CN202770447U - 室内智能定位导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及导航技术领域，公开了室内智能定位导航系统，其包括导航终端和具有唯一标识编码的无线信号发射节点，导航终端包括：微控制单元，获取导航终端位置和方向上的数据并将数据输入到微控制单元的识读单元，存储有节点间的路径信息的存储单元，其依据微控制单元传来的导航终端位置和方向上的数据，从存储单元中提取路径信息的处理单元。其有益效果是，通过无线信号发射节点发射的编码来唯一标识室内的相应位置或者展品，用户通过导航终确定目的地的位置，同时导航终端通过识读单元接收到的编码确定当前位置，在存储单元中预先存储有所有节点之间的路径信息，通过当前位置和目的地位置从存储单元中搜索出相应的路径信息，实现室内智能导航功能。

Description

室内智能定位导航系统

技术领域

本实用新型涉及导航技术，尤其涉及室内智能定位导航系统。 

背景技术

GPS导航系统已经广泛的应用于室外导航，给人们的出行提供了极大的便利。但是GPS导航系统还是有一些缺陷，因为GPS导航系统需要使用卫星信号，但是在位于一些大型的室内场所的时候，GPS的卫星信号通常都不是太好，导航效果不是特别理想。而且将GPS导航系统用于室内导航，由于其成本原因，难以得到推广应用。 

在大型的室内场所内，例如博物馆、展览中心等等，由于这些地方场地较大、布局和路径一般都比较复杂、同时人流量也会特别的大，当人们进入其中后，通常无法迅速准确的到达目标地点。 

实用新型内容

本实用新型目的是要提供一种用于室内的导航系统。 

根据本实用新型的一个方面，提供的室内智能定位导航系统，其包括：导航终端和具有唯一标识编码的无线信号发射节点， 

导航终端包括： 

微控制单元， 

识读单元，其获取导航终端位置和方向上的数据，将数据输入到微控制单元， 

存储单元，其存储有节点间的路径信息， 

处理单元，其依据微控制单元传来的导航终端位置和方向上的数据，从存储单元中提取路径信息。 

其有益效果是，通过无线信号发射节点发射的标识编码来唯一标识室内的相应位置或者展品，用户通过导航终端确定目的地的位置，同时导航终端通过识读单元接收到的标识编码确定当前位置，在存储单元中预先存储有所有节点之间的路径信息，通过当前位置和目的地位置从存储单元中搜索出相应的路径信息，实现导航功能，可以广泛的应用于室内场所的导航。 

在一些实施方式中，识读单元包括获取导航终端位置数据的传感定位识读单元和获取导航终端方向数据的地磁方向检测单元。 

其有益效果是，可以通过传感定位识读单元和地磁方向检测单元完成当前位置和方向的确定。 

在一些实施方式中，传感定位识读单元包括与微控制单元连接的ZIGBEE识读单元、IR红外识读单元和RF射频识读单元中至少之一。 

其有益效果是，IR红外识读单元的信号定向性好，RF射频识读单元的信号辐射范围大，ZIGBEE识读单元的信息传送速度快。 

在一些实施方式中，地磁方向检测单元包括与微控制单元连接的地磁传感器和/或重力加速度传感器。 

其有益效果是，通过地磁传感器和重力加速度传感器采集到的数据，可以对当前方向作出更精确的修正。 

在一些实施方式中，导航终端还包括第一无线信号收发模组。 

其有益效果是，通过第一无线信息收发模组可以接收外部信号。 

在一些实施方式中，还包括一电脑操作平台，所述电脑操作平台与导航终端通过无线通讯方式连接。 

其有益效果是，可以通过电脑操作平台设置好目的地。 

在一些实施方式中，电脑操作平台上设有与第一无线信号收发模组频率相匹配的第二无线信号收发模组。 

其有益效果是，可以通过第二无线信号发射模组将目的地信息发送到第一无线信号收发模组。 

附图说明

图1是本实用新型一实施方式的室内智能定位导航系统的结构示意图。 

图2是本实用新型一实施方式的室内智能定位导航系统所应用于的室内空间布局示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。 

在博物馆、展馆等室内空间，由于展品、展项太多，同时空间较大，如何快速的找到感兴趣的展品和展项，就成为了一个需要解决的问题。 

图1示意性地显示了一种实施方式的室内智能定位导航系统，其包括：具有唯一标识编码的无线信号发射节点101和导航终端102，导航终端102包括处理单元103、存储单元104、微控制单元105和识读单元106，存储单元104及微控制单元105与处理单元103连接，识读单元106与微控制单元105连接。识读单元106包括传感定位识读单元107和地磁方向检测单元108。 

无线信号发射节点101具有唯一的标识编码。本实施例中无线信号发射节点101装有200810027308.X号专利所述的ID标识装置，无线信号发射节点101安装在室内空间的上层楼板或者天花板上。 

标识编码可以表征该无线信号发射节点101所在的室内空间的位置和所附着的展品、展项，也可以是表示室内空间的设施如门槛、紧急出口等，编码规则可以自定义，例如： 

标识编码	展品(商品)信息/设施
		00000000	展品A
00000001	展品B
		......	......
10000000	门槛
		10000001	障碍
......	......

本实施例中，标识编码采用8位二进制数来表示，总共可以标识256个节点，标识编码的位数(定义为a)，可以根据需要标识的节点数目来确定，以节点数不大于2^a为准来确定a的大小。 

在存储单元104中预先存储有所有节点之间的路径信息，存储单元104采用固态数据FLASH闪存，例如索尼公司生产的SDHC卡，型号为SF-16N4。路径信息的总数由无线信号发射节点101的总数量n来决定，路径信息的总条数M＝n*(n-1)，即任意两个节点之间的路径信息均预先存储在导航终端中。 

路径的确定采用路径最短原则，根据无线信号发射节点101设置的位置及室内空间布局确定路径信息。如图2所示，为室内智能定位导航系统所应用于的室内空间布局示意图，例如节点1到节点7的路径信息即为1-＞2-＞3-＞4-＞5-＞6-＞7，而节点8到节点7的路径信息即为8-＞4-＞5-＞6-＞7。图中的Rn表示的即为无线信号发射节点101。 

传感定位识读单元107可以是IR红外识读单元110、RF射频识读单元111和ZIGBEE识读单元109中的一项或者多项的组合。IR红外识读单元110的信号定向性好，RF射频识读单元111的信号辐射范围大，ZIGBEE识读单元109的信息传送速度快，根据使用环境的不同，可以有区别的选择。IR红外识读单元110可以采用香港艺晶光电有限公司生产的IRM138B接收器，RF射频识读单元111可以采用德州仪器公司生产的CC2500RF收发芯片，ZIGBEE识读单元109采用德州仪器公司生产的CC2530ZIGBEE芯片。 

地磁方向检测单元108包括：地磁传感器112和重力加速度传感器113。其中，地磁传感器112可采用Honeywell公司数字罗盘HMC5883L，重力加速度传感器113可采用深圳市薪火科技有限公司的加速度传感器BMA150。 

微控制单元(MCU)105用于处理传感定位识读单元107和地磁方向检测单元108的数据，并可向传感定位识读单元107和地磁方向检测单元108下发控制指令，完成导航终端所处位置和方向的数据采集及初步处理工作，微控制单元105又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制，微控制单元可以使用H3C的MG 9000系列和ME8000系列。 

处理单元103根据传感定位识读单元107和地磁方向检测单元108的数据确定当前位置和方向。传感定位识读单元107接收到无线信号发射节点101发来的标识编码，就会将该标识编码与存储单元104内的数据进行匹配，找出该标识编码相对应的信息。例如，当接收到的标识编码为00000001时，表明当前用户正处于展品A所在的位置的附近。若接收到的标识编号为10000001时，表明当前用户正处于紧急出口所在的位置附近。 

确定用户当前的朝向的方法是，确保导航终端与用户面部朝向相同，从地磁传感器得到导航终端所在位置的三个方向的地磁场分量X，Y，Z，从重力加速度传感器得到三个方向的磁场量X₁，Y₁，Z₁， 

$Q={\tan }^{-1}\sqrt{(X1*X1)/(Z1*Z1+Y1*Y1)}$

$P={\tan }^{-1}\sqrt{(Y1*Y1)/(Z1*Z1+X1*X1)}$

X2＝X*CosQ+Y*SinQ*SinP-Z*CosP*SinQ 

Y2＝Y*CosP+Z*SinP 

θ＝tan^-1(Y2/X2) 

θ为导航终端相对于地球正北极在顺时针方向的偏转角度，取值范围为0～359度，0度代表正北方向，θ为90度代表正东方，θ为180度代表正南方，θ为270度代表正西方。 

例如：从地磁传感器得到X，Y，Z磁场分量分别175，-40，87，从重力加速度传感器得X1，Y1，Z1磁场量分别0.0004，-0.0004，1.0004，第一步计算导航终端在空间位置上的仰角Q和滚角P 

$Q={\tan }^{-1}\sqrt{(X1*X1)/(Z1*Z1+Y1*Y1)}$

$P={\tan }^{-1}\sqrt{(Y1*Y1)/(Z1*Z1+X1*X1)}$

代入计算得： 

Q＝0.00039984 

P＝0.00039984 

第二步修正地磁传感器在X，Y方向上的磁场分量 

X2＝X*cosQ+Y*sinP*sinQ-Z*cosP*sinQ 

Y2＝Y*cosP+Z*sinP 

代入数据得： 

X2＝0.01919232 

Y2＝39.96521 

第三步计算导航终端所在方位 

θ＝tan^-1(Y2/X2) 

θ＝-1.570316(弧度值) 

θ＝θ*180/3.14 

θ＝-90.01812 

θ＝-90度 

如果θ＜0 

则θ＝360+θ 

θ＝269.9819 

代入校正公式： 

θ＝(359-θ+90)％360 

θ＝179.0181 

根据θ的角度得出用户的面部朝南方。 

若X2＝0，Y2＞0 

则θ值为90 

代入校正公式： 

θ＝(359-θ+90)％360 

θ＝0 

根据θ的角度得出用户的面部朝正北方向。 

若X2＝0，Y2＜0 

则θ值为270 

代入校正公式： 

θ＝(359-θ+90)％360 

θ＝180 

根据θ的角度得出用户的面部朝正南方向。 

同时在展馆室内可以设置服务台，配置专门的服务员和电脑操作平台115，电脑操作平台115与导航终端102之间通过无线方式连接，在导航终 端上设有第一无线信号收发模组114，在电脑操作平台115上设有与第一无线信号收发模组114频率相匹配的第二无线信号收发模组116，用户将目的地告知服务员，服务员通过电脑操作平台115来设置目的地，并将目的地位置的编码发送到导航终端102中，给用户提供尽可能大的便利，也方便对导航终端102不熟悉的用户使用。同时也可以在导航终端102上设有目的地列表，用户可以手动选择目的地。这种方式尤其适用于当用户离开服务台后，旁边没有电脑操作平台115的时候，可以通过导航终端上的目的地列表，来手动的选择目的地位置。同时也方便用户在导航的过程当中，临时需要改变的目的地的时候，可以快速的更改目的地，开始新的导航。 

导航终端102根据当前位置和目的地位置，搜索导航终端102内存储的路径信息，输出当前位置相对应的节点与目的地位置相对应节点之间的路径信息。然后开始导航。 

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.室内智能定位导航系统，其特征在于，包括：导航终端和具有唯一标识编码的无线信号发射节点， 

所述导航终端包括： 

微控制单元， 

识读单元，其获取导航终端位置和方向上的数据，将数据输入到微控制单元， 

存储单元，其存储有节点间的路径信息， 

处理单元，其依据微控制单元传来的导航终端位置和方向上的数据，从存储单元中提取路径信息。 

2.根据权利要求1所述的室内智能定位导航系统，其特征在于，所述识读单元包括获取导航终端位置数据的传感定位识读单元和获取导航终端方向数据的地磁方向检测单元。 

3.根据权利要求2所述的室内智能定位导航系统，其特征在于，所述传感定位识读单元包括与微控制单元连接的ZIGBEE识读单元、IR红外识读单元和RF射频识读单元中至少之一。 

4.根据权利要求2所述的室内智能定位导航系统，其特征在于，所述地磁方向检测单元包括与微控制单元连接的地磁传感器和/或重力加速度传感器。 

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的室内智能定位导航系统，其特征在于，所述导航终端还包括第一无线信号收发模组。 

6.根据权利要求5所述的室内智能定位导航系统，其特征在于，还包括一电脑操作平台，所述电脑操作平台与导航终端通过无线通讯方式连接。 

7.根据权利要求6所述的室内智能定位导航系统，其特征在于，所述电脑操作平台上设有与第一无线信号收发模组频率相匹配的第二无线信号收发模组。 

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