CN113225505A

CN113225505A - 嵌入uwb定位基站的电视装置及uwb定位基站位置标定方法

Info

Publication number: CN113225505A
Application number: CN202110420711.4A
Authority: CN
Inventors: 陈振骐; 李南松; 肖家幸; 张海昆
Original assignee: Shenzhen Nuoruixin Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Nuoruixin Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-19
Filing date: 2021-04-19
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2041-04-19
Also published as: CN113225505B

Abstract

本发明涉及嵌入UWB定位基站的电视装置及UWB定位基站位置标定方法，属于家电产品设计技术领域。该装置包括主要由显示屏、机壳、电路板及扬声器组成的电视机，其特征在于，还包括：四个UWB定位基站；所述机壳与显示屏固定构成箱体，电路板固定在该箱体内部，显示屏和扬声器与电路板电路相连；四个定位基站固定在电视机箱体的四个顶角处。该方法首先得到各定位基站与电视装置中心点的相对位置坐标，通过测绘获得在该室内电视装置中心点的坐标值，将电视装置中心点的坐标值代入到各定位基站与电视装置中心点的相对位置坐标中，得到四个UWB定位基站在该室内对应的坐标值。本发明简化了UWB定位基站选点和测绘的工作量，提高UWB定位基站位置标定效率。

Description

嵌入UWB定位基站的电视装置及UWB定位基站位置标定方法

技术领域

本发明属于家电产品设计技术领域，特别涉及嵌入UWB定位基站的电视装置及UWB定位基站位置标定方法。

背景技术

超宽带技术(UWB)是一种无线载波通信技术，通过对具有很陡上升和下降时间的冲激脉冲进行直接调制，使信号具有GHz量级的带宽，其本质是发射和接收超短(ns-ps级)非正弦波电磁能量窄脉冲，并以此进行数据传送的无线技术。

UWB占有很宽的频谱范围，按照美国联邦通信委员会FCC的规定，从3.1GHz到10.6GHz之间的7.5GHz的带宽频率为UWB所使用的频率范围，单信道带宽超过500MHz。

由于UWB脉冲的时间宽度极短，因此也可以采用高精度定时来进行距离测算，在室内定位应用中，UWB定位技术具有保密性好、抗多径能力强、穿透力强、定位精度高、电磁兼容性强以及能效较高等特点，与其他室内定位技术相比，有明显的优势。UWB定位技术采用存储有各种定位算法的定位数据处理设备、UWB定位基站和UWB定位标签，来实现UWB定位标签位置的精确标定。

现有的UWB定位基站是按照某定位算法来收发定位消息，并记录定位消息收发时间或信号到达角等，还负责处理定位消息终端携带的定位标签标识等信息，定期将所收集到的信息发送给定位数据处理设备进行处理。一个支持TDOA定位算法的UWB定位基站包括一个TDOA定位算法管理单元、一个跟定位数据处理设备保持时钟同步的时间同步客户端单元、一个UWB基带处理单元、一个UWB收发机、一个高精度时钟、一个电源管理单元、一个收发天线单元和一个或多个接口单元。

UWB室内定位广泛应用于智能家居、智能汽车、寻物定位、移动支付、室内导航、AR/VR以及智能耳机等应用领域。

目前，在智能家居的应用中，UWB定位基站现有部署方案的一种实例如图1所示，一般在一个室内房间内将四个UWB定位基站001、002、003、004固定在室内的天花板四个角边上，以达到信号更好的覆盖效果。在实际应用中，要先把UWB定位基站固定到合适的位置，例如图1所示，再人工测量UWB定位基站的实际坐标值。

首先，四个UWB定位基站合适的位置不易找到，即使找到，人工测量工作也比较大且准确率不易保证，从而影响UWB定位标签的最终定位精度。

而且，在室内定位应用场景下，通常采用支持TDOA定位算法的UWB定位基站，而TDOA定位算法原理中必须要求定位基站之间的时钟保证同步，时钟同步可以通过有线通信或无线通信来实现。如采用无线通信，室内电磁环境复杂，如现有系统与其它无线通信系统之间的相互电磁干扰、物品的遮挡和人员的移动引起的多径效应等，从而导致定位基站之间的时钟同步不可靠，如采用有线通信，则需要布设通信线缆，不但成本增加而且施工难度往往较大。

最后，要新增供电电缆布线，为UWB定位基站供电，进一步增加UWB定位基站部署的技术难度和成本。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种嵌入UWB定位基站的电视装置及UWB定位基站位置标定方法。本发明在电视装置中增加了智能家居的定位功能，且具有实现简单、UWB定位基站位置标定高效的优点。

本发明提出一种嵌入UWB定位基站的电视装置，包括主要由显示屏、机壳、电路板及扬声器组成的电视机，其特征在于，还包括：四个UWB定位基站；其连接关系为：所述机壳与显示屏固定构成箱体，电路板固定在该箱体内部，显示屏和扬声器与电路板电路相连；四个UWB定位基站分别固定在电视机箱体的四个顶角处，所述四个定位基站通过电视机的电路板互连实现有线通信和时钟同步。

本发明的特点及有益效果：

本发明在电视装置中嵌入四个UWB定位基站，简化了UWB定位基站选点和测绘的工作量，提高UWB定位基站位置标定效率。

本发明可以直接使用电视装置的电源为UWB定位基站供电，无需单独为其铺设供电线缆，降低了UWB定位基站部署成本，提高了UWB定位基站部署效率。

附图说明

图1为目前室内部署环境中UWB定位基站部署方案示意图。

图2为本发明电视装置实施例示意图。

图3为本发明电视装置实施例的部署示意图。

具体实施方式

本发明提出一种嵌入UWB定位基站的电视装置及UWB定位基站位置标定方法，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明保护范围的限定。

本发明的一种嵌入UWB定位基站的电视装置，包括主要由显示屏、机壳、电路板及扬声器组成的电视机，还包括：四个UWB定位基站；其连接关系为：所述机壳与显示屏固定构成箱体，电路板固定在该箱体内部，显示屏和扬声器与电路板电路相连；四个UWB定位基站分别固定在电视机箱体的四个顶角处，所述四个定位基站通过电视机的电路板互连实现有线通信和时钟同步，相较易受干扰的无线通信，有线通信更可靠。

四个UWB定位基站还可以与电视机的电源直接连接，由电视机电源的冗余部分供电，无需另外的电源模块(如果电视机电源的冗余部分不足以为四个UWB定位基站供电，也可以将定位基站的电源模块接到电视机电源线的环出口，如果电视机电源线没有环出口，定位基站电源线与电视机电源线还可以共用电源插座)。

所述UWB定位基站可采用已知的支持不同定位算法的UWB定位基站。

所述电视机可采用现有的各种尺寸电视机，电视机尺寸越大，四个UWB定位基站覆盖的区域越大。

所述电视机还可加载具有UWB定位数据处理功能的APP模块。

本发明还适用已产的电视机，采用贴装或粘接的方式将四个UWB定位基站安装在电视机的机壳背面四个顶角处，四个UWB定位基站相互无线通信。

本发明的一种嵌入UWB定位基站的电视装置实施例，包括主要由显示屏、机壳、电路板及扬声器组成的电视机，还包括：四个UWB定位基站；其连接关系为：所述机壳与显示屏固定构成箱体，电路板固定在该箱体内部，显示屏和扬声器与电路板电路相连；四个UWB定位基站固定在电视机箱体的四个顶角处。如图2所示，图中，在电视机箱体111四角分别嵌入四个UWB定位基站101、102、103、104。

本实施例采用DecaWave生产的超宽节收发模块DWM1000，该模块将天线、电源，晶振和电压转换芯片都集成在了1块23毫米×13毫米×2.9毫米的24针的PCB板上。四个定位基站通过电视机的电路板互连，与电视机的电源直接连接，实现有线通信和时钟同步。

所述电视机采用具有UWB定位数据处理功能的APP的102寸的电视机。

本发明还提出一种基于上述嵌入UWB定位基站的电视装置的UWB定位基站位置标定方法，具体步骤如下：

1)在组装本发明电视装置时，将四个UWB定位基站安置在电视装置的靠近四个顶角的位置，各个UWB定位基站之间无线通信(与电视机无电路连接)；也可分别与电视装置电路板连接，实现四个UWB定位基站之间的有线互连；

2)对各UWB定位基站与电视装置中心点的相对位置坐标进行标定，具体实现如下：

设水平方向为x轴，垂直方向为y轴，前后方向为z轴，设电视装置中心的坐标为U0(x0，y0，z0),UWB定位基站1的位置坐标为U1(x1，y1，z1)、UWB定位基站2的位置坐标为U2(x2，y2，z2)、UWB定位基站3的位置坐标为U3(x3，y3，z3)、UWB定位基站4的位置坐标为U4(x4，y4，z4)，电视装置上下方向的宽为K，电视装置左右方向的长度为C，为计算简单起见，假设四个UWB定位基站刚好在电视装置的四个顶角上，则U1、U2、U3和U4的坐标以电视装置中心点U0的位置关系如下：

U1的坐标：

U2的坐标：

U3的坐标：

U4的坐标：

电视装置出厂配置表中按照上述公式(1)、(2)、(3)、(4)标明四个UWB定位基站模块对应的坐标；

本实施例中以102寸的电视装置为例，宽度为K＝1.37米，电视装置长度为C＝2.35米，为计算简单起见，假设四个UWB定位基站刚好在电视装置的四个顶角上，则四个UWB定位基站与电视装置中心点的相对坐标为：

U1的坐标：

U2的坐标：

U3的坐标：

U4的坐标：

3)将电视装置固定安装在室内，使电视装置长边平行于水平面，短边垂直于水平面(在电视的说明书中可说明电视装置安装的要求)，设坐标系是以安装电视装置的墙面形成x轴和y轴，室内水平地面形成x轴跟z轴，坐标单位为米；

4)通过常规测绘方法获得在该室内电视装置的中心点坐标值，将得到的该电视装置的中心点坐标值输入到电视装置中心点坐标配置项中，将电视装置的中心点坐标值代入到上述公式(1)、(2)、(3)、(4)即得到在嵌入电视装置的四个UWB定位基站在该室内对应的坐标值；将该坐标值作为定位基站的标定信息存储在电视装置中，该UWB定位基站位置标定完成。

电视装置中心点坐标配置的过程可以直接用电视遥控器通过电视屏幕来交互完成。

本实施例电视装置安装位置如图3所示，100为电视装置中心点，101、102、103、104为四个UWB定位基站、111为电视装置。设坐标系是以安装电视装置的墙面形成x轴和y轴，室内地面形成x轴跟z轴，坐标单位为米，并设电视装置中心点位置坐标为U0(x0，y0，z0)，在现场通过测绘得到电视装置底边距x轴的距离为1.5米，电视左侧边距y轴的距离为1米，电视装置中心点离墙面距离为0.1米，已知电视装置的宽为K＝1.37米，电视装置的长度为C＝2.35米，则电视装置中心点的坐标为U0(2.175，2.185，0.1),在此场景中U1、U2、U3和U4的坐标值即可通过公式(1)、(2)、(3)、(4)计算得到：UWB定位基站1的位置坐标为U1(1，2.87，0.1)、UWB定位基站2的位置坐标为U2(3.35，2.87，0.1)、UWB定位基站3的位置坐标为U3(3.35，1.5，0.1)、UWB定位基站4的位置坐标为U4(1，1.5，0.1)，该房间室内UWB定位基站位置标定完成。

该实施例的实施效果如下：

1、本实施例在电视机中加入四个UWB定位基站，在电视机生产过程中，该四个UWB定位基站相对于电视机中心点的位置就精确固定了，该电视机安装到室内后，只要测量得到电视机中心点在该室内的位置坐标值，就可以经简单计算得到所述四个UWB定位基站在该室内的位置坐标值，且测量电视装置中心点的位置简单易行，这就大大简化了四个UWB定位基站选点、安装和位置测量的工作量；

2、进一步，本实施例将四个UWB定位基站相互有线相连时，在常用TDOA定位算法应用场景下，UWB定位基站之间的时钟同步和协调都是在该电视装置系统内完成，解决了原UWB定位基站部署后时钟同步协调复杂并存在时钟同步不准确的问题；

3、本实施例的嵌入UWB定位基站电视装置无需修改和新增室内电缆布线，直接使用室内房间装修为电视预装的电源插头即可，简化了部署技术难度并降低了部署成本，提高了部署效率。

4、若采用具有UWB定位数据处理功能的APP的电视机，则本电视装置还具有UWB定位功能，只要人体的多个部位安置相应的UWB定位标签，基于UWB的精准定位功能，可以更方便实现更逼真的3D人机互动。

本发明可使用各种定位算法来进行定位应用。上述实施例中UWB定位基站模块嵌入电视装置的位置只是实施例的一种示意，并不排除其他部署位置方案，如果有其他的部署位置方案也应该是本发明所保护的范围。

Claims

1.一种嵌入UWB定位基站的电视装置，包括主要由显示屏、机壳、电路板及扬声器组成的电视机，其特征在于，还包括：四个UWB定位基站；其连接关系为：所述机壳与显示屏固定构成箱体，电路板固定在该箱体内部，显示屏和扬声器与电路板电路相连；四个UWB定位基站分别固定在电视机箱体的四个顶角处，所述四个定位基站通过电视机的电路板互连实现有线通信和时钟同步。

2.如权利要求1所述的嵌入UWB定位基站的电视装置，其特征在于，所述四个UWB定位基站与电视机的电源直接连接。

3.如权利要求1所述的嵌入UWB定位基站的电视装置，其特征在于，所述电视机加载有具有UWB定位数据处理功能的APP模块。

4.一种嵌入UWB定位基站的电视装置，包括主要由显示屏、机壳、电路板及扬声器组成的电视机，其特征在于，还包括：四个UWB定位基站；将四个UWB定位基站采用贴装或粘接的方式安装在电视机的机壳背面四个顶角处，四个UWB定位基站相互无线通信。

5.一种如权利要求1所述电视装置的UWB定位基站位置标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在组装本发明电视装置时，将四个UWB定位基站分别安置在电视装置的靠近四个顶角的位置；各个UWB定位基站之间无线连接，或分别与电视装置电路板连接实现四个UWB定位基站之间的有线互连；

设水平方向为x轴，垂直方向为y轴，前后方向为z轴，设电视装置中心点的坐标为U0(x0，y0，z0),UWB定位基站1的位置坐标为U1(x1，y1，z1)、UWB定位基站2的位置坐标为U2(x2，y2，z2)、UWB定位基站3的位置坐标为U3(x3，y3，z3)、UWB定位基站4的位置坐标为U4(x4，y4，z4)，电视装置上下方向的宽为K，电视装置左右方向的长度为C，设四个UWB定位基站刚好在电视装置的四个顶角上，则U1、U2、U3和U4的坐标与电视装置中心点U0的关系如下：

U1的坐标：

U2的坐标：

U3的坐标：

U4的坐标：

电视装置出厂配置表中按照式(1)、(2)、(3)、(4)标明四个UWB定位基站对应的坐标；

3)将电视装置固定安装在室内，使电视装置长边平行于水平面，短边垂直于水平面，设坐标系是以安装电视装置的墙面形成x轴和y轴，室内水平地面形成x轴跟z轴，坐标单位为米；

4)通过常规测绘方法获得在该室内电视装置中心点的坐标值，将得到的该电视装置中心点的坐标值输入到电视装置中心点坐标配置项中，将电视装置中心点的坐标值代入到式(1)、(2)、(3)、(4)即得到嵌入电视装置的四个UWB定位基站在该室内对应的坐标值；将该坐标值作为定位基站的标定信息存储在电视装置中，该UWB定位基站位置标定完成。