CN111432340A - 区域精准联合定位系统及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及联合定位领域,公开了区域精准联合定位系统及定位方法，包括联合定位标签、蓝牙信标和定位基站，蓝牙信标安装在正常工作区域，定位基站安装在危险工作区域，人员佩戴联合定位标签，蓝牙信标向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签接收到蓝牙信息包后进行蓝牙定位，蓝牙定位是指联合定位标签根据接收的蓝牙信息包生成区域位置信息，联合定位标签向定位基站发送精确定位信息包，定位基站接收精确定位信息包后进行精确定位，精确定位是指定位基站根据接收的精确定位信息包生成精确位置信息。本发明在实现不同定位需求的基础上减少定位基站的安装，进而降低安装成本。

Description

区域精准联合定位系统及定位方法
技术领域
本发明涉及联合定位领域，具体涉及区域精准联合定位系统及定位方法。
背景技术
目前在工业领域，用于监控危险区域的作业人员的位置的室内定位产品越来越受到工厂的重视，现有室内定位技术主要有RFID、ZIGBEE、CSS和UWB。
其中，RFID系统只能进行区域定位，不能连续监测，无精度；ZIGBEE系统主要采用场强定位，抗干扰能力差，定位精度在5-10米；CSS系统采用TWR定位，但是由于使用频率为2.4G，定位精度只能在2-3米；UWB系统采用TDOA定位，频率为5.8G，定位精度可以达到10cm。总体而言，精度越高，价格越高
除此之外，很多客户在人员定位管理方面，有不同的需求，比如对管理人员，不会进入危险区域，只需做简单的区域定位即可，又如有些作业人员，每天会进入危险区域，必须进行精准定位及管理。不同的定位需求，如果使用同一种单一的定位技术，往往造价会很高，无法满足预算节约成本。
发明内容
鉴于背景技术的不足，本发明是提供了区域精准联合定位系统及定位方法，所要解决的技术问题是现有定位技术在满足不同的定位需求时成本高。
为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：区域精准联合定位系统，包括联合定位标签、蓝牙信标和定位基站。
蓝牙信标向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签接收到蓝牙信息包后进行蓝牙定位，蓝牙定位是指联合定位标签根据接收的蓝牙信息包生成区域位置信息；联合定位标签向定位基站发送精确定位信息包，定位基站接收精确定位信息包后进行精确定位，精确定位是指定位基站根据接收的精确定位信息包计算出精确位置信息。
进一步，联合定位标签将生成的区域位置信息通过无线的方式发送给蓝牙基站。
其中，蓝牙基站包括基站处理器和通讯单元，基站处理器接收到区域位置信息后将区域位置信息发送给蓝牙网关。通讯单元可以采用UWB、蓝牙、WIFI或者ZIGBEE，蓝牙网关通过有线方式将接收的区域位置信息发送给服务器。
为了确保联合定位标签仍能在特殊环境中使用，联合定位标签外围设有防爆层或者防腐蚀层。
联合定位标签包括用于系统控制与处理的微处理器、UWB模块、UWB无线射频模块、蓝牙模块、蓝牙无线射频模块、加速度计模块和电源模块；微处理器分别电连接UWB模块、蓝牙模块和加速度计模块，UWB模块电连接UWB无线射频模块，蓝牙模块电连接蓝牙无线射频模块，电源模块用来提供工作电压。
进一步，定位基站包括用于系统控制与处理的中央控制单元、分别与中央控制单元电连接的UWB定位单元、网络通讯单元、电源单元和天线。
为了便于位置信息的统计，中央控制单元通过网络通讯单元将精确位置信息发送给服务器。
服务器接收到精确位置信息后对精确位置信息进行运算处理，生成位置坐标，并通过UDP协议将位置坐标发送给应用层；对精确位置信息进行运算处理是指服务器的联合定位引擎通过搜集至少同一个联合定位标签索引的3台定位基站的时间戳，加入定位算法计算出精准定位坐标。
区域精准联合定位方法，应用上述区域精准联合定位系统，包括以下步骤：
S1：蓝牙信标向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签向外围发送精确定位信息包；
S2：联合定位标签接收到蓝牙信息包后生成区域位置信息，定位基站接收到精确定位信息包后生成精确位置信息。
其中，步骤S1中，蓝牙信标以特定频率持续向外围发送蓝牙信息包，蓝牙信息包的内容符合Ibeacon协议格式。
本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：安装时在正常工作区域安装蓝牙信标，在危险工作区域安装定位基站，在实现定位需求的基础上减少定位基站的安装数量来降低使用成本；在正常工作区域，蓝牙信标持续向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签接收到蓝牙信息包后生成区域位置信息、并将区域位置信息发送给蓝牙基站，蓝牙基站将区域位置信息发送给蓝牙网关，蓝牙网关将区域位置信息发送给服务器实现定位，在危险工作区域，联合定位标签向外围发送UWB定位信息包，定位基站接收到定位信息包后生成精确位置信息并将精确位置信息发送给服务器，服务器根据精确位置信息计算出精准定位坐标并将精准定位坐标发送给引用层，以此实现不同需求的定位方式。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的联合定位标签的结构示意图；
图3为本发明的定位基站的结构示意图；
图4为本发明的UWB模块的电路图；
图5为本发明的UWB无线射频模块的电路图；
图6为本发明的蓝牙模块的电路图；
图7为采用ZIGBWW无线发送方式的电路图；
图8为本发明的蓝牙无线射频模块的电路图；
图9为本发明的蓝牙信标的电路图；
图10为本发明的网络通讯单元的电路图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示，区域精准联合定位系统，包括联合定位标签1、蓝牙信标3和定位基站2。
蓝牙信标3向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签1接收到蓝牙信息包后进行蓝牙定位，蓝牙定位是指联合定位标签1根据接收的蓝牙信息包生成区域位置信息；联合定位标签1向定位基站2发送精确定位信息包，定位基站2接收精确定位信息包后进行精确定位，精确定位是指定位基站2根据接收的精确定位信息包计算出精确位置信息。
蓝牙信标3的电路如图9所示。
如图2所示，联合定位标签1包括用于系统控制与处理的微处理器10、UWB模块11、UWB无线射频模块12、蓝牙模块13、蓝牙无线射频模块14、加速度计模块16和电源模块15；微处理器10分别电连接UWB模块11、蓝牙模块13和加速度计模块16，UWB模块11电连接UWB无线射频模块12，蓝牙模块13电连接蓝牙无线射频模块14，电源模块15用来提供工作电压。
其中，微处理器10选用STM32F103CBU6单片机，UWB模块11的具体电路如图4所示，该电路主要使用DW1000芯片和HHM1595A1芯片；UWB无线射频模块12的电路如图5所示；蓝牙模块13的电路如图6所示，该电路主要使用NRF51822蓝牙芯片；蓝牙无线射频模块14的电路如图8所示；电源模块15采用XRP6658ISTR-F电源芯片，该电源芯片输出3.3V电压；加速度计模块16采用型号为MMA8452Q的数字加速度传感器。
联合定位标签1将生成的区域位置信息通过蓝牙无线射频模块14无线发送给蓝牙基站4。
蓝牙基站4包括基站处理器和通讯单元，基站处理器接收到区域位置信息后将区域位置信息发送给蓝牙网关5。通讯单元可以采用UWB、蓝牙、WIFI或者ZIGBEE。
本实施例中，基站处理器采用STM32F107VCT6单片机，通讯单元采用ZIGBEE通讯方式，具体ZIGBEE电路如图7所示。
蓝牙网关6包括蓝牙网关CPU和蓝牙网关网络口，其中蓝牙网关CPU选用STM32F107VCT6单片机，蓝牙网关网络结口选用DP83841VV芯片。蓝牙网关CPU将接收的区域位置信息通过蓝牙网关网络接口发送给服务器6。
为了确保联合定位标签1仍能在特殊环境中使用，联合定位标签1外围设有防爆层或者防腐蚀层。
如图3所示，定位基站2包括用于系统控制与处理的中央控制单元20、分别与中央控制单元20电连接的UWB定位单元21、网络通讯单元23、电源单元22和天线24。中央处理单元20采用STM32F107VCT6单片机，电源单元22同样采用XRP6658ISTR-F电源芯片，网络通讯接口23的电路如图10所示。
为了便于位置信息的统计，中央控制单元20通过网络通讯单元23将精确位置信息发送给服务器6。
服务器6接收到精确位置信息后对精确位置信息进行运算处理，生成位置坐标，并通过UDP协议将位置坐标发送给应用层7；对精确位置信息进行运算处理是指服务器6的联合定位引擎通过搜集至少同一个联合定位标签索引的3台定位基站2的时间戳，加入定位算法计算出精准定位坐标。
区域精准联合定位方法，应用上述区域精准联合定位系统，包括以下步骤：
S1：蓝牙信标3向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签1向外围发送精确定位信息包；
S2：联合定位标签1接收到蓝牙信息包后生成区域位置信息，定位基站2接收到精确定位信息包后生成精确位置信息。
其中，步骤S1中，蓝牙信标3以特定频率持续向外围发送蓝牙信息包，蓝牙信息包的内容符合Ibeacon协议格式。
实际应用本发明时，在正常工作区域安装蓝牙信标3，在危险工作区域安装定位基站2，在实现定位需求的基础上减少定位基站2的安装数量降低使用成本。实际定位时，在正常工作区域，蓝牙信标3持续向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签1如果接收到蓝牙信息包会生成区域位置信息、并将区域位置信息发送给蓝牙基站4，蓝牙基站4将区域位置信息发送给蓝牙网关5，蓝牙网关5将区域位置信息发送给服务器6实现定位；在危险工作区域，联合定位标签1向外围发送UWB定位信息包，定位基站2接收到定位信息包后生成精确位置信息并将精确位置信息发送给服务器6，服务器6根据精确位置信息计算出精准定位坐标并将精准定位坐标发送给引用层7，以此实现不同需求的定位方式。
上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.区域精准联合定位系统，其特征在于：包括联合定位标签、蓝牙信标和定位基站；所述蓝牙信标向外围发送蓝牙信息包，所述联合定位标签接收到蓝牙信息包后进行蓝牙定位，蓝牙定位是指联合定位标签根据接收的蓝牙信息包生成区域位置信息；所述联合定位标签向定位基站发送精确定位信息包，所述定位基站接收精确定位信息包后进行精确定位，精确定位是指定位基站根据接收的精确定位信息包计算出精确位置信息。
2.根据权利要求1所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：还包括蓝牙基站，所述联合定位标签将生成的区域位置信息通过无线的方式发送给蓝牙基站。
3.根据权利要求2所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：所述蓝牙基站包括基站处理器和通讯单元，所述基站处理器接收到区域位置信息后将区域位置信息发送给蓝牙网关。
4.根据权利要求3所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：所述通讯单元可以采用UWB、蓝牙、WIFI或者ZIGBEE；所述蓝牙网关通过有线方式将接收的区域位置信息发送给服务器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：所述联合定位标签外围设有防爆层或者防腐蚀层；所述联合定位标签包括用于系统控制与处理的微处理器、UWB模块、UWB无线射频模块、蓝牙模块、蓝牙无线射频模块、加速度计模块和电源模块，所述微处理器分别电连接UWB模块、蓝牙模块和加速度计模块，所述UWB模块电连接UWB无线射频模块，所述蓝牙模块电连接蓝牙无线射频模块，所述电源模块用来提供工作电压。
6.根据权利要求1所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：所述定位基站包括用于系统控制与处理的中央控制单元、分别与中央控制单元电连接的UWB定位单元、网络通讯单元、电源单元和天线。
7.根据权利要求6所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：所述中央控制单元通过网络通讯单元将精确位置信息发送给服务器。
8.根据权利要求7所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：所述服务器对精确位置信息进行运算处理，生成位置坐标，并通过UDP协议将位置坐标发送给应用层；对精确位置信息进行运算处理是指服务器通过搜集至少同一个联合定位标签索引的3台定位基站的时间戳，加入定位算法计算出精准定位坐标。
9.区域精准联合定位方法，应用如权利要求1所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：包括以下步骤
S1：蓝牙信标向外围发送蓝牙信息包，联合定位标签向外围发送精确定位信息包；
S2：联合定位标签接收到蓝牙信息包后生成区域位置信息，定位基站接收到精确定位信息包后生成精确位置信息。
10.根据权利要求9所述的区域精准联合定位系统，其特征在于：步骤S1中，所述蓝牙信标以特定频率持续向外围发送蓝牙信息包，所述蓝牙信息包的内容符合Ibeacon协议格式。
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