS通信模块和RFID读写器，所述北斗模块包括北斗一代通信模块和北斗二代定位模块；所述电源层与接口转换层、模块层电性连接，所述北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块和RFID读写器均通过RS232串口连接至接口转换层的一端，所述接口转换层的另一端通过USB接口连接至Andriod控制平台。

本实施例中，所述北斗模块采用TM8540北斗芯片，该芯片体积小、功耗低，兼容了北斗一代通信模块和北斗二代定位模块。锁定时间冷启动小于37s，热启动小于2s，重捕获时间小于1s，定位的速度较快。在精度方面，其水平、垂直精度分别为5m、10m，速度精度为0.1m/s，授时精度小于100ns，完全满足本实施例的设计要求。由于该模块兼容了北斗一代、二代，可以提供定位、授时、通信功能，通过NMEA串口给模块发送输出语句更新率指令可完成NMEA语句输出更新率切换功能，最快更新速率为2Hz。北斗二代通信模块返回的数据中包含位置信息、大地坐标位置信息、精度因子和有效卫星号、可视的卫星状态等信息，可通过Android控制平台的应用程序解析出经纬度、高程、时间等信息。北斗一代通信模块提供44个汉字以内的汉字电文或157个以内的代码电文通信功能。

所述RFID读写器采用AS3991Roger UHF RFID读写器，RFID读写器包括天线、射频收发模块、信号处理单元、控制单元和接口电路。该读写器采用5V适配电源，匹配8dBi板状定向圆极化UHF天线，工作频率为840～960MHz，发射功率可控，支持三种工作模式，大大降低了功耗。

所述GPRS通信模块采用SIM900A型号芯片。该芯片体积小(尺寸24*24*3mm)、功耗低(待机模式下工作电流小于18mA，睡眠模式下小于1.5mA)、通信可靠。系统利用该模块与其他终端通过TCP协议建立连接，并采用透明传输模式。由于本发明通信报文内容简短，采用GSM网络即可满足要求。

本实施例由Android控制平台操纵定位终端实现地图显示、授时、与其他终端通信等功能，Android应用由Java语言开发，通过USB线连接Android控制平台与定位终端。其软件运行流程结合图2说明如下：

(1)串口检测与设置：首先是串口检测；在Activity中添加一个意图过滤器IntentFilter，当定位终端连接到Android控制平台时，系统会弹出一个对话框提醒用户是否打开应用；其次是串口初始化；每一个模块有特定的工作模式，为每一个模块分配端口并配置波特率、校验位、数据位、停止位和流控制；

(2)开启子线程：各个模块可自主或非自主地向Android控制平台发送数据，Android控制平台也可发送命令到各个模块，实现数据接收和实时控制；Android控制平台开辟了四个子线程独立控制各个模块。具体包括：

北斗一代子线程：当用户主动发送数据采用北斗一代短报文形式时根据用户所选的目的地址发送短报文，并提示进入通信等待期；北斗一代作为发送端时两次通信之间有约60s的时间间隔，出于这个特点，北斗一代通信作为辅助通信方式。北斗一代作为辅助通信在GSM网络不能覆盖的山区等环境下可以代替GPRS通信，将需要发送的信息经过封装，由Android控制平台经北斗一代通信模块发送，信息经北斗卫星转发至目的地址，目的终端根据数据格式解析出用户信息；当接收到其他终端发来的北斗一代短报文时将其解析并显示在Android控制平台的对话框中。

北斗二代子线程：实时接收北斗二代定位模块返回的北斗定位数据，解析其中的经度、纬度、时间等信息；并调用公共网络地图SDK接口将终端位置显示在地图上；也可通过预先设置离线地图可以免去大量的在线数据访问，从而使系统更加高效和经济。

GPRS子线程：用户可以主动发送任意消息给其他终端，同时可以选择发送当前终端位置到指定终端，即位置共享；当接收到其他终端发来的GPRS数据时将其解析并显示在对话框中。

RFID子线程：控制RFID读写器处于等待状态，当处于室内模式时，开始读取周围RFID标签信息，并通过数据库查找匹配的RFID标签信息，显示室内位置。本实施例所采用的RFID定位技术需要在预先选定的室内场合布置RFID节点，并录入到数据库中，具体可参照图3的模型图。

上述四个子线程轮流占用CPU，保证对数据处理的实时性。

基于上述的软硬件设计，本实施例还提供一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位方法，采用上述的基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统进行定位，Android控制平台分别通过北斗一代子线程、北斗二代子线程、GPRS子线程、RFID子线程对北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器进行控制，定位方法包括以下步骤：

(1)定位终端上电并通过USB接口连接至Andriod控制平台；

(2)串口检测与设置：首先是串口检测，判断定位终端是否已与Andriod控制平台连通，连接检测完成后，Andriod控制平台弹出对话框提醒用户，根据用户意图判断是否打开应用；其次是串口初始化设置，为北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器分配初始端口，并对应配置波特率、校验位、数据位、停止位和流控制；

(3)室内外定位模式切换：通过检测和判断RFID信号强度实现室内外定位模式切换，当处于室外模式时，调用北斗二代子线程，北斗二代定位模块实时反馈定位数据到Andriod控制平台，解析经度、纬度、高程、时间信息并调用Andriod控制平台内的地图SDK接口访问公共网络地图作为室外地图，将位置对应显示在室外地图上；当处于室内模式时，调用RFID子线程，RFID读写器开始读取周围RFID标签信息，通过数据库查找匹配的RFID标签信息，并调用数据库内存储的室内地图，显示室内位置；

(4)多终端间的信息通信：判断用户是否有通信请求，当用户在Andriod控制平台上输入任意信息或当前终端位置信息后，通过检测是否存在GSM网络来选择对应的通信方式以建立与目的终端之间的通信连接，其中GPRS通信模块作为主通信方式，北斗一代通信模块作为副通信方式；当检测到GSM网络时，调用GPRS子线程，GPRS通信模块执行GPRS数据收发，将信息发送至目的终端；否则，调用北斗一代子线程，将信息转换成北斗一代短报文数据，通过北斗卫星发送给目的终端。

其中室内外定位模式切换条件为：当接收到的RFID信号强度大于设定的阈值时，切换到室内定位模式，将室外地图切换到室内地图显示定位终端位置；当接收到的RFID信号强度小于设定的阈值时，切换到室外定位模式，并将室内地图切换到室外地图显示。

本发明结合北斗定位系统和RFID定位技术，实现室内外无缝定位，有效解决当前定位终端定位不连续问题。并且由Android应用程序提供可交互界面，满足更高的市场需求。本发明系统定位和时间服务精准度高、通信可靠、功耗低，可应用于车载环境。

Claims (8)

1.一种基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，其特征在于，包括定位终端和Andriod控制平台；

所述定位终端采用三层结构，第一层为电源层，第二层为接口转换层，第三层为模块层，模块层包括GPRS通信模块、RFID读写器、北斗一代通信模块和北斗二代定位模块；所述GPRS通信模块用于定位终端间通信，所述RFID读写器用于室内定位，所述北斗一代通信模块用于定位终端间应急通信或保密通信，所述北斗二代定位模块用于室外定位；所述电源层与接口转换层、模块层电性连接，为各层供电；所述北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块和RFID读写器均连接至接口转换层的一端，所述接口转换层的另一端连接至Andriod控制平台；所述Andriod控制平台用于指令和信息交互。

2.根据权利要求1所述的基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，其特征在于，所述北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块和RFID读写器均通过RS232串口连接至接口转换层的一端，所述接口转换层的另一端通过USB接口连接至Andriod控制平台。

3.根据权利要求1所述的基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，其特征在于，所述北斗二代定位模块采用TM8540北斗芯片。

4.根据权利要求1所述的基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，其特征在于，所述RFID读写器采用AS3991 Roger UHF RFID读写器。

5.根据权利要求1所述的基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统，其特征在于，所述电源层包括稳压电路，所述稳压电路采用LM2576稳压芯片，将12V电源电压降至5V和3.3V给各模块供电。

6.根据权利要求1所述的基于Android平台的无缝定位系统，其特征在于，所述GPRS通信模块采用SIM900A型号芯片。

7.一种基于权利要求1所述基于Android平台的可通信室内外无缝定位系统的定位方法，其特征在于，Android控制平台分别通过北斗一代子线程、北斗二代子线程、GPRS子线程、RFID子线程对北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器进行控制，该定位方法包括以下步骤：

步骤1，定位终端上电并通过USB接口连接至Andriod控制平台；

步骤2，串口检测与设置：首先是串口检测，判断定位终端是否已与Andriod控制平台连通，连接检测完成后，Andriod控制平台弹出对话框提醒用户，根据用户意图判断是否打开应用；然后是串口初始化设置，为北斗一代通信模块、北斗二代定位模块、GPRS通信模块、RFID读写器分配初始端口，并对应配置波特率、校验位、数据位、停止位和流控制；

步骤3，室内外定位模式切换：通过检测和判断RFID信号强度进行室内外定位模式切换，当处于室外模式时，调用北斗二代子线程，北斗二代定位模块实时反馈定位数据到Andriod控制平台，解析经度、纬度、高程、时间信息并调用Andriod控制平台内的地图SDK接口访问公共网络地图作为室外地图，将位置对应显示在室外地图上；当处于室内模式时，调用RFID子线程，RFID读写器开始读取周围RFID标签信息，通过数据库查找匹配的RFID标签信息，并调用数据库内存储的室内地图，显示室内位置；

步骤4，多终端间的信息通信：判断用户是否有通信请求，当用户在Andriod控制平台上输入任意信息或当前终端位置信息后，通过检测是否存在GSM网络来选择对应的通信方式以建立与目的终端之间的通信连接，其中GPRS通信模块作为主通信方式，北斗一代通信模块作为辅通信方式；当检测到GSM网络时，调用GPRS子线程，GPRS通信模块执行GPRS数据收发，将信息发送至目的终端；否则，调用北斗一代子线程，将信息转换成北斗一代短报文数据，通过北斗卫星发送给目的终端。

8.根据权利要求7所述的基于Android平台的可通信室内外无缝定位方法，其特征在于，室内外定位模式切换条件为：

当接收到的RFID信号强度大于等于设定的阈值时，切换到室内定位模式，将室外地图切换到室内地图显示定位终端位置；当接收到的RFID信号强度小于设定的阈值时，切换到室外定位模式，并将室内地图切换到室外地图显示。