CN205210312U - 基于北斗/uwb技术高精度室内外联合定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是基于北斗/UWB技术高精度室内外联合定位装置，主要集成了室外定位模块、室内定位模块，完成室内、室外定位数据的采集，同时根据定位信号的来源进行室内室外定位数据的切换。该装置主要由北斗定位接收模块、IR-UWB定位模块、处理器芯片、电池、USB充电适配器、电源管理模块、GSM通信模块和天线构成。所述处理器芯片接收来自北斗定位接收模块、IR-UWB定位模块的定位信息，经过判断，将有用的信息通过GSM通信模块传输至后台服务器；电源管理模块、USB充电适配器与电池负责整套装置的供电。本实用新型显著优势是：可高精度实现室内外联合定位，更具有实用价值。

Description

基于北斗/UWB技术高精度室内外联合定位装置

技术领域

本实用新型涉及无线定位技术，更具体的说涉及到一种集成了室内外联合定位模块的高精度定位装置。

背景技术

随着移动互联网的兴起，电子设备的位置信息对于大型商场购物、消防应急、仓储物流监控、监狱管理、医院/养老院人员监护、机场地面服务管理等位置相关行业的应用日益重要。市场上的电子设备要么具有室外定位功能，要么只有室内定位功能，比较单一，无法获得连续的室内外定位信息。

当前定位设备采用的室内或者室外定位技术包含以下几种：

1、GPS定位

全球定位系统(GPS)，利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。它由28颗卫星(其中4颗备用)和地面辅助设备构成，民用GPS精度大约10米左右。

缺点：定位精度不高；只能进行室外定位，无法覆盖室内以及隐蔽的室外空间。

2、手机移动定位

手机移动定位是利用GSM或者CDMA等无线移动网的蜂窝技术来实现位置信息的查询，GSM或CDMA无线移动网络是由许多像蜂窝一样的小区构成，每个小区都有自己单独的编号，通过手机所在小区的识别好，就可以指导手机用户所在的位置。

缺点：定位误差大，精度不够，只能用于粗略定位。

3、基于RSSI三点定位

RSSI定位技术是通过接收到的信号强弱测定信号点与接收点的距离，并利用三点确定一个具体坐标的方式来实现定位的技术。

缺点：此技术采用的频率与手机、无线路由、蓝牙、WIFI等临近或冲突，很容易被干扰，从而造成定位精度不够的问题，定位范围只有10米。

4、北斗定位

北斗定位系统是我国自主研发的一种利用地球同步卫星为用户提供全天候、区域性的卫星定位系统。系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。

目前已研发出第四代高性能北斗导航芯片。该芯片定位精度为2.5米，同时通过地面信号增强，北斗定位精度可以达到亚米级。与GPS室外定位技术相比，北斗系统还带有短信处理功能，不但能收而且能发，是我国大力推广的室外定位技术。

5、基于UWB实时定位

UWB技术是UltraWideBand的简写，即超宽带无线技术。UWB是非正弦载波的脉冲无线技术，使用亚纳米级脉冲信号的时候，空间距离分辨率很高，采用TOA和AOA技术，可以精确实现室内定位，定位精度可以达到厘米级。与其它室内定位技术相比，具有良好的抗干扰性能，借助与室内无线网络系统，能够满足室内精准定位的市场需求。

通过以上技术可以发现，通过集成北斗定位和UWB定位技术，可以实现室外与室内定位的连接，并且具有很高的定位精度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高精度室内外联合定位装置，主要集成室外定位模块、室内定位模块，实现室内、室外定位数据的采集，通过处理器芯片将有用的信息发给定位服务器，同时还能进行室内室外定位切换。主要由北斗定位接收模块、IR-UWB定位模块、处理器芯片、电池、USB充电适配器、电源管理模块、GSM通信模块和天线构成。

作为本实用新型，所述室内外联合定位装置将与室内外定位运程服务器数据交互，所述天线与所述室外定位远程服务器无线连接。

作为本实用新型实现室内定位的功能要求，所述室内外联合定位装置还将发射信号于室内无线传感网，所述IR-UWB室内定位模块与室内无线传感网无线连接。

作为本实用新型实现室外定位的功能要求，所述室内外联合定位装置还将接收北斗定位卫星信号，所述北斗定位接收模块与北斗定位卫星无线连接。

本实用新型的显著效果是：上述方案，通过电池、USB充电适配器及电源管理模块，可持续长时间使用，通过北斗定位技术和UWB定位技术，在室外由北斗定位接收模块实现定位，在室内由UWB定位模块实现定位，通过软件实现自动识别切换，实现室内外无缝联合定位。

附图说明

图1为室内外联合定位装置组成框图。

图2为室内外联合定位装置使用环境示意图。

图3为室内外状态切换算法流程图。

图1标记说明：101-室内传感网、102-北斗卫星、103-电池、104-处理器、105-IR-UWB定位模块、106-北斗定位收发模块、107-GSM模块、108-USB连接电源适配器、109-电池管理及电源适配模块、110-天线、111-室外定位远程服务器。

具体实施方式

下面结合具体附图和具体实施方式对本实用新型展开说明。

如图1所示：为了能够实现室内外的实时定位，本实用新型的装置包括室内IR-UWB定位模块105、室外北斗定位模块106、通过天线110与室外远程服务器111通讯的GSM通信模块107，它们与处理器模块104连接；电池103和USB充电适配器108及电池电源适配模块109，与室内外定位模块、通信模块、处理器连接，为它们提供所需的工作电源。

如图1所示，处理器模块104将北斗定位收发模块106传来的室外定位数据信息进一步处理，并发送至GSM通信模块107，GSM通信模块107通过天线110将处理过室外定位数据发送至室外远程服务器111，实现室外定位。

如图1所示，处理器模块将IR-UWB定位模块105产生室内定位数据进行处理及存储，可以扩展用于导航。

如图1所示，北斗定位收发模块106通过与北斗卫星102通信并进行定位运算完成室外定位功能，所述北斗定位收发模块106包括北斗天线、北斗接收模块与运算模块。

如图1所示，IR-UWB定位模块105与室内无线传感网101连接，由无线传感网络101中室内定位基站计算出它在三维空间下的室内位置。

如图2所示，本实用新型装置在具体使用环境下的工作示意。室内外联合定位装置，通过电池供电处于工作状态。处理器通过状态切换算法判断当前装置，处于室内还是室外。如果处于室外，则处理北斗定位收发模块的室外定位数据，通过GSM模块及天线发送给远程服务器。如果处于室内，则室内定位模块与室内传感网络配合计算出的室内位置，由处理器进行处理并存储。

如图3所示，本实用新型用于判断室内外状态切换的流程图。室内外联合定位装置上电启动。处理器进行初始化，关闭计数器，等待晶振启振，并设置时钟；屏蔽中断，对外设进行初始化配置(外设USART_1配置为SPI通信协议，外设USART_2配置为RS232通信协议；开启模数转换ADC12监控电源状况)。电源适配模块开启，北斗定位收发模块初始化、IR-UWB初始化、GSM模块初始化。各功能模块初始化后，配置中断控制寄存器，各模块使能后处理器进入低功耗等待阶段。各模块的任务完成后均会由相应的外设向处理器提出中断请求，再唤醒处理器进入中断函数完成后续工作。中断函数通过所接收的SPI总线数据地址位，如果没有IR-UWB模块送来的数据，则证明周边没有室内传感网，判断当前装置处于室外；此时将北斗定位模块获取的室外位置数据，依次写入发送寄存器，串口通信模块会将数据发送至GSM通信模块，GSM通信模块通过天线将数据发送至室外定位远程服务器。如果有IR-UWB模块发送的位置数据，连续3秒后，则表示当前装置的状态处于室内，将位置数据存储，同时使北斗定位模块及GSM模块休眠，等待无室内位置数据后，再将北斗定位模块和GSM通信模块唤醒工作。中断函数接收到电源中断请求后，先判断是否有外界电源接入，若有则立刻切换为外界电源供电，同时检测电池是否饱和，若电池不饱和则开启充电程序。

以上内容是本实用新型进行室内外联合定位的详细说明，主要用于帮助理解本实用新型的工作原理及核心思想，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干的简单的替换，都应当视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.基于北斗/UWB技术高精度室内外联合定位装置室内外联合定位装置，由北斗定位接收模块、IR-UWB定位模块、处理器芯片、电池、USB充电适配器、电源管理模块、GSM通信模块和天线构成，其特征在于：该装置在室外接收来自北斗定位接收模块的定位信息、室内通过IR-UWB定位模块确定位置信息，处理器芯片经过判断，将有用的信息通过GSM通信模块传输至后台服务器；电源管理模块、USB充电适配器与电池负责整套装置的供电；各部件连接关系为：北斗定位模块通过天线与北斗卫星进行无线连接，北斗定位模块与电源管理模块连接，北斗定位模块与处理芯片模块连接；IR-UWB定位模块与室内无线传感网无线连接，IR-UWB定位模块与电源管理模块连接，IR-UWB定位模块与处理芯片模块连接；GSM模块通过天线，通过移动网络与后台服务器连接，GSM模块与电源管理模块连接，GSM模块与处理芯片模块连接。

2.如权利要求1所述室内外联合定位装置，其特征在于该装置中处理器为MSP430F1611芯片。

3.如权利要求1所述室内外联合定位装置，其特征在于该装置中北斗定位模块为UM220BD2芯片。

4.如权利要求1所述室内外联合定位装置，其特征在于该装置中GSM模块为SIM900A芯片。

5.如权利要求1所述室内外联合定位装置，其特征在于该装置中R-UWB模块为UpositionUM100芯片。