CN109729492A

CN109729492A - 一种定位系统

Info

Publication number: CN109729492A
Application number: CN201811512878.8A
Authority: CN
Inventors: 张建福
Original assignee: Shenzhen Lianzhi Internet Of Things Technology Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Lianzhi Internet Of Things Technology Co Ltd
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明公开一种定位系统，包括定位基站、多个定位器和多个有源标签；定位基站包括：第一处理器，控制第一射频模块实现与定位器通信；第二处理器，与第一处理器通信连接，用于控制第二射频模块；第一射频模块，与第一处理器连接；第二射频模块，与第二处理器连接，第一处理器和第一射频模块均为一个以上，由一个第一处理器控制一个第一射频模块进行RF信号收发；多个定位器，与定位基站和多个有源标签通信，多个定位器分别对一个有源标签进行测距，并将测量结果返回至定位基站，定位基站根据多个定位器返回的测量结果，结合该多个定位器的已知地理位置，计算该有源标签的准确位置。本发明性能好，处理速度更快更高效，功耗低、硬件成本低。

Description

一种定位系统

技术领域

本发明属于射频技术领域，具体涉及一种定位系统。

背景技术

基站即公用移动通信基站，是无线电台站的一种形式，是指在一定的无线电覆盖区中，通过移动通信交换中心，与移动电话终端之间进行信息传递的无线电收发信电台。移动通信基站的建设是我国移动通信运营商投资的重要部分，移动通信基站的建设一般都是围绕覆盖面、通话质量、投资效益、建设难易、维护方便等要素进行。随着移动通信网络业务向数据化、分组化方向发展，移动通信基站的发展趋势也必然是宽带化、大覆盖面建设及IP化。

一个基站的选择，需从性能、配套、兼容性及使用要求等各方面综合考虑，其中特别注意的是基站设备必须与移动交换中心相兼容或配套，这样才能取得较好的通信效果。基站子系统主要包括两类设备：基站收发台(BTS)和基站控制器(BSC)。一个完整的基站收发台包括无线发射/接收设备、天线和所有无线接口特有的信号处理部分。基站收发台可看作一个无线调制解调器，负责移动信号的接收、发送处理。一般情况下在某个区域内，多个子基站和收发台相互组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收来达到移动通信信号的传送，这个范围内的地区也就是我们常说的网络覆盖面。基站收发台在基站控制器的控制下，完成基站的控制与无线信道之间的转换，实现手机通信信号的收发与移动平台之间通过空中无线传输及相关的控制功能。基站控制器包括无线收发信机、天线和有关的信号处理电路等，是基站子系统的控制部分。主要包括四个部件：小区控制器(CSC)、话音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于扩充的多路端接口(EMPI)。一个基站控制器通常控制几个基站收发台，通过收发台和移动台的远端命令，基站控制器负责所有的移动通信接口管理，主要是无线信道的分配、释放和管理。

从宏基站、微基站、微微基站到分布式基站，基站的体积在逐步小型化，安装和布放也更加灵活，但仍然存在硬件成本高、抗干扰能力弱且覆盖不全面而造成定位精度低等缺点。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种定位基站。

本发明所采用的技术方案为：

一种定位系统，包括定位基站、多个定位器和多个有源标签；

所述定位基站包括：

第一处理器，与第二处理器通信连接，用于控制第一射频模块进行RF信号收发实现与定位器通信；

第二处理器，与第一处理器通信连接，用于控制第二射频模块进行RF信号收发；

第一射频模块，使用SPI协议与第一处理器连接由第一处理器控制进行RF信号收发工作；

第二射频模块，使用SPI协议与第二处理器连接由第二处理器控制进行RF信号收发工作；

电源，为第一处理器、第二处理器、第一射频模块和第二射频模块供电；

所述第一处理器和第一射频模块均为一个以上，并且由一个第一处理器控制一个第一射频模块进行RF信号收发；

多个所述定位器，与定位基站和多个有源标签通信，多个定位器分别对一个有源标签进行测距，并将测量结果返回至定位基站，定位基站根据多个定位器返回的测量结果，结合该多个定位器的已知地理位置，计算该有源标签的准确位置。

本发明的定位基站处理能力更好，处理速度更快，并且功耗低、硬件成本低。

作为优选，所述第一处理器及其外围电路组成最小系统，第一处理器的型号为ATMEGA8。ATMEGA8具有性能更好、处理更加高效、处理速度超快、超低功耗、超低成本的特点。

作为优选，所述第二处理器及其外围电路组成最小系统，第二处理器的型号为MK60DN256ZVLQ10。

作为优选，所述第一射频模块包括：

第一射频芯片，使用SPI协议与第一处理器通信连接由第一处理器控制，并向第一放大器发送差分RF信号，或接收来自第一放大器的差分RF信号；

第一放大器，用于将第一射频芯片的差分RF信号进行放大后通过第一RF天线发送出去，或接收来自第一RF天线的RF信号并发送至第一射频芯片；

第一N&P沟道PowerTrench MOSFET，与第一射频芯片电连接并受第一射频芯片控制切换第一放大器的收发状态；

第一RF天线，用于收发RF信号。

第一射频模块主要用于唤醒信号的接收和反馈。此射频模块的系统架构性能更好，处理更加高效，处理速度超快，超低功耗，超远距离传输。射频芯片的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，因此在保证处理速度的基础上最大可能地避免帧丢失的现象，避免出现故障。N&P沟道PowerTrench MOSFET具有切换性能优越的特点，并且占地面积小、功耗低。

所述第二射频模块包括：第二射频芯片，使用SPI协议与第二处理器通信连接由第二处理器控制，并向第二放大器发送差分RF信号，或接收来自第二放大器的差分RF信号；

第二放大器，用于将第二射频芯片的差分RF信号进行放大后通过第二RF天线发送出去，或接收来自第二RF天线的RF信号并发送至第二射频芯片；

第二N&P沟道PowerTrench MOSFET，与第二射频芯片电连接并受第二射频芯片控制切换第二放大器的收发状态；

第二RF天线，用于收发RF信号。

作为优选，所述第二处理器还连接有JTAG接口。用于芯片内部测试。

作为优选，所述第二处理器还连接有RS232或/和485模块。RS232或/和485模块包括RS232或/和85接口、瞬态电压抑制器、单第一电源电平转换芯片、R485收发器，其中，瞬态电压抑制器和R485收发器均和RS232或/和485接口连接，瞬态电压抑制器顺次通过单第一电源电平转换芯片、第一高速电可擦除PLD与第二处理器的UART模块接口连接，R485收发器通过第一高速电可擦除PLD与第二处理器的UART模块接口连接。

作为优选，所述第二处理器还连接有WIFI/GPRS/3G/4G接口。

作为优选，所述第二处理器还连接有存储器。存储器为铁电非易失性存储器NARM，存储器通过SPI协议与第二处理器连接。

作为优选，所述定位器包括：

第三处理器，用于控制第三射频芯片的RF信号收发；

第三射频芯片，使用SPI协议与第三处理器通信连接由第三处理器控制，并向第三放大器发送差分RF信号，或接收来自第三放大器的差分RF信号；

存储器，与第三处理器电连接，实现数据的存储；

第三放大器，用于将第三射频芯片的差分RF信号进行放大后通过第三RF天线发送出去，或接收来自第三RF天线的RF信号并发送至第三射频芯片；

第三RF天线，用于收发RF信号。

本发明的定位器能实现超远距离传输和超低功耗，使用寿命更长，一般情况下可使用2年以上，甚至达到更长时间，读写速度快，灵敏度高。定位器与现有的基站混合安装，在定位精确度要求高的区域适当增加定位器的安装实现信号全覆盖，由于定位器较现有的基站成本低，因此从成本的角度考虑，可扩展的可能性较高。系统结构简单造价低，体积小便于安装，非常适合大规模使用。

作为优选，所述第三处理器及其外围电路组成最小系统，第三处理器的型号为EFM32TG210。EFM32TG210具有性能优越、灵活性强等优点。

作为优选，所述第三射频芯片及其外围电路构成射频最小系统，所述第三射频芯片的型号为CYRF693640LFXC。CYRF693640LFXC增加工作电压范围，降低供电电流，所有工作模式，更高的数据速率选项，更少的晶振启动，合成器稳定和链路周转时间短。

作为优选，所述存储器通过SPI协议与第三处理器通信连接。

作为优选，所述所述存储器为非易失性铁电随机存储器。

存储器的型号为FM25L04。铁电随机存储器(FRAM)具有非易失性，并且可以像RAM一样快速读写。FM25L04中的数据在掉电后可以保存45年。相对EEPROM或其他非易失性存储器，FM25L04具有结构更简单，系统可靠性更高等诸多优点。与EEPROM系列不同的是，FM25L04以总线速度进行写操作，无须延时。数据发到FM25L04后直接写到具体的单元地址，下一个总线操作可以立即开始，无需数据轮询。此外，FM25L04的读/写次数几乎为无限次，比EEPROM高得多。同时，FM25L04的功耗也远比EEPROM低。FM25L04还具有写保护机制、低功耗操作等特点。

作为优选，所述第三放大器为低噪声功率第三放大器。第三放大器使RF信号更加优质，实现超远距离传输。

作为优选，所述第三RF天线通过射频连接器与第三放大器连接。

作为优选，所述定位器还包括与第三放大器连接并由第三处理器控制的第一单路反相器，第一单路反相器通过输入高电平时输出低电平、输入低电平时输出高电平来切换第三放大器的收发工作。

作为优选，所述有源标签包括：

第四处理器，用于控制第四射频芯片的RF信号收发；

第四射频芯片，使用SPI协议与第四处理器通信连接由第四处理器控制，并向第四放大器发送差分RF信号，或接收来自第四放大器的差分RF信号；

第四放大器，用于将第四射频芯片的差分RF信号进行放大后通过第四RF天线发送出去，或接收来自第四RF天线的RF信号并发送至第四射频芯片；

第四RF天线，用于收发RF信号；

扩展接口，与第四处理器电连接，并插接有LED灯或/和蜂鸣器，以及传感器；

防盗按键，与第四处理器的中断控制端口电连接，并在安装有源标签时，将其固定在安装部位并保持常关状态，当发生拆卸动作时，第四处理器即会收到压差信号而发出报警，警示管理人员作出应对工作，管理员核查该拆卸动作时是管理人员正常的拆卸还是盗窃行为；

第三电源，为第四处理器、第四射频芯片、第四放大器、扩展接口和防盗按键供电。

通过第四射频芯片和第四处理器的协调工作，可借由内部电力，随时主动发射ID信息到阅读器，能实现超远距离传输和超低功耗，灵敏度高，使用寿命更长，一般情况下可使用2年以上，甚至达到更长时间。

有源标签的第四处理器处于睡眠模式，此时一直控制第四射频芯片监听唤醒信号，当阅读器发出唤醒信号将有源标签唤醒后，有源标签进入工作模式，阅读器继续发出查找信号，有源标签的第四处理器则直接通过LED灯或/和蜂鸣器直接作出应答，可应用于各个领域的物资查找功能。

应用于各个领域的物资查找功能，通过LED灯或/和蜂鸣器在物资查找过程中直接作出应答，实现直观快速的查找功能；其次，通过传感器的设置感应环境的变化，当环境的温度、湿度、光照、PM2.5、压力或烟雾发生变化时，及时上报给上一级管理设备作出相应处理。

通过防盗按键的设置实现防盗功能。发出报警的方式有两种，第一种是通过本地的LED灯或/和蜂鸣器，第二种是控制第四射频芯片向上一级管理设备发出报警RF信号。

作为优选，所述第三电源包括电池和第三电源转换模块。

第三电源转换模块包括将电池电压转换为3V电压的第一电源转换芯片，和将电池电压转换为3.3V的第二电源转换芯片。

作为优选，所述第四处理器为单片机。

作为优选，所述第四处理器的型号为PIC18F25K20-I/ML。PIC18F25K20-I/ML具有C编译器优化架构、灵活的振荡器结构、无需外部组件、特殊微控制器、极低功耗管理、模拟功能等特点。

作为优选，所述第四射频芯片及其外围电路构成射频最小系统，所述第四射频芯片的型号为CYRF693640LFXC。CYRF693640LFXC增加工作电压范围，降低供电电流，所有工作模式，更高的数据速率选项，更少的晶振启动，合成器稳定和链路周转时间短。

作为优选，所述第四放大器为低噪声功率第四放大器。第四放大器使RF信号更加优质，实现超远距离传输。

作为优选，所述第四放大器的型号为SE2611T。

作为优选，所述扩展接口包括一个用于插接LED灯或/和蜂鸣器的扩展接口以及一个以上用于插接传感器扩展接口。

作为优选，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、PM2.5传感器、CO₂传感器、压力传感器、烟雾传感器的一种或多种。用于感应环境的变化，当环境的温度、湿度、光照、PM2.5、CO₂、压力或烟雾发生变化时，及时上报给上一级管理设备作出相应处理。

作为优选，所述有源标签还包括与第四放大器连接并由第四处理器控制的第二单路反相器，第二单路反相器通过输入高电平时输出低电平、输入低电平时输出高电平来切换第四放大器的收发工作。

本发明的有益效果为：

1、本发明的定位基站处理能力更好，处理速度更快，并且功耗低、硬件成本低。射频模块的系统架构性能更好，处理更加高效，处理速度超快，超低功耗，超远距离传输。射频芯片的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，因此在保证处理速度的基础上最大可能地避免帧丢失的现象，避免出现故障。N&P沟道PowerTrench MOSFET具有切换性能优越的特点，并且占地面积小、功耗低。

2、本发明的定位器能实现超远距离传输和超低功耗，使用寿命更长，一般情况下可使用2年以上，甚至达到更长时间，读写速度快，灵敏度高。定位器与现有的基站混合安装，在定位精确度要求高的区域适当增加定位器的安装实现信号全覆盖，由于定位器较现有的基站成本低，因此从成本的角度考虑，可扩展的可能性较高。

3、本发明的有源标签可借由内部电力，随时主动发射ID信息到阅读器，具有超远距离传输和超低功耗、灵敏度高、使用寿命更长等特点一般情况下可使用2年以上，甚至达到更长时间。应用于各个领域的物资查找功能，通过LED灯或/和蜂鸣器在物资查找过程中直接作出应答，实现直观快速的查找功能；其次，通过传感器的设置感应环境的变化，当环境的温度、湿度、光照、PM2.5、压力或烟雾发生变化时，及时上报给上一级管理设备作出相应处理。通过防盗按键的设置实现防盗功能。

4、本发明结构简单造价低，成本低廉，体积小便于安装，非常适合大规模使用。

附图说明

图1是本发明-实施例定位基站第二射频模块的电路原理示意图。

图2是本发明-实施例定位基站第一射频模块的电路原理示意图。

图3是本发明-实施例定位基站第二处理器的电路原理示意图。

图4是图3的A部分的放大图。

图5是图3的B部分的放大图。

图6是图3的C部分的放大图。

图7是图3的D部分的放大图。

图8是本发明-实施例定位器的电路原理示意图。

图9是本发明-实施例有源标签的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

实施例：

本实施例的一种定位系统，包括定位基站、多个定位器和多个有源标签。多个所述定位器，与定位基站和多个有源标签通信，多个定位器分别对一个有源标签进行测距，并将测量结果返回至定位基站，定位基站根据多个定位器返回的测量结果，结合该多个定位器的已知地理位置，计算该有源标签的准确位置。

如图1-7所示，定位基站，包括电源、第一处理器U1、第二处理器U10、第一射频芯片U2、第一放大器U3、第一N&P沟道PowerTrench MOSFET U4、第二射频芯片U5、第二放大器U6、第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7、第一RF天线、第二RF天线、JTAG接口、RS232或/和485模块、WWIFI/GPRS/3G/4G接口和存储器。

电源包括5V电压、输入电压VIN和电压转换模块，电压转换模块包括将5V电压转换成3.3V的第一电压转换模块，将输入电压VIN转换为3V的第二电压转换模块，将输入电压VIN转换为3.3V的第三电压转换模块。电源还包括电源滤波模块。

第一电压转换模块采用型号为AMS1117的芯片U18，第二电压转换模块采用型号为MCP1700-3002T的芯片U8和U11，第三电压转换模块采用型号为TPS22908的芯片U9和U12以及型号为MCP1725-3002E/MC的芯片U14，芯片U9、U12和U14的关断控制输入(低电平有效)端口与第一处理器U1的I/O端口连接。

第一处理器U1及其外围电路(晶振、复位等)组成最小系统，第一处理器U1的型号为ATMEGA8。

ATMEGA8是ATMEL公司推出的一款新型AVR高档单片机，采用了小引脚封装。ATMEGA8有2个具有比较模式的带预分频器(Separate Prescale)的8位定时/计数器，1个带预分频器(SeParat Prescale)，具有比较和捕获模式的16位定时/计数器，它的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，具备AVR高档单片机MEGE系列的全部性能和特点，但由于采用了小引脚封装(为DIP28和TQFP/MLF32)，所以其价格仅与低档单片机相当，再加上AVR单片机的系统内可编程特性，使得无需购买昂贵的仿真器和编程器也可进行单片机嵌入式系统的设计和开发，具有更好的省电性能、稳定性、抗干扰性以及灵活性。ATMEGA8是一款采用低功耗CMOS工艺生产的基于AVR RISC结构的8位单片机。AVR单片机的核心是将32个工作寄存器和丰富的指令集联结在一起，所有的工作寄存器都与ALU(算术逻辑单元)直接相连，实现了在一个时钟周期内执行的一条指令同时访问(读写)两个独立寄存器的操作，这种结构提高了代码效率，使得大部分指令的执行时间仅为一个时钟周期，因此，ATMEGA8可以达到接近1MIPS/MHz的性能，运行速度比普通CISC单片机高出10倍。

ATMEGA8的主要特性如下：

1、内部特点：高性能、低功耗的8位AVR微处理器，先进的RISC结构，130条指令——大多数指令执行时间为单个时钟周期，32个8位通用工作寄存器，全静态工作，工作于16MHz时性能高达16MIPS，只需两个时钟周期的硬件乘法器，非易失性程序和数据存储器，8K字节的系统内可编程Flash，擦写寿命：10,000次，具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程，真正的同时读写操作，512字节的EEPROM，1K字节的片内SRAM，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。

2、外设特点：1个具有独立振荡器的异步实时时钟(RTC)，3个PWM通道，可实现任意＜16位、相位和频率可调的PWM脉宽调制输出，8通道A/D转换(TQFP、MLF封装)，6路10位A/D+2路8位A/D，6通道A/D转换(PDIP封装)，4路10位A/D+2路8位A/D，1个I2C的串行接口，支持主/从、收/发四种工作方式，支持自动总线仲裁，1个可编程的串行USART接口，支持同步、异步以及多机通信自动地址识别，1个支持主/从(Master/Slave)、收/发的SPI同步串行接口，带片内RC振荡器的可编程看门狗定时器，片内模拟比较器。

3、特殊的处理器特点：上电复位以及可编程的欠电压检测电路，内部集成了可选择频率(l/2/4/8MHZ)、可校准的RC振荡器，外部和内部的中断源18个，五种睡眠模式：空闲模式(Idle)、ADC噪声抑制模式(ADC Noise Reduction)、省电模式(Power－save)、掉电模式(Power－down)、待命模式(Standby)。

4、I/O和封装：最多23个可编程I/O口，可任意定义I/O的输入/输出方向；输出时为推挽输出，驱动能力强，可直接驱动LED等大电流负载：输入口可定义为三态输入，可以设定带内部上拉电阻，省去外接上拉电阻，28脚PDIP封装，32脚TQFP封装和32脚MLF封装。

5、工作电压：2.7-5.5V(ATMEGA8L)；速度等级：0-8MHz(ATMEGA8L)；4Mhz时功耗,3V,25℃：工作模式：3.6mA，空闲模式：1.0mA，掉电模式：0.5μA。

第二处理器U10及其外围电路(晶振、复位等)组成最小系统，第二处理器U10的型号为MK60DN256ZVLQ10。MK60DN256ZVLQ10具有如下特性：

1、运行特性：电压范围：1.71至3.6V，闪存写入电压范围：1.71至3.6V，温度范围(环境温度)：40至105℃。

2、性能：带DSP的高达100MHz ARM Cortex-M4内核，每条指令提供1.25DhrystoneMIPS的指令兆赫。

3、存储器和存储器接口：高达512KB的程序闪存FlexMemory设备，高达256KB程序闪存开启FlexMemory设备，FlexMemory设备上高达256KB FlexNVM，FlexMemory设备上的4KB FlexRAM，高达128KB RAM，串行编程接口(EzPort)，FlexBus外部总线接口。

4、时钟：3至32MHz晶体振荡器，32kHz晶体振荡器，多功能时钟发生器

5、系统外围设备：10种低功耗模式，根据应用要求提供功率优化，带多主机的内存保护单元保护，16通道DMA控制器，最多支持64个请求来源，外部看门狗监视器，软件看门狗，低泄漏唤醒单元。

6、安全性和完整性模块：硬件CRC模块，支持快速循环冗余检查，硬件随机数发生器，支持DES，3DES，AES的硬件加密，MD5，SHA-1和SHA-256算法，每个芯片128位唯一标识(ID)号。

7、人机接口：低功耗硬件触摸传感器接口(TSI)：通用输入/输出。

8、模拟模块：两个16位SAR ADC，可编程增益放大器(PGA)(最高x64)集成到每个ADC中，两个12位DAC，三个包含6位的模拟比较器(CMP)DAC和可编程参考输入，电压参考。

9、计时器：可编程延迟模块八通道电机控制/通用/PWM计时器，两个2通道正交解码器/通用计时器，IEEE 1588定时器，周期性中断定时器，16位低功耗定时器。

10、通信接口：具有MII和RMII接口的以太网控制器，用于外部PHY和硬件IEEE1588功能，具有片上收发器的USB全速/低速On-the-Go控制器，两个控制器局域网(CAN)模块，三个SPI模块，两个I2C模块，六个UART模块，安全数字主机控制器(SDHC)，I2S模块，载波调制器发射器，实时时钟。

本实施例中，第一射频芯片U2及其外围电路构成射频最小系统，第二射频芯片U5及其外围电路构成射频最小系统，第一射频芯片U2和第二射频芯片U5的型号均为CYRF693640LFXC。

CYRF693640LFXC具有如下特征：

1、2.4GHz直接序列扩频(DSSS)无线电收发器。频段(2.400GHz-2.483GHz)，21mA工作电流(发射@-5dBm)，发射功率高达+4dBm，接收灵敏度高达-97dBm，休眠电流＜1μA。

2、工作范围：10米+。DSSS数据速率高达250kbps，GFSK数据速率高达1Mbps，外部元件数量少。

3、自动事务序列发生器(ATS)，无需MCU干预。帧，长度，CRC16和自动ACK，MCU/传感器的电源管理单元(PMU)、快速启动和快速通道更改，独立的16字节发送和接收FIFO，AutoRate^TM-动态数据速率接收，接收信号强度指示(RSSI)，处于睡眠模式时的串行外设接口(SPI)控制，4MHz SPI微控制器接口。

4、电池电压监测电路，支持币形电池操作应用，工作电压范围为1.8V至3.6V，工作温度为0至70℃，节省空间的40引脚QFN 6x6mm封装。

CYRF693640LFXC增加工作电压范围，降低供电电流，所有工作模式，更高的数据速率选项，更少的晶振启动，合成器稳定和链路周转时间短。

第一处理器U1与第二处理器U10通信连接，具体是：第一处理器U1连接有第一接口P1，第二处理器U10连接有第五接口J5，第一接口P1和第五接口J5连接在一起实现第一处理器U1与第二处理器U10通信。

本实施例中，第一射频芯片U2、第一放大器U3和第一N&P沟道PowerTrench MOSFETU4组成第一射频模块，第一射频模块与第一处理器U1采用SPI协议通信连接由第一处理器U1控制RF信号的收发。第一射频模块主要用于唤醒信号的接收和反馈。

具体是：第一射频芯片U2的SPI总线主从选择端口、SPI总线主时钟输入、SPI总线主输出/从输入端口、SPI总线主输入/从输出端口和外部中断0输入端口与第一处理器U1的SPI总线主从选择端口、SPI总线主时钟输入、SPI总线主输出/从输入端口、SPI总线主输入/从输出端口和外部中断0输入端口连接，第一处理器U1用于控制第一射频芯片U2的RF信号收发。

采用以上第一处理器U1和第一射频芯片U2使本发明的系统架构性能更好，处理更加高效，处理速度超快，超低功耗，超远距离传输。第一射频芯片U2的芯片内部集成了较大容量的存储器和丰富强大的硬件接口电路，因此在保证处理速度的基础上最大可能地避免帧丢失的现象，避免出现故障。

本实施例中，定位基站还包括三个分别与第二处理器U10通信连接的第一处理器，以及分别由第一处理器控制进行RF信号收发的第一射频模块。上述三个第一处理器分别通过第六接口J6、第九接口J9和第十二接口J12与第二处理器U10通信，图中未画出。

上述三个第一处理器用于接收RF信号并对信号进行初步处理。

第一放大器U3为低噪声功率放大器，第一放大器U3的型号均为SE2611T，第一放大器U3将第一射频芯片U2的差分RF信号进行放大后通过第一RF天线发送出去，或接收来自第一RF天线的RF信号并发送至第一射频芯片U2，第一放大器U3的天线端口通过第一天线接口P2与第一RF天线连接，通过第一RF天线收发RF信号。

第一放大器U3的WLAN发送端口和WLAN接收端口与第一射频芯片U2的差分RF信号接收端口、差分RF信号发送端口和RF参考电压输出端口电连接，第一放大器U3的VCC端口连接3.3V电压。

第一N&P沟道PowerTrench MOSFET U4与第一放大器U3连接并由第一射频芯片U2控制，第一N&P沟道PowerTrench MOSFET U4的型号为FDG6332C_085，具体是：第一放大器U3的接收天线开关控制端口和LNA使能端口连接第一N&P沟道PowerTrench MOSFET U4的N沟道MOSFET1的漏极D1，第一放大器U3的供电使能端口和发送天线开关控制端口连接第一N&P沟道PowerTrench MOSFET U4的P沟道MOSFET2的源极S2和漏极D2，第一N&P沟道PowerTrench MOSFET U4的P沟道MOSFET2的栅极G2连接第一处理器U1并输入TX信号。

FDG6332C_085具有切换性能优越的特点，并且占地面积小、功耗低。

通过第一射频芯片U2输入的TX信号，当TX＝H时，S2＝L，D1＝H；当TX＝L时，S2＝H，D1＝L，实现第一射频模块的收发切换。

第二射频芯片U5、第二放大器U6和第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7组成第二射频模块，第二射频模块与第二处理器U10采用SPI协议通信连接，由第二处理器U10控制RF信号的收发。

第二射频芯片U5的SPI总线主从选择端口、SPI总线主时钟输入、SPI总线主输出/从输入端口、SPI总线主输入/从输出端口和外部中断0输入端口与第二处理器U10的SPI总线主从选择端口、SPI总线主时钟输入、SPI总线主输出/从输入端口、SPI总线主输入/从输出端口和外部中断0输入端口连接，第二处理器U10用于控制第二射频芯片U5的RF信号收发。

具体是：第二射频芯片U5连接有第二接口FPC1，第二处理器U10连接有第十一接口J11，通过第二接口FPC1与第十一接口J11连接在一起实现第二射频芯片U5与第二处理器U10通信。

采用以上第一处理器U1、第一射频芯片U2、第二处理器U10和第二射频芯片U5使本发明的处理能力更好，处理速度更快，并且功耗低，硬件成本低。

第二放大器U6为低噪声功率放大器，第二放大器U6的型号均为SE2611T，第二放大器U6将第二射频芯片U5的差分RF信号进行放大后通过第二RF天线发送出去，或接收来自第二RF天线的RF信号并发送至第二射频芯片U5，第二放大器U6的天线端口通过第二天线接口P5与第二RF天线连接，通过第二RF天线收发RF信号。

第二放大器U6的WLAN发送端口和WLAN接收端口与第二射频芯片U5的差分RF信号接收端口、差分RF信号发送端口和RF参考电压输出端口电连接，第一放大器U3的VCC端口连接3.3V电压。

第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7与第二放大器U6连接并由第二射频芯片U5控制，第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7的型号为FDG6332C_085，具体是：第二放大器U6的接收天线开关控制端口和LNA使能端口连接第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7的N沟道MOSFET1的漏极D1，第二放大器U6的供电使能端口和发送天线开关控制端口连接第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7的P沟道MOSFET2的源极S2和漏极D2，第二N&P沟道PowerTrench MOSFET U7的P沟道MOSFET2的栅极G2连接第二处理器U10并输入TX信号。

通过第二射频芯片U5输入的TX信号，当TX＝H时，S2＝L，D1＝H；当TX＝L时，S2＝H，D1＝L，实现第二射频模块的收发切换。

JTAG接口、RS232或/485模块、WIFI/GPRS/3G/4G接口和存储器分别与第二处理器U10连接，JTAG接口具有模式选择、时钟、数据输入和数据输出线，用于芯片内部测试。

RS232或/和485模块包括RS232或/和485接口J2、瞬态电压抑制器、单电源电平转换芯片U15、R485收发器U16，其中，瞬态电压抑制器和R485收发器U16均和RS232或/和485接口J2连接，瞬态电压抑制器顺次通过单电源电平转换芯片U15、第一高速电可擦除PLD U20与第二处理器U10的UART模块接口连接，R485收发器U16通过第一高速电可擦除PLD U20与第二处理器U10的UART模块接口连接。

WIFI/GPRS/3G/4G接口为第八接口J8。第八接口J8与第二处理器U10连接。

存储器为铁电非易失性存储器NARM，存储器通过SPI协议与第二处理器U10连接。

在本实施例中，第一处理器U1还连接有扩展接口JP1，扩展接口JP1连接有LED灯或/和蜂鸣器，以及传感器。

说明A或/和B包括以下理解：A或B，A和B。

通过LED灯或/和蜂鸣器在物资查找过程中，直接作出应答，实现直观快速的查找功能。

传感器为温度传感器、湿度传感器、光照传感器、PM2.5传感器、CO₂传感器、压力传感器、烟雾传感器的一种或多种，用于感应环境的变化。

通过传感器的设置感应环境的变化，当环境的温度、湿度、光照、PM2.5、压力或烟雾发生变化时，及时上报给上一级管理设备作出相应处理。

在本实施例中，第一处理器均连接有程序下载接口。

如图8所示，本实施例的一种定位器，包括第二电源转换模块、第三处理器U9、第三射频芯片U4、第三放大器U7、第三RF天线和存储器。

第二电源转换模块包括将电池电压转换为3V电压的第一电源转换芯片U1，和将电池电压转换为3.3V的第二电源转换芯片U3。

本实施例中，第一电源转换芯片U1的型号为1700T-3302，第二电源转换芯片U3的型号为1824T-3302。第二电源转换芯片U3的关断控制输入(低电平有效)端口与第三处理器U9的I/O端口连接。

第三处理器U9及其外围电路(晶振、复位等)组成最小系统，第三处理器U9的型号为EFM32TG210，EFM32TG210具有如下特点：

1、ARM Cortex-M3CPU平台，高性能32位第三处理器@高达32MHz，记忆保护单元，唤醒中断控制器，灵活的能源管理系统，20nA@3V关闭模式，0.6μA@3V停止模式，包括上电复位，欠压，检测器，RAM和CPU保留，0.9μA@3V深度睡眠模式，包括32.768kHz的RTC，振荡器，上电复位，欠压检测器，RAM和CPU。

2、保留：45μA/MHz@3V睡眠模式，180μA/MHz@3V运行模式，代码由闪存执行，128KBFlash、16KB RAM，24个通用I/O引脚，可配置推挽式，漏极开路，上拉/下拉，输入滤波器，驱动器。

3、强度：可配置的外围I/O位置，14个异步外部中断，输出状态保持和从关闭模式唤醒，8通道DMA控制器，用于自治的8通道外围反射系统(PRS)。

4、外围信令：硬件AES，具有128/256密钥，54/75周期，计时器/计数器，2×16位定时器/计数器，2×3比较/捕获/PWM通道，TIMER0上的死区插入，16位低能量定时器，1×24位实时计数器，1×8位脉冲计数器，带有专用RC振荡器@50nA的看门狗定时器，通信接口，2×通用同步/异步接收器。

5、发射机：UART/SPI/SmartCard(ISO7816)/IrDA，三重缓冲全/半双工操作，低能耗UART，在深度睡眠中使用DMA进行自主操作。

6、模式：具有SMBus支持的I2C接口，停止模式下的地址识别，超低功耗精密模拟外设，12位1Msamples/s模数转换器，4个单端通道/2个差分通道，片上温度传感器，12位500ksamples/s数模转换器，2×模拟比较器，最多5个输入的电容式传感，电源电压比较器，超高效的上电复位和欠压检测器，2针串行线调试接口，1针串行线查看器，预编程UART引导加载程序，温度范围-40至85℃，单电源1.98至3.8V，QFN32包。

本实施例中，第三射频芯片U4及其外围电路构成射频最小系统，第三射频芯片U4的型号为CYRF693640LFXC。

第三处理器U9与第三射频芯片U4使用SPI协议通信连接，具体是：第三射频芯片U4的SPI使能端口、SPI时钟、SPI数据输入端口、SPI数据输出端口和中断输出端口分别与第三处理器U9的USART1时钟输入/输出端口、USART0时钟输入/输出端口、USART0异步发送端口、USART0异步接收端口和I2C0串行数据输入/输出端口连接。第三处理器U9用于控制第三射频芯片U4的RF信号收发。

存储器U2通过SPI协议与第三处理器U9通信连接，具体是：第三处理器U9的USART0时钟输入/输出端口、USART0异步发送端口、USART0异步接收端口、LESENSE频道14分别与存储器U2的时钟端口、串行数据输入端口、串行数据输出端口和选择端口连接。

存储器U2的型号为FM25L04，FM25L04是采用先进的铁电工艺制造的4K位非易失性铁电随机存储器。

铁电随机存储器(FRAM)具有非易失性，并且可以像RAM一样快速读写。FM25L04中的数据在掉电后可以保存45年。相对EEPROM或其他非易失性存储器，FM25L04具有结构更简单，系统可靠性更高等诸多优点。与EEPROM系列不同的是，FM25L04以总线速度进行写操作，无须延时。数据发到FM25L04后直接写到具体的单元地址，下一个总线操作可以立即开始，无需数据轮询。此外，FM25L04的读/写次数几乎为无限次，比EEPROM高得多。同时，FM25L04的功耗也远比EEPROM低。

FM25L04还具有写保护机制、低功耗操作等特点。

通过第三处理器U9、第三射频芯片U4和存储器U2的协调工作，使本发明具有如下有益效果：能实现超远距离传输和超低功耗，使用寿命更长，一般情况下可使用2年以上，甚至达到更长时间，读写速度快，灵敏度高。

本发明的定位器与现有的基站混合安装，在定位精确度要求高的区域适当增加定位器的安装实现信号全覆盖，由于定位器较现有的基站成本低，因此从成本的角度考虑，可扩展的可能性较高。

第三放大器U7为低噪声功率第三放大器，第三放大器U7的型号为SE2611T，第三放大器U7将第三射频芯片U4的差分RF信号进行放大后通过第三RF天线发送出去。

具体是：第三放大器U7的WLAN发送端口和WLAN接收端口与第三射频芯片U4的差分RF信号接收端口、差分RF信号发送端口和RF参考电压输出端口电连接，第三放大器U7的VCC端口连接3.3V电压。

第三放大器U7连接有第一单路反相器U10，具体是：第三放大器U7的接收天线开关控制端口和LNA使能端口连接第一单路反相器U10的Y端口，第三放大器U7的供电使能端口和发送天线开关控制端口连接第一单路反相器U10的A端口，第三射频芯片U4的T/R开关或GPIO的控制信号端口与第一单路反相器U10的A端口连接。

第一单路反相器U10为逻辑取反功能芯片，型号为SN74LVC1G04DBVT，当输入高电平时，输出低电平；当输入低电平时，输出高电平，由此切换第三放大器U7的收/发工作。

第三放大器U7的天线端口通过射频连接器P2与第三RF天线连接，用于通过第三RF天线收发RF信号。

在本实施例中，第三处理器U9还连接有扩展接口P1和扩展接口J2，扩展接口P1连接有LED灯或/和蜂鸣器，以及传感器。

说明A或/和B包括以下理解：A或B，A和B。

如图9所示，本实施例的一种有源标签，包括电池、第三电源转换模块、第四射频芯片U4、第四放大器U7、第四RF天线和第四处理器U3。

首先，第三电源转换模块包括将电池电压转换为3V电压的第一电源转换芯片U1，和将电池电压转换为3.3V的第二电源转换芯片U2。

本实施例中，第一电源转换芯片U1的型号为MCP1700-3002T，第二电源转换芯片U2的型号为MCP1824T-3302E/OT。第二电源转换芯片U2的关断控制输入(低电平有效)端口与第四处理器U3的I/O端口连接。

本实施例中，第四射频芯片U4及其外围电路构成射频最小系统，第四射频芯片U4的型号为CYRF693640LFXC。

第四放大器U7为低噪声功率第四放大器，第四放大器U7的型号为SE2611T，第四放大器U7将第四射频芯片U4的差分RF信号进行放大后通过第四RF天线发送出去。

第四放大器U7的WLAN发送端口和WLAN接收端口与第四射频芯片U4的差分RF信号接收端口、差分RF信号发送端口和RF参考电压输出端口电连接，第四放大器U7的VCC端口连接3.3V电压，第四放大器U7连接有第二单路反相器U5，具体是：第四放大器U7的接收天线开关控制端口和LNA使能端口连接第二单路反相器U5的Y端口，第四放大器U7的供电使能端口和发送天线开关控制端口连接第二单路反相器U5的A端口，第四射频芯片U4的T/R开关或GPIO的控制信号端口与第二单路反相器U5的A端口连接。

第二单路反相器U5为逻辑取反功能芯片，型号为SN74LVC1G04DBVT，当输入高电平时，输出低电平；当输入低电平时，输出高电平，由此切换第四放大器U7的收发工作。

第四放大器U7的天线端口通过第一接口ANT1与第四RF天线连接，用于通过第四RF天线收发RF信号。

第四处理器U3的型号为PIC18F25K20-I/ML。PIC18F25K20-I/ML是一款高性能RISCCPU，具有如下特点：

1、C编译器优化架构：可选的扩展指令集，优化可重入代码；最多1024字节数据EEPROM；高达64KB的线性程序存储器；解决：最多3936字节线性数据存储器寻址、最高16MIPS操作、16位宽指令、8位宽数据通道、中断的优先级、31级软件可访问硬件堆栈、8x8单周期硬件乘法器。

2、灵活的振荡器结构：精密16MHz内部振荡器模块，工厂校准至±1％软件可选频率范围31kHz至16MHz，使用PLL提供64MHz性能。

3、无需外部组件：四种晶振模式，最高64MHz；两个外部时钟模式，最高64MHz；4X锁相环(PLL)；使用Timer1@32kHz的辅助振荡器；故障保护时钟监视器：如果是外设时钟，则允许安全关机停止，双速振荡器启动。

4、特殊微控制器特点：工作电压范围：1.8V至3.6V；软件控制下的自编程；可编程16级高/低电压检测(HLVD)模块：高/低压检测中断；可编程欠压复位(BOR)：使用软件启用选项；扩展看门狗定时器(WDT)：可编程周期从4ms到131s；单电源3V在线串行Programming^TM(ICSP^TM)通过两个引脚；通过两个引脚进行在线调试(ICD)。

5、极低功耗管理：使用nanoWatt XLP：睡眠模式：<100nA@1.8V>、看门狗定时器：<800nA@1.8V>、Timer1振荡器：<800nA@32kHz和1.8V>。

6、模拟功能：模数转换器(ADC)模块：10位分辨率，13个外部通道，自动获取功能，睡眠期间可进行转换，1.2V固定参考电压(FVR)通道，独立输入多路复用；模拟比较器模块：两个轨到轨模拟比较器，独立输入多路复用；电压参考(CVREF)模块：可编程(％VDD)，16级：使用VREF引脚的两个16级电压范围。

7、周边亮点：最多35个I/O引脚和1个仅输入引脚：大电流吸收/源25mA/25mA，三个可编程外部中断，四个可编程的电平变化中断，八个可编程弱上拉，可编程转换速率；捕捉/比较/PWM(CCP)模块；增强型CCP(ECCP)模块：一个，两个或四个PWM输出，可选极性，可编程死区时间，自动关机和自动重启；主同步串行端口(MSSP)模块：3线SPI(支持所有4种模式)，具有地址的I2C^TM主机和从机模式；增强型通用同步异步，接收器发送器(EUSART)模块：支持RS-485，RS-232和LIN，使用内部振荡器进行RS-232操作，休息时自动唤醒，自动波特率检测。

通过第四射频芯片U4和第四处理器U3的协调工作，使本发明具有如下有益效果：可借由内部电力，随时主动发射ID信息到阅读器，能实现超远距离传输和超低功耗，灵敏度高，使用寿命更长，一般情况下可使用2年以上，甚至达到更长时间。

第四处理器U3及其外围电路(晶振、复位等)构成单片机最小系统。第四处理器U3与第四射频芯片U4使用SPI协议通信连接，用于控制第四射频芯片U4的RF信号收发。

在本实施例中，第四处理器U3还连接有扩展接口J1、扩展接口J2和扩展接口JP1，其中，扩展接口J1连接有LED灯或/和蜂鸣器，扩展接口J2或扩展接口JP1分别连接有传感器。

说明A或/和B包括以下理解：A或B，A和B。

有源标签第四处理器U3处于睡眠模式，此时一直控制第四射频芯片U4监听唤醒信号，当阅读器发出唤醒信号将有源标签唤醒后，有源标签进入工作模式，阅读器继续发出查找信号，有源标签的第四处理器U3则直接通过LED灯或/和蜂鸣器直接作出应答，可应用于各个领域的物资查找功能。

通过扩展接口的设置，使本发明具有如下有益效果：应用于各个领域的物资查找功能，通过LED灯或/和蜂鸣器在物资查找过程中直接作出应答，实现直观快速的查找功能；其次，通过传感器的设置感应环境的变化，当环境的温度、湿度、光照、PM2.5、压力或烟雾发生变化时，及时上报给上一级管理设备作出相应处理。

在此基础上，本发明还包括与第四处理器U3的中断控制端口连接的防盗按键，该防盗按键为常关按键KEY1，在安装时，将有源标签的常关按键KEY1安装到某个位置并固定保持常关，当发生拆卸动作时，第四处理器U3即会收到压差信号而发出报警，警示管理人员作出应对工作，管理员核查该拆卸动作时是管理人员正常的拆卸还是盗窃行为。

上述发出报警的方式有两种，第一种是通过本地的LED灯或/和蜂鸣器，第二种是控制第四射频芯片U4向上一级管理设备发出报警RF信号。

通过防盗按键的设置，使本发明实现防盗功能。

本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种定位系统，其特征在于：包括定位基站、多个定位器和多个有源标签；

所述定位基站包括：

2.根据权利要求1所述的一种定位系统，其特征在于：所述第一处理器及其外围电路组成最小系统，第一处理器的型号为ATMEGA8。

3.根据权利要求1所述的一种定位系统，其特征在于：所述第二处理器及其外围电路组成最小系统，第二处理器的型号为MK60DN256ZVLQ10。

4.根据权利要求1所述的一种定位系统，其特征在于：所述第一射频模块包括：

第一RF天线，用于收发RF信号；

第二RF天线，用于收发RF信号。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种定位系统，其特征在于：所述第二处理器还连接有RS232/485模块、WIFI/GPRS/3G/4G接口的一种或多种。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种定位系统，其特征在于：所述定位器包括：

第三处理器，用于控制第三射频芯片的RF信号收发；

存储器，与第三处理器电连接，实现数据的存储；

第三RF天线，用于收发RF信号。

7.根据权利要求6所述的一种定位系统，其特征在于：所述定位器还包括与第三放大器连接并由第三处理器控制的第一单路反相器，第一单路反相器通过输入高电平时输出低电平、输入低电平时输出高电平来切换第三放大器的收发工作。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的一种定位系统，其特征在于：所述有源标签包括：

第四处理器，用于控制第四射频芯片的RF信号收发；

第四RF天线，用于收发RF信号；

防盗按键，与第四处理器的中断控制端口电连接；

9.根据权利要求8所述的一种定位系统，其特征在于：所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、PM2.5传感器、CO₂传感器、压力传感器、烟雾传感器的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的一种定位系统，其特征在于：所述有源标签还包括与第四放大器连接并由第四处理器控制的第二单路反相器，第二单路反相器通过输入高电平时输出低电平、输入低电平时输出高电平来切换第四放大器的收发工作。