CN204115738U - 基于红外坐标码的大型室内定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于室内定位技术领域，尤其涉及一种基于红外坐标码的大型室内定位系统，包括固定架1、红外定位器2、红外接收器3、显示端4；固定架1包括多根横梁、多根纵梁，横梁互相等间距平行，纵梁互相等间距平行，每一个横梁与纵梁互相垂直交叉的固定点安装有红外定位器2；被定位对象上装有红外接收器3和显示端4，红外接收器3与显示端4相连接。红外定位器2包括第一单片机5、拨码开关6、编码电路7、复位按钮8、复位电路9、电源按钮10、电源转换电路11、放大电路12、红外发射头13、区域套管14、绝缘外壳15；红外接收器3包括第二单片机16、红外接收头17；显示端4为显示屏或数码管或指示灯。

Description

基于红外坐标码的大型室内定位系统

技术领域

本实用新型属于室内定位技术领域，尤其涉及一种基于红外坐标码的大型室内定位系统。

背景技术

随着电子通讯技术的不断发展，定位技术越来越成为人类日常生活不可或缺的技术。目前定位技术主要有：

1)GPS定位技术，该技术应用最为广泛，通过卫星信号确定室外位置，并有成熟的配套导航系统，但是在室内，信号被建筑物阻隔而大大衰减，现有技术无法满足室内定位的精度要求。

2)超声波定位技术，主要采用反射式测距法，通过三角定位等算法确定物体的位置，即发射超声波并接收由被测物产生的回波，根据回波与发射波的时间差计算出待测距离，但超声波受多径效应和非视距传播影响很大，同时需要大量的底层硬件设施投资，成本太高，超声波的区分度低，无法产生具有相异特征点的信号，开发意义不大。

3)蓝牙技术，通过测量信号强度进行定位。这是一种短距离低功耗的无线传输技术。其不足在于蓝牙器件和设备的价格比较昂贵，而且不适宜复杂的空间环境，并且蓝牙系统的稳定性稍差，受噪声信号干扰大。

4)射频识别技术，利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别和定位的目的。但是射频识别技术对于用户的安全隐私在目前还没有保障，而且作用距离短，不具有通信能力，而且不便于整合到其他系统之中。

5)Wi-Fi定位技术，采用经验测试和信号传播模型相结合的方式，能采用相同的底层无线网络结构，系统总精度高，但是目前Wi-Fi收发器都只能覆盖半径90米以内的区域，定位上很容易出错，而且很容易受到其他信号的干扰，从而影响其精度，定位器的能耗也较高。

6)ZigBee技术，是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，可以用于室内定位。所用的传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以通信效率非常高。但是，其系统不稳定，成本非常高，通信距离短，穿透性不好，障碍物厚度等严重影响通信距离。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种基于红外坐标码的大型室内定位系统，包括：固定架1、红外定位器2、红外接收器3、显示端4；

其中，固定架1包括多根横梁、多根纵梁，横梁与横梁之间互相等间距平行，纵梁与纵梁之间互相等间距平行，横梁与纵梁互相垂直固定于同一个平面，每一个横梁与纵梁互相垂直交叉的固定点安装有一个红外定位器2；固定架1安装于室内天花板上，与地面平行，红外定位器2的发射方向与地面垂直；

被定位对象上装有红外接收器3和显示端4，红外接收器3与显示端4相连接。

所述红外定位器2包括：第一单片机5、拨码开关6、编码电路7、复位按钮8、复位电路9、电源按钮10、电源转换电路11、放大电路12、红外发射头13、区域套管14；其中，编码电路7、复位电路9、电源转换电路11、放大电路12分别和第一单片机5相连，拨码开关6和编码电路7相连，复位按钮8和复位电路9相连，电源按钮10和电源转换电路11相连，红外发射头13通过放大电路12和第一单片机5相连，红外发射头13前端安装有区域管套14；第一单片机5、编码电路7、复位电路9、电源转换电路11、放大电路12集中安装在边长为5cm的正方形电路板内，板四周留有开孔，安装在绝缘外壳15内，绝缘外壳15正面安装有拨码开关6、复位按钮8、电源按钮10、红外发射头13、区域套管14；红外定位器2采用螺栓连接固定在固定架1上。

所述红外接收器2包括：第二单片机16、红外接收头17；第二单片机16和红外接收头17相连，第二单片机16和所述显示端4相连接。

所述显示端4为显示屏或数码管或指示灯。

所述被定位对象包括：超市、商场购物车或机场、车站、酒店行李车或医院就诊轮椅或图书馆借书筐。

所述区域管套14为由黑色遮光材料制成的四棱锥台管套，与红外发射头13紧密连接，将红外光线范围限制在红外发射头13竖直向下的矩形区域空间内，该矩形区域空间所在地面面积的大小和固定架1上四个相邻的红外定位器2所组成的平面相等，并且能阻隔所在水平面内其它光源的干扰。

本实用新型有益效果在于：基于红外线发射器进行布点的设计方案，通过调整布点密度和编号方法，可以经济、有效地提高定位精度：

①定位精准：红外光在复杂环境中易被遮挡、吸收，不易反射，因而较少出现信号叠加区的干扰。通过密集的布点方案，可以使得信号覆盖区域广，避免信号盲区的干扰。因而红外信号发射器布点的方案定位精度高。

②设备成本低廉：系统的定位基于大量红外定位器实现，这种发射端可以量产，成本低廉。当系统作用的区域面积增加时，所需的发射端数量与面积呈线性关系，成本可控。

③安装简易，便于调试：本系统的各个组成部分具有较高的独立性，安装时仅需对现场进行勘测，并依照勘测数据布点和在终端上绘制地图，无需更改内部算法或架构。同时也使调试变得简单易行。

④维护成本低：日常的损坏一般为发射头损坏，只需取备用设备在原位置替换并参照旧设备设置数据即可，这一过程可由受过简单培训的人员完成，无需配置专人维护。

⑤可移植性高：系统在设计的时候已考虑到适应性，面对复杂的空间构造，也可以通过改变布点方案轻易解决，具有很高的可移植性。

附图说明

图1为室内定位系统组成示意图；

图2为红外定位器电路组成结构示意图；

图3为红外定位器绝缘外壳示意图；

图4为红外接收器和显示端组成结构示意图；

图5为红外定位器具体实施中连接示意图；

其中1-固定架、2-红外定位器、3-红外接收器、4-显示端；5-第一单片机、6-拨码开关、7-编码电路、8-复位按钮、9-复位电路、10-电源按钮、11-电源转换电路、12-放大电路、13-红外发射头、14-区域套管、15-绝缘外壳；16-第二单片机、17-红外接收头。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例一

一种基于红外坐标码的大型室内定位系统，如图1所示，包括：固定架1、红外定位器2、红外接收器3、显示端4；

其中，固定架1包括多根横梁、多根纵梁，横梁与横梁之间互相等间距平行，纵梁与纵梁之间互相等间距平行，横梁与纵梁互相垂直固定于同一个平面，每一个横梁与纵梁互相垂直交叉的固定点安装有一个红外定位器2；固定架1安装于室内天花板上，与地面平行，红外定位器2的发射方向与地面垂直；

被定位对象上装有红外接收器3和显示端4，红外接收器3与显示端4相连接。

所述红外定位器2如图2所示，包括：第一单片机5、拨码开关6、编码电路7、复位按钮8、复位电路9、电源按钮10、电源转换电路11、放大电路12、红外发射头13、区域套管14；其中，编码电路7、复位电路9、电源转换电路11、放大电路12分别和第一单片机5相连，拨码开关6和编码电路7相连，复位按钮8和复位电路9相连，电源按钮10和电源转换电路11相连，红外发射头13通过放大电路12和第一单片机5相连，红外发射头13前端安装有区域管套14；第一单片机5、编码电路7、复位电路9、电源转换电路11、放大电路12集中安装在边长为5cm的正方形电路板内，板四周留有开孔，安装在绝缘外壳15内，如图3所示，绝缘外壳15正面安装有拨码开关6、复位按钮8、电源按钮10、红外发射头13、区域套管14；红外定位器2采用螺栓连接固定在固定架1上。

所述红外接收器3如图4所示，包括：第二单片机16、红外接收头17；第二单片机16和红外接收头17相连，第二单片机16和所述显示端4相连接。

所述显示端4为显示屏或数码管或指示灯。

所述被定位对象包括：超市、商场购物车或机场、车站、酒店行李车或医院就诊轮椅或图书馆借书筐。

所述区域管套14为由黑色遮光材料制成的四棱锥台管套，与红外发射头13紧密连接，将红外光线范围限制在红外发射头13竖直向下的矩形区域空间内，该矩形区域空间所在地面面积的大小和固定架1上四个相邻的红外定位器2所组成的平面相等，并且能阻隔所在水平面内其它光源的干扰。

可变例一

本可变例中的红外定位器2，如图5所示，红外定位器通过外部统一电源供电，有复位和电源开关按钮。外部为绝缘外壳，外壳上的开关直接控制八位拨码开关的状态，其可按照二进制规则对应地图编号，例如8位拨码开关可以提供256个地址，以此类推。外壳有红外信号发射口，可以使红外发射头及其套管露出，便于信号的发射。通过单片机编程对红外线信号的高低电平进行坐标编码，包含有位置编码信息的信号通过红外发射头5的红外二极管产生红外线向空间发射，为了约束红外信号的作用范围红外发射头5的红外二极管前面配有区域套管6，使得发出的含有坐标码的红外信号只能在特定集中区域内作用。电源转换电路把外部供电转换为单片机工作的5V，供电使用DC接口12-6V。第一单片机的1号端口连接复位电路，包括非自锁按键两个。8位拨码开关经限流电阻与12～19号端口相连，通过开关开闭控制红外编码电路。红外发射头5为直径5mm，波长940的红外发送管，第一单片机的输出信号经放大电路使得红外发送管不停的发送38kHz的光信号。

可变例二

本可变例中的显示端4为液晶显示屏，显示区域地图，内置产品数据库。第二单片机上装上一体化红外接收头进行接收解码并完成识别处理后，液晶显示屏将拨码开关对应的地址位置显示出来。同时，每个编码区域对应地图上的区域，红外信号被接收的同时，即可对应地图上当前所在区域。经过数据库开发和UI系统设计，可以实现选择物品指示当前位置，系统自动定位并导航目的位置路线的功能。

可变例三

本可变例中的显示端4为数码管，显示两个数值，该两个数值即为被定位对象当前所处位置位于室内平面的行数与列数的交叉点，随着被定位对象的移动，数码显示管实时显示当前所处室内平面的行数与列数交叉点所在位置，被定位对象根据所显示的数值找到自己所要去的位置。

可变例四

本可变例中的显示端4为左右两个指示灯，红外接收器3上的第二单片机连接有按键。进入定位区范围后，首先通过按键选择目标位置，第二单片机处理后的位置信息通过最短路径计算得出路线，单片机会根据路线变动实时规划，控制指示灯亮灭。右转灯亮，表示此路口后右转，左转灯亮，表示下一路口左转，从而最终到达目的位置。该指示灯还能用来作为被定位对象超出规定使用范围的报警作用，方便管理人员快速找到被定为对象。

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揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于红外坐标码的大型室内定位系统，其特征在于，包括：固定架(1)、红外定位器(2)、红外接收器(3)、显示端(4)；

其中，固定架(1)包括多根横梁、多根纵梁，横梁与横梁之间互相等间距平行，纵梁与纵梁之间互相等间距平行，横梁与纵梁互相垂直固定于同一个平面，每一个横梁与纵梁互相垂直交叉的固定点安装有一个红外定位器(2)；固定架(1)安装于室内天花板上，与地面平行，红外定位器(2)的发射方向与地面垂直；

被定位对象上装有红外接收器(3)和显示端(4)，红外接收器(3)与显示端(4)相连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述红外定位器(2)包括：第一单片机(5)、拨码开关(6)、编码电路(7)、复位按钮(8)、复位电路(9)、电源按钮(10)、电源转换电路(11)、放大电路(12)、红外发射头(13)、区域套管(14)；其中，编码电路(7)、复位电路(9)、电源转换电路(11)、放大电路(12)分别和第一单片机(5)相连，拨码开关(6)和编码电路(7)相连，复位按钮(8)和复位电路(9)相连，电源按钮(10)和电源转换电路(11)相连，红外发射头(13)通过放大电路(12)和第一单片机(5)相连，红外发射头(13)前端安装有区域管套(14)；第一单片机(5)、编码电路(7)、复位电路(9)、电源转换电路(11)、放大电路(12)集中安装在边长为5cm的正方形电路板内，板四周留有开孔，安装在绝缘外壳(15)内，绝缘外壳(15)正面安装有拨码开关(6)、复位按钮(8)、电源按钮(10)、红外发射头(13)、区域套管(14)；红外定位器(2)采用螺栓连接固定在固定架(1)上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述红外接收器(3)包括：第二单片机(16)、红外接收头(17)；第二单片机(16)和红外接收头(17)相连，第二单片机(16)和所述显示端(4)相连接。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显示端(4)为显示屏或数码管或指示灯。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述被定位对象包括：超市、商场购物车或机场、车站、酒店行李车或医院就诊轮椅或图书馆借书筐。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述区域管套(14)为由黑色遮光材料制成的四棱锥台管套，与红外发射头(13)紧密连接，将红外光线范围限制在红外发射头(13)竖直向下的矩形区域空间内，该矩形区域空间所在地面面积的大小和固定架(1)上四个相邻的红外定位器(2)所组成的平面相等，并且能阻隔所在水平面内其它光源的干扰。