CN106804026A - 一种无线定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线定位系统，包括：定位模块和后台系统，定位模块用于确定需定位物体的位置；定位模块包括无线传感器，用于检测周围的无线电信号；运动传感器，用于检测定位模块的运动状态；第一电源子模块，用于为定位模块提供电量；第一通信子模块，用于与后台系统通讯连接；第一控制子模块，用于控制无线传感器、运动传感器、第一电源子模块和第一通信子模块的工作状态。后台系统，用于与所述定位模块通讯连接，根据对比提供定位模块及需定位的物体的具体位置。本发明的有益效果：由无线传感器及可选的其他辅助传感器采集环境信息进行定位，解决了不间断接收处理信号带来的高能耗问题，同时提出利用无线通信网络进行定位，无需卫星信号的方案。

Description

一种无线定位系统
技术领域
本发明涉及无线定位技术领域，具体来说，涉及一种无线定位系统。
背景技术
无线定位设备一般需要不间断的接收处理卫星信号，功耗较高。特别是如采取卫星（如GPS/北斗等）定位技术，需要定位地点上方能接收到卫星信号，这种技术方案在室内环境无法正常工作。高能耗的设备对应着锂电池或超大的电池，限制了定位设备在航空、物联网等领域的应用。
申请号为201310737394.4的发明专利，公开了一种具有定位节能功能的移动设备，并具体公开了移动设备包括：GPS 定位装置，用于对所述移动设备进行定位；发送控制器，连接所述GPS 定位装置，用于控制所述GPS 定位装置的信号发送频率。在现有电子发送装置上添加了控制器，可以使用低功耗的传感器来有效控制高功耗的定位发送功能，起到节能效果；不会影响移动设备的体积，重量和使用等。但该发明仍然无法从根本上解决无线定位设备不间断接收处理卫星信号功耗高的问题。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线定位系统，能够解决不间断接收处理信号带来的高能耗问题，同时提出利用无线通信网络进行定位，无需卫星信号的方案，进一步降低定位设备所需能耗。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种无线定位系统，包括定位模块和后台系统，其中：
所述定位模块包括：
无线传感器，用于检测周围的无线电信号，所述无线电信号包括2G、3G或4G蜂窝无线通信信号、蓝牙、无线局域网、信标定位器或卫星定位系统信号；
运动传感器，用于检测定位模块的运动状态；
第一电源子模块，用于为所述定位模块提供电量；
第一通信子模块，用于与后台系统通讯连接，将所述无线传感器和运动传感器检测到的信号发送到后台系统；和
第一控制子模块，用于控制所述无线传感器、运动传感器、第一电源子模块和第一通信子模块的工作状态；
所述后台系统包括：
第二控制子模块，用于控制定位信息库子模块、定位结果输出接口模块和对比子模块的工作状态，其中所述第二控制子模块进一步包括：
定位信息库子模块，用于存储定位点附近的无线环境信息；
对比子模块，用于对比及匹配所述定位信息库子模块存储的无线环境信息与第二通信子模块接收的由无线传感器检测到的无线环境信息，得到定位模块所处的位置；和
定位结果输出接口模块，用于输出对比子模块得到的定位模块所处的位置信息；
第二通信子模块，用于接收定位模块传来的信息；和
第二电源子模块，用于为后台系统提供电量。
进一步的，所述定位模块还包括备用定位信息库子模块，用于存储定位点附近的无线信号信息，并与所述无线传感器检测到的无线电信号进行匹配，获得定位模块的位置。
进一步的，所述定位模块还包括辅助传感器，用于检测环境信息，辅助无线传感器进行定位，或者辅助运动传感器确定运动状态，或者辅助控制子模块控制各模块或子模块的工作状态。
进一步的，所述辅助传感器为磁场与地磁传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、声音传感器、超声波传感器、次声波传感器、光线传感器、红外传感器或紫外传感器。
进一步的，所述备用定位信息库子模块还用于存储辅助环境信息，并经对比子模块与辅助传感器检测得到的环境信息进行匹配，获得定位模块所在的位置。
本发明的有益效果：由无线传感器及可选的其他辅助传感器采集环境信息进行定位，解决了现有技术中仅通过卫星如GPS等方式进行定位时无法进行室内定位的问题。对比采用无线电信标定位的现有技术，本技术通过对2G、3G、4G蜂窝无线网络的基站标识符（Cell ID）进行检测，只要室内有蜂窝无线通信网信号，就可在不布放额外信标的情况下进行定位，节约了系统布放成本。由控制子模块根据运动传感器及可选的其他辅助传感器测量信息控制定位模块进入节能或定期唤醒检测模式，可以根据具体用途，编程控制在被定位物体运动或静止的时候不持续进行定位，从而可以大大降低能耗，使本发明设计的定位设备及系统可以用在现有技术（大部分使用锂电池等危险电源）无法使用的场合如航空行李、海运汽车、防火货运等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种无线定位系统整体结构示意图；
图2是根据本发明实施例所述的一种无线定位系统操作流程示意图；
图3是根据本发明实施例所述的一种无线定位系统示意图；
图4是根据本发明实施例所述的一种无线定位系统后台系统的第二控制子模块示意图；
图5根据本发明实施例所述的一种无线定位系统的电源子模块电路结构示意图；
图6根据本发明实施例所述的一种无线定位系统的运动传感器模块电路结构示意图；
图7根据本发明实施例所述的一种无线定位系统的程序下载模块电路结构示意图；
图8根据本发明实施例所述的一种无线定位系统的无线蜂窝测量模块电路结构示意图；
图9根据本发明实施例所述的一种无线定位系统的通用处理器模块电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-2所示，一种无线定位系统，包括：
1.定位模块，用于确定需定位物体的位置，其包括：
1.1无线传感器，用于检测周围的无线电信号，包括2G、3G或4G蜂窝无线通信信号、蓝牙、无线局域网、信标定位器或卫星定位系统信号；
1.2第一通信子模块，采用无线局域网、蓝牙或蜂窝无线通信等通信方式，用于与后台系统通讯连接，将所述无线传感器和运动传感器检测到的信号及结果发送到后台系统；
优选的，所述无线传感器和第一通信子模块可选用双频SIM蜂窝发送模块。
1.3运动传感器，用于检测定位模块的运动状态。优选的，运动传感器选择加速度运动传感器和模拟量转换芯片，如图3所示。
1.4第一电源子模块，用于为定位模块提供电量；优选LM2941系列电源模块。
1.5第一控制子模块，用于控制无线传感器、运动传感器、第一电源子模块和第一通信子模块的工作状态，可选择STC11F系列通用处理器和程序下载模块接口。
选择性的，所述定位模块还可以包括备用定位信息库子模块，用于存储定位点附近的无线信号信息，并与所述无线传感器检测到的无线电信号进行匹配，获得定位模块的位置。选择性的，所述定位模块还可以包括辅助传感器，用于检测环境信息，辅助无线传感器进行定位，或者辅助运动传感器确定运动状态，或者辅助控制子模块控制各模块或子模块的工作状态。
所述辅助传感器为磁场与地磁传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、声音传感器、超声波传感器、次声波传感器、光线传感器、红外传感器或紫外传感器其中的一种。
2.后台系统，用于与所述定位模块通讯连接，根据对比提供定位模块及需定位的物体的具体位置并将结果输出。其包括：
第二控制子模块，用于控制定位信息库子模块、定位结果输出接口模块和对比子模块的工作状态，可选用STC11F系列通用处理器；第二通信子模块，用于接收定位模块传来的信息，可选用双频SIM蜂窝接收模块；和第二电源子模块，用于为后台系统提供电量，可选用LM2941电源模块，如图4所示，
所述第二控制子模块又包括：
定位信息库子模块，用于存储定位点附近的无线环境信息；
对比子模块，用于对比及匹配所述定位信息库子模块存储的无线环境信息与第二通信子模块接收的由无线传感器检测到的无线环境信息，得到定位模块所处的位置；
定位结果输出接口模块，用于输出对比子模块得到的定位模块所处的位置信息。
选择性的，所述定位信息库子模块还可用于存储辅助环境信息，并经对比子模块与辅助传感器检测得到的环境信息进行匹配，获得定位模块所在的位置。
各个模块的具体结构电路图如图5-9所示。电源子模块电路结构如图5所示，传感器模块电路结构如图6所示，程序下载模块电路结构如图7所示，无线蜂窝测量模块电路如图8所示，通用处理器模块电路结构如图9所示。
具体使用时，系统的工作流程如下所述：
1.定位模块被安装或放置在需定位的物体如集装箱、货物、行李、汽车等上并开机，进入待定位状态或活跃状态；
2.运动传感器检测运动状态，包括其是否静止、是否在单向运动，是否在不定向运动，是否在加速运动，是否在动态加速运动等，并发送给控制子模块。可选由其他辅助传感器检测其他环境信息并提供给控制子模块；
3.由控制子模块根据振动传感器及可选其他辅助传感器提供的信息，判断是否进入节能模式；
4.如果进入节能模式，由控制子模块控制定位模块进入节能模式，停止检测，并休眠，定期唤醒；
5.定位模块被定期唤醒后，进入开机待定位状态或活跃状态；
6.如进入正常定位模式，由无线传感器检测无线环境，可选由其他辅助传感器检测辅助环境信息；
7.将无线传感器及可选其他辅助传感器检测到的信息，由通信子模块发送给后台系统；
8. 比对子模块通过对比匹配无线传感器及可选其他辅助传感器检测到的信息与定位信息库子模块存储的信息，确定定位模块的位置；
9.输出定位信息。
可以理解的，将该系统应用于航空行李检测的案例：
在以上操作流程中，运动传感器进行检测运动状态操作时，可以采用振动传感器，在检测到振动时，把信息传送到控制子模块，控制子模块根据振动持续时间或频度频率（如连续3秒持续振动）确定定位模块处于被运输状态，此时可以根据场景需求，控制定位模块进入休眠，每5分钟唤醒一次，如唤醒后仍处于被运输状态（持续振动），则继续休眠。如唤醒后未检测到振动，则认为已抵达目的地，定位模块进入活跃定位模式，由无线传感器检测周围的蜂窝无线通信网络信号如（cell-ID）或其他无线信号如无线信标等，也可包括GPS信号，但由于GPS信号需要上方净空，如在室内如行李舱房，则检测到无线蜂窝通信信号。其他辅助传感器可以测量气压、温度、湿度、磁场及地磁、声音、光线等其他辅助环境信息。将这些信息通过通信子模块传给后台系统，经过对比子模块与定位信息库子模块内存储的目的地蜂窝无线通信网基站标识符信息及其他可选辅助环境信息进行比对，即可知道定位模块所处的位置，用于定位航空行李已经抵达目的机场，或是否错误的运输到了其他机场。
其中用于判断处于运输或静止状态的算法，可以根据具体情况调整，比如检测加速度变化确定航班降落，检测气压变化和气压绝对值航班降落及判断目的地海拔，检测温度湿度判断是否室内等，不一一列出。
本系统可在航空运输中通过休眠极大的降低能耗，可采用干电池，从而避免了锂电池供电无法在航空器使用的问题。
本发明提供了一种无线定位系统，由无线传感器及可选的其他辅助传感器采集环境信息进行定位，解决了现有技术中仅通过卫星如GPS等方式进行定位时无法进行室内定位的问题。对比采用无线电信标定位的现有技术，本技术通过对2G、3G、4G蜂窝无线网络的基站标识符（Cell ID）进行检测，只要室内有蜂窝无线通信网信号，就可在不布放额外信标的情况下进行定位，节约了系统布放成本。由控制子模块根据运动传感器及可选的其他辅助传感器测量信息控制定位模块进入节能或定期唤醒检测模式，可以根据具体用途，编程控制在被定位物体运动或静止的时候不持续进行定位，从而可以大大降低能耗，使本发明设计的定位设备及系统可以用在现有技术（大部分使用锂电池等危险电源）无法使用的场合如航空行李、海运汽车、防火货运等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无线定位系统，其特征在于，包括定位模块和后台系统，其中：
所述定位模块包括：
无线传感器，用于检测周围的无线电信号，所述无线电信号包括2G、3G或4G蜂窝无线通信信号、蓝牙、无线局域网、信标定位器或卫星定位系统信号；
运动传感器，用于检测定位模块的运动状态；
第一电源子模块，用于为所述定位模块提供电量；
第一通信子模块，用于与后台系统通讯连接，将所述无线传感器和运动传感器检测到的信号发送到后台系统；和
第一控制子模块，用于控制所述无线传感器、运动传感器、第一电源子模块和第一通信子模块的工作状态；
所述后台系统包括：
第二控制子模块，用于控制定位信息库子模块、定位结果输出接口模块和对比子模块的工作状态，其中所述第二控制子模块进一步包括：
定位信息库子模块，用于存储定位点附近的无线环境信息；
对比子模块，用于对比及匹配所述定位信息库子模块存储的无线环境信息与第二通信子模块接收的由无线传感器检测到的无线环境信息，得到定位模块所处的位置；和
定位结果输出接口模块，用于输出对比子模块得到的定位模块所处的位置信息；
第二通信子模块，用于接收定位模块传来的信息；和
第二电源子模块，用于为后台系统提供电量。
2.根据权利要求1所述的一种无线定位系统，其特征在于，所述定位模块还包括备用定位信息库子模块，用于存储定位点附近的无线信号信息，并与所述无线传感器检测到的无线电信号进行匹配，获得定位模块的位置。
3.根据权利要求1所述的一种无线定位系统，其特征在于，所述定位模块还包括辅助传感器，用于检测环境信息，辅助无线传感器进行定位，或者辅助运动传感器确定运动状态，或者辅助控制子模块控制各模块或子模块的工作状态。
4.根据权利要求3所述的一种无线定位系统，其特征在于，所述辅助传感器为磁场与地磁传感器、温度传感器、湿度传感器、气压传感器、声音传感器、超声波传感器、次声波传感器、光线传感器、红外传感器和紫外传感器中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的一种无线定位系统，其特征在于，所述备用定位信息库子模块还用于存储辅助环境信息，并经对比子模块与辅助传感器检测得到的环境信息进行匹配，获得定位模块所在的位置。
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