CN113673656A - 电子学生证、自动切换模式的便捷定位系统及其工作方法 - Google Patents

电子学生证、自动切换模式的便捷定位系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于自动定位技术领域，公开了一种电子学生证、自动切换模式的便捷定位系统及其工作方法，电子学生证包括固定模块、卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块、存储模块和人机交互模块；便捷定位系统包括电子学生证、云端数据中心以及定位信息采集单元。本发明解决了现有技术存在的携带不方便、使用成本高、功耗高、定位准确性低、实用性低以及功能单一的问题。

Description

电子学生证、自动切换模式的便捷定位系统及其工作方法
技术领域
本发明属于自动定位技术领域，具体涉及一种电子学生证、自动切换模式的便捷定位系统及其工作方法。
背景技术
保障中小学生校内外人身安全，促进中小学生体质健康一直是基础教育阶段的重点工作，也是每个家庭对基础教育关注的焦点问题。以无源RFID技术为代表的校园IC卡电子学生证，在传统校园一卡通场景得到了广泛的应用，也在校园人员安全管理方面带来极大的方便。这种校园IC卡电子学生证是一种电子标签，电子标签由供电方式的不同来划分为有源和无源电子标签两种类型。目前大量应用在中小学校园的一卡通电子学生证就是无源电子标签，也称为近距离非接触被动式射频识别IC卡(Integrated Circuit Card集成电路卡)。与有源电子标签对比，其最大的不同就是有源电子标签可以主动识别和远距离识别，而无源电子标签只能近距离被动识别。
在校园采用有源电子学生证标签，就可以在校园IC卡电子标签的基础功能之外，实现远距离人员身份主动识别，主动无感考勤和签到等更智能的人员安全管理功能。目前在校园中开始应用的有源电子学生证标签，主要有卡片、电子校徽等几种形态。
现有技术存在的问题：
1)现有技术中的卡片形态的电子学生证因其体型相对较大，可封装大容量电池提高使用寿命(3-5年)，但是存在携带不方便的问题。而校徽形态的电子学生证体积较小，导致其内嵌电池容量小，使用寿命短，只能采用更换电池的方式，给用户带来了周期性换电池的使用成本增加。
2)现有技术中在电子学生证的有限的体型空间中集成越多的电子传感器和功能，就意味着整体功耗的不断增加，带来的使用弊病就是充电的频次增多，过于频繁就会严重伤害用户体验，导致产品实用性低。
3)现有技术缺乏一种根据使用场景进行定位模式自动切换的定位系统，电子学生证只能在安设了网络基础设备的学校内部使用，无法准确判别学生位置在室外还是室内，定位边界不准确，当进入户外环境时，电子学生证失去其定位功能，因此其实用性低，功能单一，无法满足现有的需求。
发明内容
为了解决现有技术存在的携带不方便、使用成本高、功耗高、定位准确性低、实用性低以及功能单一的问题，本发明目的在于提供一种电子学生证、自动切换模式的便捷定位系统及其工作方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种电子学生证，包括固定模块，以及设置在固定模块外部的卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块、存储模块和人机交互模块，控制模块分别与卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、存储模块以及人机交互模块通信连接，卫星定位模块通信连接有外部的定位卫星，电信无线通讯模块通过电信网络基站通信连接有外部的云端数据中心，RFID模块通信连接有外部的定位信息采集单元，NFC模块通信连接有外部的NFC读取设备，固定模块与用户固定连接，且固定模块与用户的接触部分设置有体质传感器模块的检测端。
进一步地，体质传感器模块包括均与控制模块通信连接的加速度传感器、体温传感器、心率传感器以及血氧传感器，体温传感器的检测端、心率传感器的检测端以及血氧传感器的检测端均设置于固定模块与用户的接触部分。
进一步地，人机交互模块包括均与控制模块通信连接的低功耗显示屏、震动马达、蜂鸣器以及麦克风。
进一步地，电子学生证还包括电源模块和电源管理模块，电源管理模块与控制模块通信连接，电源模块分别与电源管理模块、卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块和人机交互模块电性连接，且电源模块为可充电电池。
进一步地，固定模块为腕带组件。
本发明的有益效果为：
本发明提供的电子学生证提供腕带组件的固定模块，与用户固定连接，便于携带，卫星定位模块、电信无线通讯模块以及RFID模块提供了多种定位方式，提高了定位的准确性、对户外户内环境的适应性以及电子学生证的实用性，可充电的电源模块降低了周期性换电池的使用成本，体质传感器模块、蓝牙模块以及NFC模块提供了体质检测、蓝牙连接以及NFC读卡的多种功能。
一种自动切换模式的便捷定位系统，包括电子学生证，还包括云端数据中心和定位信息采集单元，电子学生证与定位信息采集单元通信连接，且电子学生证通信连接有外部的电信网络基站和定位卫星，定位信息采集单元与云端数据中心通信连接，云端数据中心通信连接有外部的电信网络基站、移动终端以及管理中心。
进一步地，定位信息采集单元包括均与电子学生证通信连接的家居RFID网关和校内RFID网关组，家居RFID网关与云端数据中心通信连接，且家居RFID网关设置于用户的住宅内部，校内RFID网关组包括若干校内RFID网关，若干校内RFID网关均与云端数据中心通信连接，且若干校内RFID网关均设置于学校内部。
进一步地，校内RFID网关组包括均与电子学生证通信连接的校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关，校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关均与云端数据中心通信连接，校门RFID网关设置于学校的校门处，教室门RFID网关设置于学校的教室门处，楼宇门RFID网关设置于学校的楼宇门处，室外RFID网关设置于学校的室外。
本发明的有益效果为：
本发明提供的自动切换模式的便捷定位系统，提供了语音通话功能和定位信息查询功能，定位信息采集单元实现了户内定位信息获取，并且安设在不同位置的网关设备能够准确的定位用户在室内外以及所处楼层的位置，提高了定位准确性，电子学生证、电信网络基站和定位卫星实现了户外定位信息获取，提高了系统定位的准确性和实用性。
一种便捷定位系统的户外工作方法，包括如下步骤：
用户进入户外环境，卫星定位模块转换为待机模式，RFID模块转换为关闭模式；
若电子学生证收到移动终端发出的定位查询指令，卫星定位模块转换为正常模式，电子学生证获取定位卫星发送的户外定位信息和用户的体质监测信息；
电子学生证将户外定位信息和体质监测信息通过电信网络基站上传至云端数据中心，卫星定位模块转换为待机模式；
云端数据中心将户外定位信息和体质监测信息发送至移动终端。
一种便捷定位系统的户内工作方法，包括如下步骤：
用户进入户内环境，RFID模块转换为待机模式，卫星定位模块转换为关闭模式；
若RFID模块被定位信息采集单元中的任一RFID网关触发转换为正常模式，该RFID网关获取RFID模块发送的户内定位信息和体质监测信息；
RFID网关将户内定位信息和体质监测信息上传至云端数据中心，RFID模块转换为待机模式。
本发明的有益效果为：
本发明的户内、户外工作方法提供了适用于户内场景和户外场景的定位方法，并且根据场景的变化自动切换模式，降低了系统的功耗，延长电子学生证待机时长，提高了对环境的适用性。
本发明的其他有益效果将在具体实施方式中进一步进行说明。
附图说明
图1是本发明中电子学生证的结构框图。
图2是本发明中自动切换模式的便捷定位系统的结构示意图。
图3是本发明中便捷定位系统的户外工作方法流程框图。
图4是本发明中便捷定位系统的户内工作方法流程框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种电子学生证，包括结构为腕带组件的固定模块，以及设置在固定模块外部的卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块、存储模块和人机交互模块，控制模块分别与卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、存储模块以及人机交互模块通信连接，卫星定位模块通信连接有外部的定位卫星，电信无线通讯模块通过电信网络基站通信连接有外部的云端数据中心，RFID模块通信连接有外部的定位信息采集单元，NFC模块通信连接有外部的NFC读取设备，固定模块与用户固定连接，且固定模块与用户的接触部分设置有体质传感器模块的检测端；
腕带组件结构的固定模块与用户固定连接，保证了电子学生证的便捷携带，避免了丢失的情况发生，卫星定位模块在户外场景接收定位卫星发送的卫星信号，生成对应的户外定位信息，并使用电信无线通讯模块通过电信网络基站传送至外部的云端数据中心，RFID模块向安设在户内场景的定位信息采集单元发送户内定位信息，实现移动无线通话网络和校园RFID无线感知网的自动切换，降低电子学生证的网络流量使用成本，体质传感器模块采集用户的体质监测信息，增强体质监测维度和密度，守护学生安全和健康，蓝牙模块提供蓝牙设备连接功能，外部的NFC读取设备读取NFC模块的信号，实现考勤、身份识别以及消费功能，控制模块接收并分析处理卫星信号、定位查询指令、RFID射频信号、NFC信号以及体质监测数据等信号和数据，生成对应的户外定位信息、户内定位信息和体质监测信息等，并通过对应的电信无线通讯模块和RFID网关上传至外部的云端数据中心进行储存；
电信无线通信模块ESIM通过电信网络实现空中写号，避免了电子学生证更换SIM卡的繁琐和故障，采用ESIM技术的电子学生证可在任意电信网络覆盖的地方接入电信(2G/3G/4G)网络，实现与互联网数据的传输和语音通话功能，电信网络也可以根据管理进行后台设置，根据RFID网关的工作状态，实现电信无线通信模块的开关自动切换；电子学生证内置13.56M独立无源NFC通讯模组，无论电子学生证处于有电或无电状态，均不影响电子学生证刷卡消费或刷卡开门等一卡通的应用。
作为优选，体质传感器模块包括均与控制模块通信连接的加速度传感器、体温传感器、心率传感器以及血氧传感器，体温传感器的检测端、心率传感器的检测端以及血氧传感器的检测端均设置于固定模块与用户的接触部分；
加速度传感器采集用户的运动加速度数据，体温传感器采集用户的体温数据，心率传感器采集用户的心率数据，血氧传感器采集用户的血氧数据，合并为用户的体质监测信息上传至外部的云端数据中心。
作为优选，人机交互模块包括均与控制模块通信连接的低功耗显示屏、震动马达、蜂鸣器以及麦克风，人机交互模块实现人机交互，同时满足蜂鸣器和麦克风实现电子学生证与移动终端的语音通话功能。
作为优选，电子学生证还包括电源模块和电源管理模块，电源管理模块与控制模块通信连接，电源模块分别与电源管理模块、卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块和人机交互模块电性连接，且电源模块为可充电电池，为设备提供正常工作电压，并且电源管理模块控制和检测电源模块的电量和工作情况，基于电子学生证的低功耗，使得电子学生证可充电电池(例如容量200mah)在充满一次电之后，待机时间在15天以上，正常佩戴使用在一周以上；
本发明提供的电子学生证提供腕带组件的固定模块，与用户固定连接，便于携带，卫星定位模块、电信无线通讯模块以及RFID模块提供了多种定位方式，提高了定位的准确性、对户外户内环境的适应性以及电子学生证的实用性，可充电的电源模块降低了周期性换电池的使用成本，体质传感器模块、蓝牙模块以及NFC模块提供了体质检测、蓝牙连接以及NFC读卡的多种功能。
实施例2：
如图2所示，本实施例在实施例1的基础上，提供一种自动切换模式的便捷定位系统，包括电子学生证，还包括云端数据中心和定位信息采集单元，电子学生证与定位信息采集单元通信连接，且电子学生证通信连接有外部的电信网络基站和定位卫星，定位信息采集单元与云端数据中心通信连接，云端数据中心通信连接有外部的电信网络基站、移动终端以及管理中心；
定位信息采集单元，用于接收电子学生证发送的户内定位信息和体质监测信息，并将户内定位信息和体质监测信息发送至云端数据中心；电子学生证，用于在户内环境生成户内定位信息和体质监测信息，并将户内定位信息和体质监测信息发送至定位信息采集单元，在户外环境生成户外定位信息和体质监测信息，并将户外定位信息和体质监测信息发送至云端数据中心；通过电信网络与移动终端实现通话功能，并实现考勤、身份识别以及消费功能；云端数据中心，用于对自动定位信息、户外定位信息以及体质监测信息进行存储、分析和处理，并向移动终端和管理中心提供查询功能；电信网络基站，用于传输电信网络信号，实现电信网络的语音通话和数据传输；移动终端，用于查询电子学生证的定位信息和体质监测信息；管理中心，用于查询和管理电子学生证的各项信息。
作为优选，定位信息采集单元包括均与电子学生证通信连接的家居RFID网关和校内RFID网关组，家居RFID网关与云端数据中心通信连接，且家居RFID网关设置于用户的住宅内部，校内RFID网关组包括若干校内RFID网关，若干校内RFID网关均与云端数据中心通信连接，且若干校内RFID网关均设置于学校内部；校内RFID网关组包括均与电子学生证通信连接的校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关，校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关均与云端数据中心通信连接，校门RFID网关设置于学校的校门处，教室门RFID网关设置于学校的教室门处，楼宇门RFID网关设置于学校的楼宇门处，室外RFID网关设置于学校的室外，家居RFID网关、校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关用于获取用户的户内定位信息，并且精确到具体的室内、室外、楼层和教室，提高了定位的准确性。
本发明提供的自动切换模式的便捷定位系统，提供了语音通话功能和定位信息查询功能，定位信息采集单元实现了户内定位信息获取，并且安设在不同位置的网关设备能够准确的定位用户在室内外以及所处楼层的位置，提高了定位准确性，电子学生证、电信网络基站和定位卫星实现了户外定位信息获取，提高了系统定位的准确性和实用性。
实施例3：
如图3所示，本实施例在实施例2的基础上，提供一种便捷定位系统的户外工作方法，包括如下步骤：
用户进入户外环境，卫星定位模块转换为待机模式，RFID模块转换为关闭模式；
卫星定位模块默认处于低功耗的待机模式，当移动终端查询电子学生证用户的位置信息时，云端数据中心首先查询RFID网关实时连接电子学生证的数据库，并将实时的户内定位信息和体质监测信息发送至移动终端；如果查询电子学生证离线或者无最近的户内定位信息，则云端数据中心通过电信网络发送定位查询指令至电子学生证；
若电子学生证收到移动终端发出的定位查询指令，卫星定位模块转换为正常模式，电子学生证获取定位卫星发送的户外定位信息和用户的体质监测信息；
电子学生证将户外定位信息和体质监测信息通过电信网络基站上传至云端数据中心，信息传输结束后或离开户内场景后，电子学生证接收不到RFID网关的信号时，卫星定位模块转换为待机模式；
云端数据中心将户外定位信息和体质监测信息发送至移动终端。
实施例4：
如图4所示，本实施例在实施例2的基础上，提供一种便捷定位系统的户内工作方法，包括如下步骤：
用户进入户内环境，RFID模块转换为待机模式，卫星定位模块转换为关闭模式；
电子学生证和RFID网关都是采用2.4G HZ无线射频通信的装置，并且在2.4G HZ射频通信中复合了125K HZ射频模块，组成了2.4G+125K的双频RFID通信网络，即RFID模块为双频RFID模块，由于125K HZ射频信号的边界准确性和传输可靠性，在装置中作为触发2.4GHZ射频信号工作的开关，双频RFID模块处于低功耗的待机状态，当电子学生证进入家门或校门时，被RFID网关中的125K信号触发后，电子学生证的2.4G频段开始工作并和RFID网关的2.4G信号建立连接后上传数据，此时系统的云端数据中心下达指令给电子学生证切换卫星定位模块为关闭模式，并自动按用户设置关闭电信网络通信功能；
若RFID模块被定位信息采集单元中的任一RFID网关触发转换为正常模式，该RFID网关获取RFID模块发送的户内定位信息和体质监测信息；
在校园中、校门、楼门、楼梯口、礼堂门、食堂门、教室门以及办公室门等人员出入口设置双频RFID网关，实现电子学生证佩戴用户在校内的实时低功耗RFID定位，当用户通过某一出入口时，被出入口安装的双频RFID网关装置里125K低频信号触发后，RFID模块由待机模式切换为正常模式，实现电子学生证准确识别校内外边界，准确识别所在教室或楼内区域；
RFID网关将户内定位信息和体质监测信息上传至云端数据中心，RFID模块转换为待机模式；
当用户进入另一个出入口时，被新的RFID网关装置125K低频触发正常模式，重复上述步骤，直至恢复为待机模式；
当移动终端查询电子学生证的户内定位信息时，云端数据中心将户外定位信息和体质监测信息发送至移动终端；
在待机模式下，电子学生证只保持和最后一次触发的RFID网关装置保持2.4G低功耗通信，云端数据中心以电子学生证实时与其保持通信的RFID网关装置在校园所在的位置作为户内定位信息，从而实现电子学生证在校园内不同区域的低功耗定位。
本发明的户内、户外工作方法提供了适用于户内场景和户外场景的定位方法，并且根据场景的变化自动切换模式，降低了系统的功耗，延长电子学生证待机时长，提高了对环境的适用性。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种电子学生证，其特征在于：包括固定模块，以及设置在固定模块外部的卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块、存储模块和人机交互模块；
所述的控制模块分别与卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、存储模块以及人机交互模块通信连接，所述的卫星定位模块通信连接有外部的定位卫星，所述的电信无线通讯模块通过电信网络基站通信连接有外部的云端数据中心，所述的RFID模块通信连接有外部的定位信息采集单元，所述的NFC模块通信连接有外部的NFC读取设备，所述的固定模块与用户固定连接，且固定模块与用户的接触部分设置有体质传感器模块的检测端。
2.根据权利要求1所述的电子学生证，其特征在于：所述的体质传感器模块包括均与控制模块通信连接的加速度传感器、体温传感器、心率传感器以及血氧传感器，所述的体温传感器的检测端、心率传感器的检测端以及血氧传感器的检测端均设置于固定模块与用户的接触部分。
3.根据权利要求1所述的电子学生证，其特征在于：所述的人机交互模块包括均与控制模块通信连接的低功耗显示屏、震动马达、蜂鸣器以及麦克风。
4.根据权利要求1所述的电子学生证，其特征在于：所述的电子学生证还包括电源模块和电源管理模块，所述的电源管理模块与控制模块通信连接，所述的电源模块分别与电源管理模块、卫星定位模块、电信无线通讯模块、RFID模块、体质传感器模块、蓝牙模块、NFC模块、控制模块和人机交互模块电性连接，且电源模块为可充电电池。
5.根据权利要求1所述的自动切换模式的便捷定位系统，其特征在于：所述的固定模块为腕带组件。
6.一种自动切换模式的便捷定位系统，包括如权利要求1-5任一所述的电子学生证，其特征在于：还包括云端数据中心和定位信息采集单元，所述的电子学生证与定位信息采集单元通信连接，且电子学生证通信连接有外部的电信网络基站和定位卫星，所述的定位信息采集单元与云端数据中心通信连接，所述的云端数据中心通信连接有外部的电信网络基站、移动终端以及管理中心。
7.根据权利要求6所述的自动切换模式的便捷定位系统，其特征在于：所述的定位信息采集单元包括均与电子学生证通信连接的家居RFID网关和校内RFID网关组，所述的家居RFID网关与云端数据中心通信连接，且家居RFID网关设置于用户的住宅内部，所述的校内RFID网关组包括若干校内RFID网关，若干所述的校内RFID网关均与云端数据中心通信连接，且若干校内RFID网关均设置于学校内部。
8.根据权利要求7所述的自动切换模式的便捷定位系统，其特征在于：所述的校内RFID网关组包括均与电子学生证通信连接的校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关，所述的校门RFID网关、教室门RFID网关、楼宇门RFID网关以及室外RFID网关均与云端数据中心通信连接，所述的校门RFID网关设置于学校的校门处，所述的教室门RFID网关设置于学校的教室门处，所述的楼宇门RFID网关设置于学校的楼宇门处，所述的室外RFID网关设置于学校的室外。
9.一种基于如权利要求6-8任一所述的便捷定位系统的户外工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
用户进入户外环境，卫星定位模块转换为待机模式，RFID模块转换为关闭模式；
若电子学生证收到移动终端发出的定位查询指令，卫星定位模块转换为正常模式，电子学生证获取定位卫星发送的户外定位信息和用户的体质监测信息；
电子学生证将户外定位信息和体质监测信息通过电信网络基站上传至云端数据中心，卫星定位模块转换为待机模式；
云端数据中心将户外定位信息和体质监测信息发送至移动终端。
10.一种基于如权利要求7-8任一所述的便捷定位系统的户内工作方法，其特征在于：包括如下步骤：
用户进入户内环境，RFID模块转换为待机模式，卫星定位模块转换为关闭模式；
若RFID模块被定位信息采集单元中的任一RFID网关触发转换为正常模式，该RFID网关获取RFID模块发送的户内定位信息和体质监测信息；
RFID网关将户内定位信息和体质监测信息上传至云端数据中心，RFID模块转换为待机模式。
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