CN114827903A - 一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法及系统，包括：在目标区域部署节点和基站；基于第一信道和第二信道对目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的定位节点进行分组，得到多个节点组；对第一个节点组进行定位，得到第一组的定位位置；对第二个节点组至最后一个节点组依次进行定位，得到各个节点组的定位位置；当最后一个节点组定位完成后，重新对第一个节点组进行定位；当对第一个节点组进行5次定位后，由心跳节点发出搜寻帧，若定位节点的数量或ID发生变化，则重新对定位节点进行分组。本发明将节点分组后以组为单位进行定位测距，通过组内分配信道实现了信道复用，提高了定位的效率和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域，特别是涉及一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法及系统。
背景技术
当前市场上，全球定位系统(Global Positioning System，GPS)、北斗等卫星定位系统是最常见的定位监测解决方案，但是卫星定位面对室内等场景有先天缺陷，无法实现室内监测，因此室内定位监测市场仍有巨大缺口等待填补。我们发现面对这样的卫星拒止场景，使用LoRa SX1280实现定位有诸多优势。
LoRa基于扩频技术，是一种实现无线通信长距离传输的解决方案。作为一种新兴的定位技术，LoRa的特别性在于只要终端节点与网络通信，就可以得到地理位置数据，对物料清单和功耗几乎没有任何影响。基于LoRa的定位系统可以工作在室外和室内，精度取决于地形和基站密度。在集成了蓝牙、WI-FI、ZigBee等定位方式的众多优点之上，LoRa定位技术同时具有最低功耗、最低成本、最小尺寸、最低环境影响等优良特性。
而SX1280作为一款新推出的LoRa定位模块，是一颗低功耗、远距离的2.4GHz无线收发芯片，其灵敏度远超同类2.4GHz射频芯片，芯片功耗也达到了业界同类芯片的领先水平。SX1280具有LoRa通信模式和LoRa测距引擎，其测距距离远精度高，操作方便，且SX1280硬件系统简单，外围器件少成本低。从芯片性能、系统成本、特有功能来说，SX1280十分适合用来搭建定位系统。
但SX1280当前定位方法无法做到信道复用，每次测距都会使用40个信道，信道利用率不高，多节点定位时仅能采用时分复用方式，定位容量低，不适合应用在大规模的使用场景。
结合LoRa点对点测距的特性，我们发现应用多边定位算法搭建定位系统是一种非常可行的方案。多边定位算法是一种搭建简单的定位算法，具体实现内容如下：分别以已知位置的多个定位基站为圆心，以到定位节点的距离为半径作圆。所得的各个圆估算的交点为定位节点位置。
综上，可以看出，利用LoRa SX1280并使用多边定位算法搭建的定位系统可以很好的满足卫星拒止定位场景的应用。但是当前的定位方法无法做到信道复用，定位容量和使用效率等问题还有待改善，针对这一问题去提高定位容量，搭建一套高效的定位方法需求紧迫。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，包括：
在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；
基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；
对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；
对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。
优选地，所述基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组，包括：
通过所述终端设备发送开始指令；所述开始指令通过数据链传输至所述心跳节点；
当所述心跳节点在所述开始指令中匹配到所述心跳节点的ID后，由所述心跳节点通过所述第一信道发送搜寻帧，以搜寻所述目标区域存在的所述定位节点；
当各个所述定位节点接收到所述搜寻帧后，由所述定位节点通过所述第二信道发送响应帧至所述心跳节点；所述响应帧中包括有所述心跳节点的ID；
经过预设检测时间后，由所述心跳节点将检测到的所述心跳节点进行分组，得到多个所述节点组；所述节点组中的心跳节点的数量小于或等于4。
优选地，所述对第一个所述节点组进行定位，具体包括：
基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧；
根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距；所述节点组的各个节点使用不同的信道对所述定位基站进行握手和测距；
每个节点完成测距后，将所述节点组的各个节点进入所述LoRa通信模式；每个所述节点组的各个节点通过各自的信道向所述心跳节点发送回复帧；
基于所述心跳节点，根据所述回复帧确定测距结果，并将所述测距结果发送至所述终端设备；
基于所述终端设备，根据多边定位算法对所述测距结果进行处理，得到所述第一组的定位位置。
优选地，所述基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧，包括：
由所述心跳节点通过所述第一信道发送所述广播帧；所述广播帧包括所述节点组中第一节点、第二节点、第三节点和第四节点的测距指令。
优选地，所述根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距，包括：
由所述第一定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第一定位节点在所述测距指令中匹配到所述第一定位节点的ID，则令所述第一定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；所述预设数据包包括心跳节点ID、匹配的定位节点ID和定位所匹配的定位基站ID；
利用第三信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第四信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第二定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第二定位节点在所述测距指令中匹配到所述第二定位节点的ID，则令所述第二定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第五信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第六信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第三定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第三定位节点在所述测距指令中匹配到所述第三定位节点的ID，则令所述第三定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第七信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第八信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第四定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第四定位节点在所述测距指令中匹配到所述第四定位节点的ID，则令所述第四定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第九信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第十信道对各个所述定位基站进行测距。
一种基于LoRa SX1280信道复用的定位系统，包括：
部署模块，用于在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；
分组模块，用于基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；
第一定位模块，用于对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；
循环定位模块，用于对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。
优选地，所述分组模块具体包括：
开始单元，用于通过所述终端设备发送开始指令；所述开始指令通过数据链传输至所述心跳节点；
第一搜索单元，用于当所述心跳节点在所述开始指令中匹配到所述心跳节点的ID后，由所述心跳节点通过所述第一信道发送搜寻帧，以搜寻所述目标区域存在的所述定位节点；
第二搜索单元，用于当各个所述定位节点接收到所述搜寻帧后，由所述定位节点通过所述第二信道发送响应帧至所述心跳节点；所述响应帧中包括有所述心跳节点的ID；
分组单元，用于经过预设检测时间后，由所述心跳节点将检测到的所述心跳节点进行分组，得到多个所述节点组；所述节点组中的心跳节点的数量小于或等于4。
优选地，所述第一定位模块具体包括：
广播单元，用于基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧；
测距单元，用于根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距；所述节点组的各个节点使用不同的信道对所述定位基站进行握手和测距；
回复单元，用于每个节点完成测距后，将所述节点组的各个节点进入所述LoRa通信模式；每个所述节点组的各个节点通过各自的信道向所述心跳节点发送回复帧；
确定单元，用于基于所述心跳节点，根据所述回复帧确定测距结果，并将所述测距结果发送至所述终端设备；
处理单元，用于基于所述终端设备，根据多边定位算法对所述测距结果进行处理，得到所述第一组的定位位置。
优选地，所述广播单元具体包括：
广播子单元，用于由所述心跳节点通过所述第一信道发送所述广播帧；所述广播帧包括所述节点组中第一节点、第二节点、第三节点和第四节点的测距指令。
优选地，所述测距单元具体包括：
第一解析子单元，用于由所述第一定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第一定位节点在所述测距指令中匹配到所述第一定位节点的ID，则令所述第一定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；所述预设数据包包括心跳节点ID、匹配的定位节点ID和定位所匹配的定位基站ID；
第一测距子单元，用于利用第三信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第四信道对各个所述定位基站进行测距；
第二解析子单元，用于由所述第二定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第二定位节点在所述测距指令中匹配到所述第二定位节点的ID，则令所述第二定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第二测距子单元，用于利用第五信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第六信道对各个所述定位基站进行测距；
第三解析子单元，用于由所述第三定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第三定位节点在所述测距指令中匹配到所述第三定位节点的ID，则令所述第三定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第三测距子单元，用于利用第七信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第八信道对各个所述定位基站进行测距；
第四解析子单元，用于由所述第四定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第四定位节点在所述测距指令中匹配到所述第四定位节点的ID，则令所述第四定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第四测距子单元，用于利用第九信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第十信道对各个所述定位基站进行测距。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法及系统，所述方法包括：在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。本发明将节点分组后以组为单位进行定位测距，通过组内分配信道实现了信道复用，提高了定位的效率和稳定性。并在具体实施例中，将抗干扰能力强的信道进行功能分类，并分配给各个节点使用，实现了信道复用，大大提高了信道利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的实施例中的定位方法的流程图；
图2为本发明提供的实施例中的结构示意图；
图3为本发明提供的实施例中的开始指令示意图；
图4为本发明提供的实施例中的搜寻帧示意图；
图5为本发明提供的实施例中的响应帧示意图；
图6为本发明提供的实施例中的广播帧示意图；
图7为本发明提供的实施例中的回复帧示意图；
图8为本发明提供的实施例中的分组流程示意图；
图9为本发明提供的实施例中的测距时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
本发明的目的是提供一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法及系统，能够提高定位的效率和稳定性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的实施例中的定位方法的流程图，如图1所示，本发明提供了一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，包括：
步骤100：在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；
步骤200：基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；
步骤300：对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；
步骤400：对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。
图2为本发明提供的实施例中的结构示意图，如图2所示，本实施例中由心跳节点H、定位基站B、定位节点P、数据链D、终端设备T组成，其中具体为：
(1)用于定位的节点和基站由LoRa SX1280模块制作而成。其中包含心跳节点H、定位基站B、定位节点P。定位基站B为测距从节点，定位节点P为测距主节点，心跳节点H用以调度信道复用和传输定位数据。
(2)用于传输的数据链D由HC-12无线通信模块组成。
(3)用于处理数据并显示定位情况的终端设备T由移动终端组成。
本实施例中算法主要包括信道复用机制、调度机制和多边定位算法。
具体的，本实施例中具体信道分配如表1所示：
表1
进一步地，本实施例中的调度机制是令心跳节点充当调度中心，检测区域内定位节点情况(会进行节点分组)，通过LoRa通信模式向定位节点传送调度命令，设定定位节点与定位基站进行串行测距的信道，调度各定位节点对各基站进行测距，定位节点将测距获得的数据传输给心跳节点，心跳节点通过数据链将测距信息传输给终端设备。
注：心跳节点在定位开始前会检测区域内定位节点情况并进行节点分组，具体分组规则如下：
根据定位节点回复响应帧的顺序进行排序并分组(分为组1、组2等组)，每组节点数最多为4个，组内节点分为P1、P2、P3、P4，各组按照顺序轮流测距。
具体的，本实施中的多边定位算法具体为分别以已知位置的4个定位基站B1、B2、B3、B4为圆心，以定位节点到定位基站的距离d1、d2、d3、d4为半径做圆，通过最小二乘法估算得4个圆的交点为C，交点C位置为定位节点位置。本实施例通过多边定位算法来处理测距得来的信息，计算并显示出定位节点的位置。
优选地，所述步骤200包括：
通过所述终端设备发送开始指令；所述开始指令通过数据链传输至所述心跳节点；
当所述心跳节点在所述开始指令中匹配到所述心跳节点的ID后，由所述心跳节点通过所述第一信道发送搜寻帧，以搜寻所述目标区域存在的所述定位节点；
当各个所述定位节点接收到所述搜寻帧后，由所述定位节点通过所述第二信道发送响应帧至所述心跳节点；所述响应帧中包括有所述心跳节点的ID；
经过预设检测时间后，由所述心跳节点将检测到的所述心跳节点进行分组，得到多个所述节点组；所述节点组中的心跳节点的数量小于或等于4。
优选地，所述对第一个所述节点组进行定位，具体包括：
基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧；
根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距；所述节点组的各个节点使用不同的信道对所述定位基站进行握手和测距；
每个节点完成测距后，将所述节点组的各个节点进入所述LoRa通信模式；每个所述节点组的各个节点通过各自的信道向所述心跳节点发送回复帧；
基于所述心跳节点，根据所述回复帧确定测距结果，并将所述测距结果发送至所述终端设备；
基于所述终端设备，根据多边定位算法对所述测距结果进行处理，得到所述第一组的定位位置。
优选地，所述基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧，包括：
由所述心跳节点通过所述第一信道发送所述广播帧；所述广播帧包括所述节点组中第一节点、第二节点、第三节点和第四节点的测距指令。
优选地，所述根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距，包括：
由所述第一定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第一定位节点在所述测距指令中匹配到所述第一定位节点的ID，则令所述第一定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；所述预设数据包包括心跳节点ID、匹配的定位节点ID和定位所匹配的定位基站ID；
利用第三信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第四信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第二定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第二定位节点在所述测距指令中匹配到所述第二定位节点的ID，则令所述第二定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第五信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第六信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第三定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第三定位节点在所述测距指令中匹配到所述第三定位节点的ID，则令所述第三定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第七信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第八信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第四定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第四定位节点在所述测距指令中匹配到所述第四定位节点的ID，则令所述第四定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第九信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第十信道对各个所述定位基站进行测距。
作为一种可选的实施方式，本实施例中的定位方法全流程如下：
(1)首先，先在区域部属好1个心跳节点H、N个定位节点P、M个定位基站B(见图2)。H、P1、P2、P3、P4初始均工作于LoRa通信模式，B1、B2、B3、B4工作于LoRa测距引擎从机模式。
(2)T使用数据链，将开始指令传输到到H。开始指令如图3所示。
(3)H在开始指令中匹配到自身ID后，开始定位流程。H通过信道1发送搜寻帧，搜寻区域内存在的P。搜寻帧如图4所示。
(4)各个P接受到搜寻帧后，发送响应帧通过信道2将自身节点ID传回给H。响应帧如图5所示。
(5)经过30ms检测后，H将检测到的P进行分组，每组节点分为P1、P2、P3、P4。(分组流程见图8)
(6)首先对组1进行定位，H通过信道1发送广播帧，广播帧内包含组1中P1、P2、P3、P4的测距指令。广播帧如图6所示。
(7)P1接收数据包并按照帧格式解析，如果在对应字段匹配到自身ID，则进入LoRa测距引擎主机模式，数据包内包含心跳节点ID、匹配的定位节点ID、定位所匹配的定位基站ID，按照数据包内容，使用信道3，对定位基站1进行握手，握手成功后使用信道4对B1进行测距，测距完成后以相同流程对B2、B3、B4进行测距。P2、P3、P4彼此相隔5ms开始测距，具体测距流程与P1相同。P2使用信道5进行握手，使用信道6进行测距；P3使用信道7进行握手，使用信道8进行测距；P4使用信道9进行握手，使用信道10进行测距(见图9)。
(8)各个P轮询测距完成后，都进入LoRa通信模式，通过各自的通信信道向H发送回复帧。H按照帧格式解析，如果在对应字段匹配到自身ID，则接收数据包，数据包内包含定位节点ID、心跳节点ID、测距结果。回复帧如图7所示。
(9)H通过数据链，将P1、P2、P3、P4测距结果发送至T。
(10)T收到测距结果后使用多边定位算法进行处理，并在APP中显示出定位位置。
(11)上述定位流程完成后，进入下一组P的测距，如果没有下一组P或所有组别已经轮询完毕，则再从组1开始测距(见图3)。
经过5次测距循环后，再次由H发出搜寻帧，检测系统内节点数量，如果节点数量有变则重新对节点进行分组(见图3)。
本实施例中针对LoRa SX1280现有定位流程的局限性，新开创了一套信道复用机制和一套调度机制，设计了一套高效率的定位流程，通过心跳节点对全系统进行调度控制，实现定位系统的扩容和高效运行(时序图见图9)。
本实施例对于信道复用改进点如下：
将抗干扰能力强的信道进行功能分类，并分配给各个节点使用，实现了信道复用，大大提高了信道利用率。
本实施例对于调度机制改进点如下：
(1)心跳节点通过搜寻帧收集区域内定位节点，将节点分组后以组为单位进行定位测距，通过组内分配信道实现了信道复用，提高了定位的效率和稳定性。
(2)心跳节点通过广播帧控制组内定位节点依次对定位基站进行测距，减少了定位基站的空闲时间，信道和基站得到高效利用。
本实施例还提供了一种基于LoRa SX1280信道复用的定位系统，包括：
部署模块，用于在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；
分组模块，用于基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；
第一定位模块，用于对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；
循环定位模块，用于对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。
优选地，所述分组模块具体包括：
开始单元，用于通过所述终端设备发送开始指令；所述开始指令通过数据链传输至所述心跳节点；
第一搜索单元，用于当所述心跳节点在所述开始指令中匹配到所述心跳节点的ID后，由所述心跳节点通过所述第一信道发送搜寻帧，以搜寻所述目标区域存在的所述定位节点；
第二搜索单元，用于当各个所述定位节点接收到所述搜寻帧后，由所述定位节点通过所述第二信道发送响应帧至所述心跳节点；所述响应帧中包括有所述心跳节点的ID；
分组单元，用于经过预设检测时间后，由所述心跳节点将检测到的所述心跳节点进行分组，得到多个所述节点组；所述节点组中的心跳节点的数量小于或等于4。
优选地，所述第一定位模块具体包括：
广播单元，用于基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧；
测距单元，用于根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距；所述节点组的各个节点使用不同的信道对所述定位基站进行握手和测距；
回复单元，用于每个节点完成测距后，将所述节点组的各个节点进入所述LoRa通信模式；每个所述节点组的各个节点通过各自的信道向所述心跳节点发送回复帧；
确定单元，用于基于所述心跳节点，根据所述回复帧确定测距结果，并将所述测距结果发送至所述终端设备；
处理单元，用于基于所述终端设备，根据多边定位算法对所述测距结果进行处理，得到所述第一组的定位位置。
优选地，所述广播单元具体包括：
广播子单元，用于由所述心跳节点通过所述第一信道发送所述广播帧；所述广播帧包括所述节点组中第一节点、第二节点、第三节点和第四节点的测距指令。
优选地，所述测距单元具体包括：
第一解析子单元，用于由所述第一定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第一定位节点在所述测距指令中匹配到所述第一定位节点的ID，则令所述第一定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；所述预设数据包包括心跳节点ID、匹配的定位节点ID和定位所匹配的定位基站ID；
第一测距子单元，用于利用第三信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第四信道对各个所述定位基站进行测距；
第二解析子单元，用于由所述第二定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第二定位节点在所述测距指令中匹配到所述第二定位节点的ID，则令所述第二定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第二测距子单元，用于利用第五信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第六信道对各个所述定位基站进行测距；
第三解析子单元，用于由所述第三定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第三定位节点在所述测距指令中匹配到所述第三定位节点的ID，则令所述第三定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第三测距子单元，用于利用第七信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第八信道对各个所述定位基站进行测距；
第四解析子单元，用于由所述第四定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第四定位节点在所述测距指令中匹配到所述第四定位节点的ID，则令所述第四定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第四测距子单元，用于利用第九信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第十信道对各个所述定位基站进行测距。
本发明的有益效果如下：
本发明通过设置信道复用及节点调度机制，提高了系统定位速度和信道利用率。可以满足室内、室外定位的低功耗、大范围、大容量的定位需求，能够很好的应用在养老院等室内使用场景。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，包括：
在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；
基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；
对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；
对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。
2.根据权利要求1所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，所述基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组，包括：
通过所述终端设备发送开始指令；所述开始指令通过数据链传输至所述心跳节点；
当所述心跳节点在所述开始指令中匹配到所述心跳节点的ID后，由所述心跳节点通过所述第一信道发送搜寻帧，以搜寻所述目标区域存在的所述定位节点；
当各个所述定位节点接收到所述搜寻帧后，由所述定位节点通过所述第二信道发送响应帧至所述心跳节点；所述响应帧中包括有所述心跳节点的ID；
经过预设检测时间后，由所述心跳节点将检测到的所述心跳节点进行分组，得到多个所述节点组；所述节点组中的心跳节点的数量小于或等于4。
3.根据权利要求1所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，所述对第一个所述节点组进行定位，具体包括：
基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧；
根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距；所述节点组的各个节点使用不同的信道对所述定位基站进行握手和测距；
每个节点完成测距后，将所述节点组的各个节点进入所述LoRa通信模式；每个所述节点组的各个节点通过各自的信道向所述心跳节点发送回复帧；
基于所述心跳节点，根据所述回复帧确定测距结果，并将所述测距结果发送至所述终端设备；
基于所述终端设备，根据多边定位算法对所述测距结果进行处理，得到所述第一组的定位位置。
4.根据权利要求3所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，所述基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧，包括：
由所述心跳节点通过所述第一信道发送所述广播帧；所述广播帧包括所述节点组中第一节点、第二节点、第三节点和第四节点的测距指令。
5.根据权利要求4所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，所述根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距，包括：
由所述第一定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第一定位节点在所述测距指令中匹配到所述第一定位节点的ID，则令所述第一定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；所述预设数据包包括心跳节点ID、匹配的定位节点ID和定位所匹配的定位基站ID；
利用第三信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第四信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第二定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第二定位节点在所述测距指令中匹配到所述第二定位节点的ID，则令所述第二定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第五信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第六信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第三定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第三定位节点在所述测距指令中匹配到所述第三定位节点的ID，则令所述第三定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第七信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第八信道对各个所述定位基站进行测距；
由所述第四定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第四定位节点在所述测距指令中匹配到所述第四定位节点的ID，则令所述第四定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
利用第九信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第十信道对各个所述定位基站进行测距。
6.一种基于LoRa SX1280信道复用的定位系统，其特征在于，包括：
部署模块，用于在目标区域部署心跳节点、多个定位节点和多个定位基站；所述心跳节点和所述定位节点工作于LoRa通信模式下；所述定位基站工作于LoRa测距引擎从机模式下；
分组模块，用于基于第一信道和第二信道，利用终端设备和所述心跳节点对所述目标区域中的定位节点进行搜索检测，并对搜索检测到的所述定位节点进行分组，得到多个节点组；
第一定位模块，用于对第一个所述节点组进行定位，得到第一组的定位位置；
循环定位模块，用于对第二个所述节点组至最后一个所述节点组依次进行定位，得到各个所述节点组的定位位置；当最后一个所述节点组定位完成后，重新对第一个所述节点组进行定位；当对第一个所述节点组进行5次定位后，由所述心跳节点发出搜寻帧，以对所述目标区域内的所述定位节点的数量进行搜索检测，若所述定位节点的数量或者ID发生变化，则重新对所述定位节点进行分组。
7.根据权利要求6所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位系统，其特征在于，所述分组模块具体包括：
开始单元，用于通过所述终端设备发送开始指令；所述开始指令通过数据链传输至所述心跳节点；
第一搜索单元，用于当所述心跳节点在所述开始指令中匹配到所述心跳节点的ID后，由所述心跳节点通过所述第一信道发送搜寻帧，以搜寻所述目标区域存在的所述定位节点；
第二搜索单元，用于当各个所述定位节点接收到所述搜寻帧后，由所述定位节点通过所述第二信道发送响应帧至所述心跳节点；所述响应帧中包括有所述心跳节点的ID；
分组单元，用于经过预设检测时间后，由所述心跳节点将检测到的所述心跳节点进行分组，得到多个所述节点组；所述节点组中的心跳节点的数量小于或等于4。
8.根据权利要求6所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位系统，其特征在于，所述第一定位模块具体包括：
广播单元，用于基于所述第一信道，利用所述心跳节点向第一个所述节点组的各个节点所述发送广播帧；
测距单元，用于根据第一个所述节点组的各个节点对所述定位基站进行轮询测距；所述节点组的各个节点使用不同的信道对所述定位基站进行握手和测距；
回复单元，用于每个节点完成测距后，将所述节点组的各个节点进入所述LoRa通信模式；每个所述节点组的各个节点通过各自的信道向所述心跳节点发送回复帧；
确定单元，用于基于所述心跳节点，根据所述回复帧确定测距结果，并将所述测距结果发送至所述终端设备；
处理单元，用于基于所述终端设备，根据多边定位算法对所述测距结果进行处理，得到所述第一组的定位位置。
9.根据权利要求8所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，所述广播单元具体包括：
广播子单元，用于由所述心跳节点通过所述第一信道发送所述广播帧；所述广播帧包括所述节点组中第一节点、第二节点、第三节点和第四节点的测距指令。
10.根据权利要求9所述的基于LoRa SX1280信道复用的定位方法，其特征在于，所述测距单元具体包括：
第一解析子单元，用于由所述第一定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第一定位节点在所述测距指令中匹配到所述第一定位节点的ID，则令所述第一定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；所述预设数据包包括心跳节点ID、匹配的定位节点ID和定位所匹配的定位基站ID；
第一测距子单元，用于利用第三信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第四信道对各个所述定位基站进行测距；
第二解析子单元，用于由所述第二定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第二定位节点在所述测距指令中匹配到所述第二定位节点的ID，则令所述第二定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第二测距子单元，用于利用第五信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第六信道对各个所述定位基站进行测距；
第三解析子单元，用于由所述第三定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第三定位节点在所述测距指令中匹配到所述第三定位节点的ID，则令所述第三定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第三测距子单元，用于利用第七信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第八信道对各个所述定位基站进行测距；
第四解析子单元，用于由所述第四定位节点接收预设数据包并按照帧格式进行解析，若所述第四定位节点在所述测距指令中匹配到所述第四定位节点的ID，则令所述第四定位节点进行LoRa测距引擎主机模式；
第四测距子单元，用于利用第九信道依次对各个所述定位基站进行握手，当握手成功后利用第十信道对各个所述定位基站进行测距。
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