CN201828670U - 一种室内外精细导航手持终端设备 - Google Patents
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Abstract
一种室内外精细导航手持终端设备，包括微处理器、SDRAM存储器、FLASH存储器组成的最小运算/控制系统，该系统外接按键/触摸输入单元、LCD显示单元、外置存储单元、GPS接收单元、射频通信单元、WIFI网络通信单元、模数转换单元，模数转换单元接运算放大单元，运算放大单元接三轴加速度传感器、三轴倾角传感器，本设备还包括电源管理单元；在GPS信号覆盖的区域内利用GPS信号定位提供高精度的导航服务，当进入到室内等GPS信号盲区时采用物联网中的射频技术辅助加速度传感器和倾角传感器定位从而提供室内的地理位置导航服务，同时该终端设备利用射频通信单元可接收射频标识的广播信息，为用户提供所处位置周围相关的信息导航服务。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于室内外的精细导航设备，更具体地说，涉及一种采用GPS卫星、加速度传感器、倾角传感器和物联网技术相结合，实现室内外地理信息导航和即时数据信息导航相结合的精细导航设备。
背景技术
全球卫星定位系统(Global Position System，GPS)是由美国国防部于20世纪70年代开始研制，1994年全面建成的具有海陆空全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统，该系统可提供全球、全天候、高精度、自动化的导航定位服务。进入21世纪后GPS的应用不断普及，目前GPS已被广泛应用于各行各业，基于GPS系统的各种导航设备也相应产生，如手持GPS、车载GPS等。与此同时美国政府在2000年取消了GPS系统的选择可用性(SelectiveAvailability，SA)政策，这意味着基于GPS的导航设备会为用户提供更高精度的导航服务。然而，由于GPS系统卫星信号的频段属于超高频(UHF)，具有直线传播的特点，易被建筑物墙体所阻挡，造成在室内、地下通道等区域无法接受到GPS卫星信号，形成GPS信号盲区，致使现有基于GPS的导航设备在这些区域无法正常提供导航服务。
现有的地理信息查询系统如Google地图缺乏区域的详细信息，信息更新周期长，而且无法显示建筑物内部的空间结构和信息，已经无法满足人们对地理位置的精确导航以及信息广泛性和即时性的需求。
目前，随着电子技术、微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)等技术的飞速发展，各种微型化、低功耗、高精度的传感器已研制出来，利用加速度传感器、倾角传感器等MEMS器件可以精确获得设备时姿态、加速度信息，不受信号盲区的限制。利用MEMS器件获得的信息，辅助物联网技术修正传感器数据的累积误差，即可实现脱离GPS信号的精细导航。
发明内容
针对上述情况，本实用新型提供了一种室内外精细导航手持终端设备，该设备工作过程中使用的地理信息(电子地图)存储在设备的外置存储单元(微型硬盘、SD卡等外置非易失性存储器)中，方便用户随时手动更新电子地图；当该终端设备进入电子地图信息不完整区域可开启WIFI网络通信单元的通信功能，更新/细化外置存储单元中的电子地图。本实用新型更新电子地图的方法不限于以上两种方式，终端设备还可扩展GPRS通信单元，通过GPRS访问更新电子地图信息。
本实用新型所采用的具体技术方案是：包括微处理器、SDRAM存储器、FLASH存储器、按键/触摸输入单元、LCD显示单元、外置存储单元、GPS接收单元、射频通信单元、WIFI网络通信单元、三轴加速度传感器、三轴倾角传感器、运算放大单元、模数转换单元以及电源管理单元；其中微处理器与SDRAM存储器、FLASH存储器构成最小运算/控制系统；最小运算/控制系统外连接LCD显示单元、按键/触摸输入单元、接收GPS卫星信号的GPS接收单元、射频通信单元、更新/细化电子地图信息的WIFI网络通信单元、用于存储电子地图信息的外置存储单元、以及将三轴倾角传感器和三轴加速度传感器输出的模拟量转换为数字量模数转换单元；所述的模数转换单元模拟输入端与运算放大单元连接，运算放大器输入端连接三轴倾角传感器和三轴加速度传感器。
所述的最小运算/控制系统控制GPS接收单元、三轴加速度传感器、三轴倾角传感器、射频通信单元，根据设备所处的不同位置，使能相应单元，获取足够的定位信息，经过运算处理后形成用户所需的导航信息，并显示给用户。所述的LCD显示单元，以图形的形式向用户提供导航信息(括二维、三维地图)，并与按键、触摸输入单元共同实现人机交互，为用户提供控制接口；所述的按键、触摸输入单元，用于用户输入导航目标、系统设置等控制信息；所述的GPS接收单元，接收GPS卫星信号，在GPS信号覆盖区域提供定位与速度信息；所述的射频通信单元，通过获取射频标识提供的信息确定导航设备所处环境(室内/室外)，也可获得射频标识的广播信息，为用户提供所处位置周围相关的信息导航服务。在室内环境中通过获取射频标识提供的信息还可用于修正传感器的累积误差，提高导航精度；所述的WIFI网络通信单元，当导航设备进入具体区域时可通过WIFI网络通信单元连接到该区域的局域网，更新/细化电子地图信息；所述的外置存储单元，用于存储电子地图等信息，方便用户更新；所述的模数转换单元，将三轴倾角传感器和三轴加速度传感器输出的模拟量转换为数字量。模数转换单元模拟输入端与运算放大器连接，运算放大器输入端连接三轴倾角传感器和三轴加速度传感器，用于对传感器的输出信号放大。三轴倾角传感器用于获取设备姿态信息，三轴加速度传感器用于获取设备加速度信息，姿态和加速度量经运算后在GPS信号盲区为设备提供位置信息，实现无GPS信号的精确导航。
本实用新型的有益效果是：在GPS信号覆盖的区域内利用GPS信号定位提供高精度的导航服务，当进入到室内等GPS信号盲区时采用物联网中的射频技术辅助加速度传感器和倾角传感器定位从而提供室内的地理位置导航服务，同时该终端设备利用射频通信单元可接收射频标识的广播信息，为用户提供所处位置周围相关的信息导航服务如：附近商店打折，旅游景点，办公室内部有关的人员、职能工作和当前状态等信息。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1：本实用新型的硬件结构框图；
图2：本实用新型的工作流程图；
具体实施方式
下面结合图1说明该导航手持终端设备具体实施方式。该室内外精确导航设包括：微处理器1、SDRAM 2存储器、FLASH 3存储器、按键/触摸输入单元4、LCD显示单元5、外置存储单元6、GPS接收单元7、射频通信单元8、WIFI网络通信单元9、三轴加速度传感器10、三轴倾角传感器11、运算放大单元12、模数转换单元13以及电源管理单元14。其中微处理器1与SDRAM 2存储器、FLASH3存储器构成最小运算/控制系统，FLASH 3存储器为非易失性存储器，用于存放系统运行所需的程序和重要数据(系统、用户配置信息)，保证掉电程序和数据都不会丢失；SDRAM 2存储器用于存放系统运行时的程序和数据，掉电后该部分程序和数据会丢失。该导航设备所有数据的运算和外围模块的控制都由最小运算/控制系统来完成。该导航设备具体功能实现方法如下：
当用户首次开启本实施例设备时，系统首先执行初始化程序，初始化结束后从外置存储单元6载入电子地图信息，这时用户可以根据需要设置导航目标或定位。
在户外GPS 接收单元7能接收到GPS信号的区域，设备利用GPS接收单元7接收到的定位信息确定当前位置，并通过计算处理获得当前位置信息，同时从外置存储单元中读取电子地图信息，根据用户设定的导航目的地与当前位置计算导航路径，当前位置信息、导航路径和电子地图通过LCD显示单元5显示给用户。GPS接收单元7输出的信息也包括设备当前移动速度，当前速度信息可根据用户需要选择是否显示。
当本实施例设备欲进入室内或地下通道等GPS信号盲区时，射频通信单元8接收到入口处射频标识的广播信号，这时GPS接收单元7进入休眠模式，导航手持终端设备进入到室内导航模式。
在室内导航模式下本实施例启动三轴加速度传感器10和三轴倾角传感器11，三轴倾角传感器11可实时测量设备在X、Y、Z方向的运动姿态，三轴加速度传感器10可实时测量设备在X、Y、Z三个方向上的加速度，三轴加速度传感器10和三轴倾角传感器9输出的信号都为模拟量，经过运算放大单元12放大后送到模数转换单元13，由模数转换单元13将放大后的模拟量转换为数字量，并送到微处理器。
在室内导航模式下，本实施例通过三轴倾角传感器11获得设备当前在X、Y、Z三个方向的运动姿态，即设备与地平面的倾角关系α、β、γ，同时通过三轴加速度传感器10获得设备当前在X、Y、Z三个方向上的加速度ax、ay、az，处理器将ax按α、β、γ分解到X、Y、Z三个方向，得到axX、axY、axZ，同理得到另两个方向加速度的分量ayX、ayY、ayZ和ayX、ayY、ayZ，将ax、ay、az在三个方向的加速分量求和即可得到导航设备相对地平面的加速度aX、aY、aZ，由于受到重力的作用，aZ的值是导航设备在Z轴上的加速度与重力加速度g的和，所以应该将aZ减去重力加速度，才能得到导航设备在Z轴上的实际加速度。通过aX、aY、aZ和进入室内前最后一次GPS接收单元7输出的速度信息与设备当前实际的加速度值迭代，实时计算出设备移动速度，并根据该速度计算位移量，实现室内的定位导航。
在室内导航模式下本实施例设备可利用射频通信单元8接收射频标识信息修正传感器的累积误差，提高导航精度。
本实施例导航手持终端设备的射频通信单元8还可以接收射频标识的广播信息，为用户提供周围相关信息导航服务，用户还可以点击地图上的标识，通过射频通信单元8向射频标识发送请求即时获得具体信息，如旅游景点的详细介绍，办公室内部有关时人员、职能工作和当前状态等信息。
本实施例导航手持终端设备的地图信息存在外置存储单元6中，该外置存储单元可以是微型硬盘、SD卡或其他非易失性外置存储设备，这样用户可以通过计算机联网方便地更新电子地图。当导航设备进入具体区域时可通过WIFI网络通信单元连接到该区域的局域网，更新/细化外置存储单元6中的电子地图信息。
电源管理单元13在设备工作过程中为设备提供所需能源，同时智能地管理各个模块的电源，关闭暂时不工作模块的电源，以节能提高设备续航能力。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种室内外精细导航手持终端设备，其特征在于：包括微处理器(1)、SDRAM(2)存储器、FLASH(3)存储器、按键/触摸输入单元(4)、LCD显示单元(5)、外置存储单元(6)、GPS接收单元(7)、射频通信单元(8)、WIFI网络通信单元(9)、三轴加速度传感器(10)、三轴倾角传感器(11)、运算放大单元(12)、模数转换单元(13)以及电源管理单元(14)；其中微处理器(1)与SDRAM(2)存储器、FLASH(3)存储器构成最小运算/控制系统；最小运算/控制系统外连接LCD显示单元(5)、按键/触摸输入单元(4)、接收GPS卫星信号的GPS接收单元(7)、射频通信单元(8)、更新/细化电子地图信息的WIFI网络通信单元(9)、用于存储电子地图信息的外置存储单元(6)、以及将三轴倾角传感器和三轴加速度传感器输出的模拟量转换为数字量模数转换单元(13)；所述的模数转换单元(13)模拟输入端与运算放大单元(12)连接，运算放大器(12)输入端连接三轴倾角传感器(11)和三轴加速度传感器(10)。
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