CN111935636B - 一种无动力设备智能定位终端及其方法 - Google Patents

一种无动力设备智能定位终端及其方法 Download PDF

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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

本发明公开了一种无动力设备智能定位终端及其方法。它包括MCU控制单元、定位模组、WIFI模块、加速度计和红外通信模块，所述的MCU控制单元、定位模组、WIFI模块、加速度计和红外通信模块定位模组、WIFI模块、加速度计和红外通信模块均与MCU控制单元连接。本发明的有益效果是：待机时间长，实时上报位置，达到了功耗和实时监控的平衡，指向性强，不会将无关车辆编入车组，采用WIFI模块定位，保证了智能定位终端定位工作的连续性，防止无动力车辆长期不用，定位信息更新不及时的现象。

Description

一种无动力设备智能定位终端及其方法
技术领域
本发明涉及物联网相关技术领域，尤其是指一种无动力设备智能定位终端及其方法。
背景技术
每个机场都有几百甚至几千的无动力设备，比如轮子运输车、气瓶拖车等，数量巨大。无动力设备使用后，被放置于机场各处，查找定位困难，维护不方便，易丢失。
现在的卫星导航系统很成熟，通常可以加装GPS/北斗定位器来解决设备定位问题，但是：
(1)机场或者野外的设备，充电困难，往往需要1年以上的待机时间，现有的GPS定位器要达到这个水准，需要付出较大的代价。
(2)无动力设备需要实时的运动轨迹，以便追踪设备的位置，电量消耗很大，现有的定位器很难平衡超长时间待机和实时定位这两个需求。
(3)在机场的室内和某些场合，卫星信号微弱，定位有难度。
(4)无动力设备可能会在没有卫星定位信号的地方停留很长的时间(几周时间)，然后再次启用，目前流行的导航方式：无信号区域采用GPS+惯导的通用做法，无法满足这种场景下的定位要求。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种定位连续性好的无动力设备智能定位终端及其方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种无动力设备智能定位终端，包括MCU控制单元、定位模组、WIFI模块、加速度计和红外通信模块，所述的MCU控制单元、定位模组、WIFI模块、加速度计和红外通信模块定位模组、WIFI模块、加速度计和红外通信模块均与MCU控制单元连接。
采用MCU控制单元，以加速度计判断车辆的动停状态，当加速度计发现无动力车辆停止时，同时车辆处于非编组状态，定位终端处于休眠状态，耗电量极低。采用红外通信模块作为车队内的互相通信方式，指向性强，不会将无关车辆编入车队。在室内和卫星定位信号不佳的区域，采用WIFI模块定位，保证了定位终端定位工作的连续性。
作为优选，还包括中心监控管理平台和机场电子地图，所述的定位模组由GPS/北斗定位芯片与NBIOT通信部分模块构成，所述的定位模组内设有SIM卡，所述的定位模组通过SIM卡与中心监控管理平台连接，所述的中心监控管理平台通过API接口与机场电子地图连接。
作为优选，所述的加速度计为3轴加速度计，所述的红外通信模块包括红外发射器和红外接收器，所述的红外发射器和红外接收器均与MCU控制单元连接，还包括报警模块和电量管理模块，所述的报警模块和电量管理模块均与MCU控制单元连接。
本发明还提供了一种无动力设备智能定位方法，采用车头定位终端定位以及车厢定位终端跟随模式，车头定位终端有电瓶供电，车头定位终端不限制用电，具体操作步骤如下：
(1)点击车头定位终端触摸屏上的开始按钮，开始编组，车头定位终端向相邻的无动力车厢定位终端通过红外发射器发射红外信号；
(2)无动力车厢定位终端通过红外接收器接收红外信号唤醒MCU控制单元；
(3)MCU控制单元打开定位模组来获取定位坐标，如果获取成功则将定位坐标传送给MCU控制单元后，关闭本机的定位模块，进入下一步；如果获取失败则打开WIFI模块获取定位坐标之后再关闭WIFI模块；
(4)读取后一台车厢定位终端的车厢自身ID和车厢定位终端的电池电量剩余百分比，如果读取成功则进入下一步，如果读取失败则发送本机的车厢自身ID和电池电量剩余百分比；
(5)读取后一个车厢定位终端的车厢自身ID和电池电量剩余百分比成功之后，与本机的车厢自身ID和电池电量剩余百分比一起发给前一台的车厢定位终端；
(6)车厢定位终端的MCU控制单元判断是否接到编组完成信息，如果接到则车厢定位终端再次休眠，如果未接到则返回到步骤(4)中。
本方法引入编组策略，当无动力车被车头带动时，唤醒定位终端，完成编组和定位信息发送后，定位终端再次进入休眠状态。由于车头有电瓶供电，车头定位器不限制用电，车头工作时，可以代替无动力车实时上传当前的位置和ID等相关信息。
作为优选，在步骤(6)中，点击车头定位终端触摸屏上的确定按钮，完成编组，车厢定位终端在接到车头定位终端编组完成的信号后，再次进入休眠；车头定位终端将编组各车厢定位终端的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比，实时上报给中心监控管理平台，通过机场电子地图的API接口，在手机端或者中心监控管理平台上显示编组车厢定位终端在机场的实际位置。
作为优选，当整个车队需要加入或减少无动力车厢定位终端时，点击车头定位终端触摸屏上的开始按钮，重新走编组的流程，再次编组；任务完成后，点击车头定位终端触摸屏上的完成按钮，取消编组，车头定位终端不再实时上报车队各车厢终端定位的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比。
作为优选，不论无动力车厢定位终端是否处于编组运动状态，每天固定的时间点，车厢定位终端自动唤醒，启动MCU控制单元，打开定位模块，获取当前的位置信息，将当前车厢的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比，通过定位模块的SIM卡上报给中心监控管理平台，通过机场电子地图的API接口，在手机端或者中心监控管理平台上，显示车厢在机场的实际位置。每天定时唤醒定位终端，上报当前的位置，防止无动力车辆长期不用，定位信息更新不及时的现象。
作为优选，每当车厢定位终端上报定位信息时，如果发现电池电量剩余百分比达到报警阈值的时候，则启动报警程序，通过定位模块的SIM卡给中心监控管理平台发送车厢定位终端电量不足的警告信息；当车厢定位终端不处于编组状态，加速度计侦得车厢定位终端处于运动状态，则启动报警程序，通过定位模块的SIM卡给中心监控管理平台发送车厢定位终端非法运动的警告信息。
作为优选，为了避免机场复杂的电磁环境对车厢定位终端信号的随机破坏，对车厢定位终端的无线信息编码采用BCH编码，达到每15bit任意3个数据出差的情况下，都可以恢复出正确的数据，BCH码的码空间在GF(2)上，校验空间在GF(2m)上，通过BCH本原编码公式求解数学模型，即：
G(x)＝X15+X11+X10+X9+X8+X7+X5+X3+X2+X+1
而无线信息译码采用以下方法：
第一步，求伴随多项式S：
Figure BDA0002676314060000051
设
Figure BDA0002676314060000052
对于二元码，
Figure BDA0002676314060000053
其中ik为第k个错误的位置，Xk是与这个位置相关的域元素，v表示伴随式中系数为非零的个数，伴随多项式可写为：
S1＝Y1X1+Y2X2+…+YvXv
对于J＝1、2、…、2t个联立方程组，有v个错误位置未知量Xk和v个错误程度未知量Yk：
Figure BDA0002676314060000054
定义错误定位多项式：
U(x)＝Uvxv+Uv-1xv-1+…+U1x+1
这个多项式的根是错误位置的逆
Figure BDA0002676314060000055
即：
U(x)＝(1-xX1)(1-xX2)...(1-xXv)
因此，只要知道错误定位多项式U(x)的系数，便可求得错误位置X1，X2，…，Xv；由此，可得如下矩阵：
Figure BDA0002676314060000056
错误定位多项式U(x)的系数，可对伴随多项式S的矩阵求逆得到；
第二步，求解U(x)＝0的零点，从中可计算错误位置。
作为优选，在步骤(3)中，当车厢定位终端处于室内或卫星信号不好的区域，采用WIFI模块定位，具体操作步骤如下：
(31)每一个无线WIFI路由器都有一个全球唯一的MAC地址；
(32)车厢定位终端打开WIFI模块，即可扫描并收集周围的WIFI路由器信号，无论是否加密，是否已连接，都可以获取到AP广播出来的MAC地址，搜索到3个以上的WIFI路由器信号；
(33)车厢定位终端将这些WIFI路由器的数据发送到位置服务器；
(34)位置服务器下发WIFI路由器的经纬度；
(35)车厢定位终端根据WIFI路由器的位置，计算并向中心监控管理平台发送自己的位置信息。
本发明的有益效果是：待机时间长，实时上报位置，达到了功耗和实时监控的平衡，指向性强，不会将无关车辆编入车组，采用WIFI模块定位，保证了智能定位终端定位工作的连续性，防止无动力车辆长期不用，定位信息更新不及时的现象。
附图说明
图1是本发明的终端结构原理框图；
图2是本发明的方法流程图。
图中：1.WIFI模块，2.报警模块，3.电量管理模块，4.SIM卡，5.MCU控制单元，6.定位模组，7.加速度计，8.红外通信模块，9.中心监控管理平台，10.机场电子地图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所述的实施例中，一种无动力设备智能定位终端，包括MCU控制单元5、定位模组6、WIFI模块1、加速度计7和红外通信模块8，MCU控制单元5、定位模组6、WIFI模块1、加速度计7和红外通信模块8定位模组6、WIFI模块1、加速度计7和红外通信模块8均与MCU控制单元5连接。还包括中心监控管理平台9和机场电子地图10，定位模组6由GPS/北斗定位芯片与NBIOT通信部分模块构成，定位模组6内设有SIM卡4，定位模组6通过SIM卡4与中心监控管理平台9连接，中心监控管理平台9通过API接口与机场电子地图10连接。加速度计7为3轴加速度计7，红外通信模块8包括红外发射器和红外接收器，红外发射器和红外接收器均与MCU控制单元5连接，还包括报警模块2和电量管理模块3，报警模块2和电量管理模块3均与MCU控制单元5连接。
如图2所示，本发明还提供了一种无动力设备智能定位方法，采用车头定位终端定位以及车厢定位终端跟随模式，车头定位终端有电瓶供电，车头定位终端不限制用电，具体操作步骤如下：
(1)点击车头定位终端触摸屏上的开始按钮，开始编组，车头定位终端向相邻的无动力车厢定位终端通过红外发射器发射红外信号；
(2)无动力车厢定位终端通过红外接收器接收红外信号唤醒MCU控制单元5；
(3)MCU控制单元5打开定位模组6来获取定位坐标，如果获取成功则将定位坐标传送给MCU控制单元5后，关闭本机的定位模块，进入下一步；如果获取失败则打开WIFI模块1获取定位坐标之后再关闭WIFI模块1；
当车厢定位终端处于室内或卫星信号不好的区域，采用WIFI模块1定位，具体操作步骤如下：
(31)每一个无线WIFI路由器都有一个全球唯一的MAC地址；
(32)车厢定位终端打开WIFI模块1，即可扫描并收集周围的WIFI路由器信号，无论是否加密，是否已连接，都可以获取到AP广播出来的MAC地址，搜索到3个以上的WIFI路由器信号；
(33)车厢定位终端将这些WIFI路由器的数据发送到位置服务器；
(34)位置服务器下发WIFI路由器的经纬度；
(35)车厢定位终端根据WIFI路由器的位置，计算并向中心监控管理平台发送自己的位置信息。其中：位置服务器是指记录了所有WIFI路由器经纬度坐标的服务器，由通信运营商维护。
(4)读取后一台车厢定位终端的车厢自身ID和车厢定位终端的电池电量剩余百分比，如果读取成功则进入下一步，如果读取失败则发送本机的车厢自身ID和电池电量剩余百分比；
(5)读取后一个车厢定位终端的车厢自身ID和电池电量剩余百分比成功之后，与本机的车厢自身ID和电池电量剩余百分比一起发给前一台的车厢定位终端；
(6)车厢定位终端的MCU控制单元5判断是否接到编组完成信息，如果接到则车厢定位终端再次休眠，如果未接到则返回到步骤(4)中；
具体为：点击车头定位终端触摸屏上的确定按钮，完成编组，车厢定位终端在接到车头定位终端编组完成的信号后，再次进入休眠；车头定位终端将编组各车厢定位终端的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比，实时上报给中心监控管理平台9，通过机场电子地图10的API接口，在手机端或者中心监控管理平台9上显示编组车厢定位终端在机场的实际位置。
当整个车队需要加入或减少无动力车厢定位终端时，点击车头定位终端触摸屏上的开始按钮，重新走编组的流程，再次编组；任务完成后，点击车头定位终端触摸屏上的完成按钮，取消编组，车头定位终端不再实时上报车队各车厢终端定位的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比。
不论无动力车厢定位终端是否处于编组运动状态，每天固定的时间点，车厢定位终端自动唤醒，启动MCU控制单元5，打开定位模块，获取当前的位置信息(如果卫星信号不佳，则打开WIFI模块1，获取定位信息)，将当前车厢的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比，通过定位模块的SIM卡4上报给中心监控管理平台9，通过机场电子地图10的API接口，在手机端或者中心监控管理平台9上，显示车厢在机场的实际位置。
每当车厢定位终端上报定位信息时，如果发现电池电量剩余百分比达到报警阈值的时候(比如<30％)，则启动报警程序，通过定位模块的SIM卡4给中心监控管理平台9发送车厢定位终端电量不足的警告信息；当车厢定位终端不处于编组状态，加速度计7侦得车厢定位终端处于运动状态，则启动报警程序，通过定位模块的SIM卡4给中心监控管理平台9发送车厢定位终端非法运动的警告信息。
为了避免机场复杂的电磁环境对车厢定位终端信号的随机破坏，对车厢定位终端的无线信息编码采用BCH编码，达到每15bit任意3个数据出差的情况下，都可以恢复出正确的数据，BCH码的码空间在GF(2)上，校验空间在GF(2m)上，通过BCH本原编码公式求解数学模型，即：
G(x)＝X15+X11+X10+X9+X8+X7+X5+X3+X2+X+1
而无线信息译码采用以下方法：
第一步，求伴随多项式S：
Figure BDA0002676314060000101
设
Figure BDA0002676314060000102
对于二元码，
Figure BDA0002676314060000103
其中ik为第k个错误的位置，Xk是与这个位置相关的域元素，v表示伴随式中系数为非零的个数(可纠正t＝3个错误)，伴随多项式可写为：
S1＝Y1X1+Y2X2+…+YvXv
对于J＝1、2、…、2t个联立方程组，有v个错误位置未知量Xk和v个错误程度未知量Yk：
Figure BDA0002676314060000104
定义错误定位多项式：
U(x)＝Uvxv+Uv-1xv-1+…+U1x+1
这个多项式的根是错误位置的逆
Figure BDA0002676314060000105
即：
U(x)＝(1-xX1)(1-xX2)...(1-xXv)
因此，只要知道错误定位多项式U(x)的系数，便可求得错误位置X1，X2，…，Xv；
由此，可得如下矩阵：
Figure BDA0002676314060000111
错误定位多项式U(x)的系数，可对伴随矩阵M(伴随多项式S的矩阵)求逆得到；
第二步，求解U(x)＝0的零点，从中可计算错误位置。
采用超低功耗的芯片和谨慎的用电策略，以加速度计7判断车辆的动/停状态，当加速度计7发现无动力车辆停止时，同时车辆处于非编组状态，定位终端处于休眠状态，耗电量极低，待机时间超长，可达1年以上。引入编组策略，当无动力车被车头带动时，唤醒定位终端，完成编组和定位信息发送后，定位终端再次进入休眠状态，可以由车头实时上报位置，达到了功耗和实时监控的平衡。由于车头有电瓶供电，车头定位终端不限制用电，车头工作时，可以代替无动力车实时上传当前的位置和ID等相关信息。每天定时唤醒定位终端，上报当前的位置，防止无动力车辆长期不用，定位信息更新不及时的现象。采用红外通信作为车组内的互相通信方式，指向性强，不会将无关车辆编入车组。在室内和卫星定位信号不佳的区域，采用WIFI定位，保证了智能定位终端定位工作的连续性。

Claims (7)

1.一种无动力设备智能定位方法，所述智能定位方法应用于无动力设备智能定位终端，其特征是，该无动力设备智能定位终端包括MCU控制单元（5）、定位模组（6）、WIFI模块（1）、加速度计（7）和红外通信模块（8），所述的定位模组（6）、WIFI模块（1）、加速度计（7）和红外通信模块（8）均与MCU控制单元（5）连接，还包括中心监控管理平台（9）和机场电子地图（10），所述定位模组（6）由GPS/北斗定位芯片与NBIOT通信部分模块构成，所述的定位模组（6）内设有SIM卡（4），所述的定位模组（6）通过SIM卡（4）与中心监控管理平台（9）连接，所述的中心监控管理平台（9）通过API接口与机场电子地图（10）连接，所述的加速度计（7）为3轴加速度计，所述的红外通信模块（8）包括红外发射器和红外接收器，所述的红外发射器和红外接收器均与MCU控制单元（5）连接，还包括报警模块（2）和电量管理模块（3），所述的报警模块（2）和电量管理模块（3）均与MCU控制单元（5）连接；
所述智能定位方法具体包括：采用车头定位终端定位以及车厢定位终端跟随模式，车头定位终端有电瓶供电，车头定位终端不限制用电，具体操作步骤如下：
（1）点击车头定位终端触摸屏上的开始按钮，开始编组，车头定位终端向相邻的无动力车厢定位终端通过红外发射器发射红外信号；
（2）无动力车厢定位终端通过红外接收器接收红外信号唤醒MCU控制单元（5）；
（3）MCU控制单元（5）打开定位模组（6）来获取定位坐标，如果获取成功则将定位坐标传送给MCU控制单元（5）后，关闭本机的定位模块，进入下一步；如果获取失败则打开WIFI模块（1）获取定位坐标之后再关闭WIFI模块（1）；
（4）读取后一台车厢定位终端的车厢自身ID和车厢定位终端的电池电量剩余百分比，如果读取成功则进入下一步，如果读取失败则发送本机的车厢自身ID和电池电量剩余百分比；
（5）读取后一个车厢定位终端的车厢自身ID和电池电量剩余百分比成功之后，与本机的车厢自身ID和电池电量剩余百分比一起发给前一台的车厢定位终端；
（6）车厢定位终端的MCU控制单元（5）判断是否接到编组完成信息，如果接到则车厢定位终端再次休眠，如果未接到则返回到步骤（4）中。
2.根据权利要求1所述的一种无动力设备智能定位方法，其特征是，在步骤（6）中，点击车头定位终端触摸屏上的确定按钮，完成编组，车厢定位终端在接到车头定位终端编组完成的信号后，再次进入休眠；车头定位终端将编组各车厢定位终端的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比，实时上报给中心监控管理平台（9），通过机场电子地图（10）的API接口，在手机端或者中心监控管理平台（9）上显示编组车厢定位终端在机场的实际位置。
3.根据权利要求1所述的一种无动力设备智能定位方法，其特征是，当整个车队需要加入或减少无动力车厢定位终端时，点击车头定位终端触摸屏上的开始按钮，重新走编组的流程，再次编组；任务完成后，点击车头定位终端触摸屏上的完成按钮，取消编组，车头定位终端不再实时上报车队各车厢终端定位的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比。
4.根据权利要求1所述的一种无动力设备智能定位方法，其特征是，不论无动力车厢定位终端是否处于编组运动状态，每天固定的时间点，车厢定位终端自动唤醒，启动MCU控制单元（5），打开定位模块，获取当前的位置信息，将当前车厢的车厢自身ID以及电池电量剩余百分比，通过定位模块的SIM卡（4）上报给中心监控管理平台（9），通过机场电子地图（10）的API接口，在手机端或者中心监控管理平台（9）上，显示车厢在机场的实际位置。
5.根据权利要求1所述的一种无动力设备智能定位方法，其特征是，每当车厢定位终端上报定位信息时，如果发现电池电量剩余百分比达到报警阈值的时候，则启动报警程序，通过定位模块的SIM卡（4）给中心监控管理平台（9）发送车厢定位终端电量不足的警告信息；当车厢定位终端不处于编组状态，加速度计（7）侦得车厢定位终端处于运动状态，则启动报警程序，通过定位模块的SIM卡（4）给中心监控管理平台（9）发送车厢定位终端非法运动的警告信息。
6.根据权利要求1所述的一种无动力设备智能定位方法，其特征是，为了避免机场复杂的电磁环境对车厢定位终端信号的随机破坏，对车厢定位终端的无线信息编码采用BCH编码，达到每15bit任意3个数据出差的情况下，都可以恢复出正确的数据，BCH码的码空间在GF（2）上，校验空间在GF（2m）上，通过BCH本原编码公式求解数学模型，即：
而无线信息译码采用以下方法：
第一步，求伴随多项式S：
设， ，对于二元码，，k=1、2、…、v，其中i k 为第k个错误的位置，X k 是与这个位置相关的域元素，v表示伴随式中系数为非零的个数，伴随多项式可写为：
对于J=1、2、…、2t个联立方程组，有v个错误位置未知量和v个错误程度未知量：
定义错误定位多项式：
这个多项式的根是错误位置的逆，k=1、2、…、v，即：
因此，只要知道错误定位多项式U(x)的系数，便可求得错误位置X 1 , X 2 , … , X v ；
由此，可得如下矩阵：
错误定位多项式U(x)的系数，可对伴随多项式S的矩阵求逆得到；
第二步，求解U(x)=0的零点，从中可计算错误位置。
7.根据权利要求1所述的一种无动力设备智能定位方法，其特征是，在步骤（3）中，当车厢定位终端处于室内或卫星信号不好的区域，采用WIFI模块（1）定位，具体操作步骤如下：
（31）每一个无线WIFI路由器都有一个全球唯一的MAC地址；
（32）车厢定位终端打开WIFI模块（1），即可扫描并收集周围的WIFI路由器信号，无论是否加密，是否已连接，都可以获取到AP广播出来的MAC地址，搜索到3个以上的WIFI路由器信号；
（33）车厢定位终端将这些WIFI路由器的数据发送到位置服务器；
（34）位置服务器下发WIFI路由器的经纬度；
（35）车厢定位终端根据WIFI路由器的位置，计算并向中心监控管理平台发送自己的位置信息。
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