CN107645764A - 低功耗的多模定位标签 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低功耗的多模定位标签，包括：至少一个射频模块，其支持多种射频模式，其中包含至少一个低功耗窄带传输模式；微控制器模块；电量监控模块，其监控自身的剩余电量情况；所述电量监控模块与微控制器模块连接；加速度计模块，其监测自身处于运动或者静止状态；所述加速度计模块与微控制器模块连接。本定位标签使用了加速度计来判断标签是否处于运动状态，只有在运动状态下才会较频繁的采集定位节点广播，发送采集信息，因此减少了大量的功耗；同时由于本定位标签采用了新兴的低功耗窄带方式传输数据，传输功耗较低，解决了长期以来困扰定位标签使用续航短的问题。
Description
技术领域
本发明涉及属于定位标签技术领域，更具体地说，涉及一种低功耗的多模定位标签。
背景技术
据Markets&Markets分析，全球室内定位市场规模在2019年将达到44亿美金，在2024年之前将超过100亿美金。部署定位节点周期性的发送广播信号是当前一种主流的室内定位实现方案，具有精度高，部署成本低等特点。使用定位节点进行室内定位时，需要通过定位终端或定位标签采集定位节点发出的广播信息，然而，目前的定位标签功耗较大，续航较短，需要频繁更换电池或充电，在实际使用中极为不便。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种低功耗的多模定位标签，包括：
至少一个射频模块，其支持多种射频模式，其中包含至少一个低功耗窄带传输模式；
微控制器模块，其与所述射频模块连接；
电量监控模块，其监控自身的剩余电量情况；所述电量监控模块与微控制器模块连接；
加速度计模块，其监测自身处于运动或者静止状态；所述加速度计模块与微控制器模块连接。
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，
待定位标签连接电源后，微控制器模块监测所述电量监控模块的电量监控情况是否正常，微控制器模块与射频模块连接是否正常，并且监测所述微控制器模块与加速度计模块连接是否正常；
如若电量监控模块的电量监控情况正常，微控制器模块与射频模块连接正常，且微控制器模块与加速度计模块连接正常，则微控制器模块进入配置模式；否则进入错误模式；
当微控制器模块进入配置模式时，等待外部进行参数配置；
待外部参数配置成功，或者等待预定时间后仍未配置，则微控制器模块进入工作模式；如果配置失败，则进入错误模式；
其中，在微控制器模块进入错误模式后，微控制器模块通过射频模块周期上报出错信息；
在微控制器模块进入工作模式后，如果加速度计模块监测到其自身处于静止状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集电量监控模块采集的剩余电量数据；如果加速度计模块监测到其自身处于运动状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集定位节点发送的广播信号并测量广播信号的信号强度；并且微控制器模块将采集到的广播信号所属标签的通用唯一标识和该测量信号的信号强度存放在微控制器模块中。
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，如果加速度计模块监测到其自身处于运动状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集定位节点发送的广播信号并测量其信号强度；其中，采集频率由配置模式中配置的参数决定。
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，还包括：
指示灯，其与所述微控制器模块连接；
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，在定位标签进入错误模式后，微控制器模块通过射频模块周期上报出错信息，并且控制指示灯频闪。
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，还包括：陀螺仪模块，其与所述微控制器模块连接；
如果加速度计模块监测到自身处于运动状态，微控制器模块通过射频模块采集加速度计模块和陀螺仪模块的传感器数据，并且通过滤波算法对数据进行处理，计算出定位节点的估计位移，并存放在微控制器模块中。
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，在工作模式中，微控制器模块通过射频模块周期采集电量监控模块采集的剩余电量数据；
然后微控制器模块将采集到的剩余电量数据、广播信号所属标签的通用唯一标识、该测量信号的信号强度以及定位节点的估计位移存放在微处理器中；然后打包，通过低功耗窄带模式发送到对应的射频收发器，即上报工作状态；
当定位标签上报工作状态以后，开启一段时间的定位标签通信接收功能，若在开启通信接收功能的时间内接收到定位标签配置命令或定位标签固件更新命令，则进行对应的配置更新或固件更新操作。该定位标签固件包括射频模块、微控制器模块、加速度计模块、电量监控模块、指示灯和/或陀螺仪模块。
优选的是，所述的低功耗的多模定位标签，微控制器模块通过射频模块在接收或发送通信数据包时，在使用加密传输。
本发明至少包括以下有益效果：本定位标签使用了加速度计来判断定位标签是否处于运动状态，只有在运动状态下才会较频繁的采集定位节点的广播信号，因此减少了大量的功耗；同时由于本定位标签采用了新兴的低功耗窄带方式传输数据，传输功耗较低，进一步地降低了定位标签的功耗，延长了定位标签的续航，解决了长期以来困扰定位标签使用续航短的问题。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的定位标签的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
如图1所示
一种低功耗的多模定位标签，该定位标签只是定位设备的核心模块，其外观结构可以有多种样式，如手环形式，手表形式，标签形式，卡片形式等，
其具体包括：
至少一个射频模块，其支持多种射频模式，其中包含至少一个低功耗窄带传输模式；该射频模块可以收发两种或两种以上射频信号的数据包如蓝牙、wifi、zigbee、LoRa等，且其中至少包含一个低功耗窄带通信模式，如LoRa，Nb-IoT和eMTC等，至少一个射频模块可由多个只能收发一种射频信号的射频模块组合构成，也可以由一种可以收发多种射频信号的射频模块构成。
微控制器模块，其与所述射频模块连接；微控制器模块可以为一个单独的微处理器，也可以是多模射频模块中内含的微处理器模块。
电量监控模块，其监控自身的剩余电量情况；所述电量监控模块与微控制器模块连接；
加速度计模块，其监测自身处于运动或者静止状态；所述加速度计模块与微控制器模块连接；
陀螺仪模块，其与所述微控制器模块连接；
其工作流程为：
待定位标签连接电源后，微控制器模块监测所述电量监控模块的电量监控情况是否正常，并且监测所述微控制器模块与加速度计模块连接是否正常；
如若电量监控模块的电量监控情况正常，且微控制器模块与加速度计模块连接正常，则微控制器模块进入配置模式；否则进入错误模式；
当微控制器模块进入配置模式时，等待外部进行参数配置；
待外部参数配置成功，或者等待预定时间后仍未配置，则微控制器模块进入工作模式；如果配置失败，则进入错误模式；
其中，在微控制器模块进入错误模式后，微控制器模块通过射频模块周期上报出错信息；
在微控制器模块进入工作模式后，如果加速度计模块监测到其自身处于静止状态，也就是整个定位标签处于静止状态，因为定位标签内的每个模块属于整体，则微控制器模块通过射频模块周期采集电量监控模块采集的剩余电量数据，微控制器控制多模射频模块使用不同射频模式发送或者接收数据时，可选择对将发送的数据进行加密；如果加速度计模块监测到其自身处于运动状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集定位节点发送的广播信号并测量广播信号的信号强度，其中，采集频率由配置模式中配置的参数决定；并且微控制器模块将采集到的广播信号所属标签的通用唯一标识和该测量信号的信号强度存放在微控制器模块中。
如果加速度计模块监测到自身处于运动状态，微控制器模块通过射频模块采集加速度计模块和陀螺仪模块的传感器数据，并且通过滤波算法对数据进行处理，计算出定位节点的估计位移，并存放在微控制器模块中。
并且在工作模式中，微控制器模块通过射频模块周期采集电量监控模块采集的剩余电量数据；
然后微控制器模块将采集到的剩余电量数据、广播信号所属标签的通用唯一标识、该测量信号的信号强度以及定位节点的估计位移存放在微处理器中；然后打包，通过低功耗窄带模式发送到对应的射频收发器，即上报工作状态；
当定位标签上报工作状态以后，开启一段时间的定位标签通信接收功能，若在开启通信接收功能的时间内接收到定位标签配置命令或定位标签固件更新命令，则进行对应的配置更新或固件更新操作。
实施例2
本实施例中，多个射频模块由一个蓝牙模块和一个LoRa模块构成，本实施例中的蓝牙模块为da14580，LoRa模块为sx1278；微控制器模块为da14580模块内部的处理器模块；电量监测模块由微控制器内部的ADC模块和外部分压电路组成；加速度计模块为adxl362；不具备陀螺仪模块；指示灯模块为一个红色LED灯；微控制器使用SPI接口和GPIO与LoRa模块和加速度计模块通信，微控制器可以直接控制内部的ADC模块完成电量采集，微控制器通过GPIO控制指示灯模块亮灭。
定位标签上电以后微控制器进入自检模式，检测定位标签的电量监测功能、微控制器与LoRa模块之间的连接功能，微控制器与加速度计模块之间的连接功能是否正常，若检测通过，则定位标签进入配置模式，否则进入错误模式；定位标签进入配置模式后，等待外部通过蓝牙或者微控制器的串口或LoRa方式进行参数配置，当配置成功或一定时间(本实施例中为10秒)后没有开始配置，则进入工作模式，若配置失败则进入错误模式；在错误模式中，定位标签每过一定时间(本实施例中为1小时)通过LoRa模式上报一次节点出错消息，并且控制指示灯频闪；在工作模式中，定位标签如果通过加速度计检测到标签处于静止状态，则每隔一定时间采集一次剩余电池电量通过LoRa模式上报一次标签状态信息，在本实施例中为每1小时上报一次；在工作模式中，定位标签如果通过加速度计检测到标签处于运动状态，则使用蓝牙方式周期性采集定位节点发送广播信号并测量信号的信号强度，采集的频率是时间由配置模式中所配的参数决定，定位标签将采集到的信号所属标签的唯一标识和信号强度暂存在微处理器中；
在本实施例中，运动过程中不采集加速度计的传感器数据；在工作模式中，当定位节点通过LoRa模式上报工作状态以后，开启一定时间(本实施例中为3秒)的LoRa接收功能，若在该时间内接收到节点配置命令或节点固件更新命令，在通过LoRa模式进行对应的配置更新或固件更新操作。定位标签在使用LoRa模式传输数据时，可以选择使用AES128加密传输。
实施例3
本实施例中，多个射频模块由一个sx1280块构成，该模块具有收发蓝牙信号、LoRa信号、FLRC信号和FSK信号的功能；微控制器模块为一个单独的stm32l051型号微处理器；电量监测模块由微控制器内部的ADC模块和外部分压电路组成；加速度计模块为adxl362；不具备陀螺仪模块和指示灯模块；微控制器使用SPI接口和GPIO与sx1280模块通信，微控制器可以直接控制内部的ADC模块完成电量采集。
定位标签上电以后微控制器进入自检模式，检测定位标签的电量监测功能、微控制器与sx1280模块之间的连接功能，微控制器与加速度计模块之间的连接功能是否正常，若检测通过，则定位标签进入配置模式，否则进入错误模式；定位标签进入配置模式后，等待外部通过微控制器的串口或LoRa方式进行参数配置，当配置成功或一定时间(本实施例中为10秒)后没有开始配置，则进入工作模式，若配置失败则进入错误模式；在错误模式中，定位标签每过一定时间(本实施例中为1小时)将sx1280切换至LoRa模式上报一次节点出错消息；在工作模式中，定位标签如果通过加速度计检测到标签处于静止状态，则每隔一定时间采集一次剩余电池电量通过LoRa模式上报一次标签状态信息，在本实施例中为每1小时上报一次；在工作模式中，定位标签如果通过加速度计检测到标签处于运动状态，则将sx1280切换至蓝牙模式周期性采集定位节点发送广播信号并测量信号的信号强度，采集的频率是时间由配置模式中所配的参数决定，定位标签将采集到的信号所属标签的唯一标识和信号强度暂存在微处理器中；在本实施例中，运动过程中不采集加速度计的传感器数据；当采集工作完成后，微处理器将sx1280切换至LoRa模式将采集到的定位节点的唯一标识和信号强度发送至对应的射频接收器；在工作模式中，当定位节点通过LoRa模式上报工作状态以后，开启一定时间(本实施例中为3秒)的LoRa接收功能，若在该时间内接收到节点配置命令或节点固件更新命令，在通过LoRa模式进行对应的配置更新或固件更新操作；定位标签在使用LoRa模式传输数据时，可以选择使用AES128加密传输。
由于本定位标签使用了加速度计来判断标签是否处于运动状态，只有在运动状态下才会较频繁的采集定位节点广播，发送采集信息，因此减少了大量的功耗；同时由于本定位标签采用了新兴的低功耗窄带方式传输数据，传输功耗较低，进一步地降低了定位标签的功耗，延长了定位标签的续航，解决了长期以来困扰定位标签使用续航短的问题。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (9)
1.一种低功耗的多模定位标签，其特征在于，包括：
至少一个射频模块，其支持多种射频模式，其中包含至少一个低功耗窄带传输模式；
微控制器模块，其与所述射频模块连接；
加速度计模块，其监测自身处于运动或者静止状态；所述加速度计模块与微控制器模块连接。
2.如权利要求1所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，还包括：
电量监控模块，其监控自身的剩余电量情况；所述电量监控模块与微控制器模块连接。
3.如权利要求2所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，
待定位标签连接电源后，微控制器模块监测所述电量监控模块的电量监控情况是否正常，微控制器模块与射频模块连接是否正常，并且监测所述微控制器模块与加速度计模块连接是否正常；
如若电量监控模块的电量监控情况正常，微控制器模块与射频模块连接正常，且微控制器模块与加速度计模块连接正常，则微控制器模块进入配置模式；否则进入错误模式；
当微控制器模块进入配置模式时，等待外部进行参数配置；
待外部参数配置成功，或者等待预定时间后仍未配置，则微控制器模块进入工作模式；如果配置失败，则进入错误模式；
其中，在微控制器模块进入错误模式后，微控制器模块通过射频模块周期上报出错信息；
在微控制器模块进入工作模式后，如果加速度计模块监测到其自身处于静止状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集电量监控模块采集的剩余电量数据；如果加速度计模块监测到其自身处于运动状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集定位节点发送的广播信号并测量广播信号的信号强度；并且微控制器模块将采集到的广播信号所属标签的通用唯一标识和该测量信号的信号强度存放在微控制器模块中。
4.如权利要求3所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，如果加速度计模块监测到其自身处于运动状态，则微控制器模块通过射频模块周期采集定位节点发送的广播信号并测量其信号强度；其中，采集频率由配置模式中配置的参数决定。
5.如权利要求4所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，还包括：
指示灯，其与所述微控制器模块连接。
6.如权利要求5所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，在定位标签进入错误模式后，微控制器模块通过射频模块周期上报出错信息，并且控制指示灯频闪。
7.如权利要求6所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，还包括：陀螺仪模块，其与所述微控制器模块连接；
如果加速度计模块监测到自身处于运动状态，微控制器模块通过射频模块采集加速度计模块和陀螺仪模块的传感器数据，并且通过滤波算法对数据进行处理，计算出定位节点的估计位移，并存放在微控制器模块中。
8.如权利要求7所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，在工作模式中，微控制器模块通过射频模块周期采集电量监控模块采集的剩余电量数据；
然后微控制器模块将采集到的剩余电量数据、广播信号所属标签的通用唯一标识、该测量信号的信号强度以及定位节点的估计位移存放在微处理器中；然后打包，通过低功耗窄带模式发送到对应的射频收发器，即上报工作状态；
当微控制器模块通过射频模块上报工作状态以后，开启一段时间的微控制器模块通信接收功能，若在开启通信接收功能的时间内接收到定位标签配置命令或定位标签固件更新命令，则进行对应的配置更新或固件更新操作。
9.如权利要求8所述的低功耗的多模定位标签，其特征在于，微控制器模块通过射频模块在接收或发送通信数据包时，在使用加密传输。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180130 |