CN206470393U - 一种基于射频技术的室内识别定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于射频技术的室内识别定位系统，包括控制处理模块、信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块和标签及超再生模块，控制处理模块分别与信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块连接，信息采集模块与标签及超再生模块连接，用于激活物品上标签及超再生模块，并将激活信息反馈给控制处理模块；时间测定模块与标签及超再生模块连接，用于将标签及超再生模块内两组信号相位差的时间变化反馈给控制处理模块；方位角确定模块与标签及超再生模块连接，用于接收标签及超再生模块的信号强度并反馈给控制处理模块。本系统采用方向角和距离相结合的定位方式，硬件连接简单系统稳定性好，提高了目标定位精确度。

Description

一种基于射频技术的室内识别定位系统

【技术领域】

本实用新型属于无线电通信领域，具体涉及一种基于射频技术的室内识别定位系统。

【背景技术】

随着科技的发展，智能化设备已经越来越多地渗透到人们的生活，在对一个物品进行操作时，往往需要先对物品进行识别定位。在室外，全球GPS定位技术已经是最成功的典范，然而人们也需要一款类似的可以在室内准确识别目标物体和定位的系统，这将对提高人们的生活质量有很大的意义。

射频识别(Radio Frequency Identification，以下简称RFID)技术，是本世纪最重要的技术之一，在该方面的研究一直比较活跃。目前，RFID技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理、物流管理、车辆管理、生产管理等众多领域。一般应用该技术定位的方法为通过放于不同位置的三个阅读器分别测距离画圆找相交点，这种方法的硬件连接比较复杂，稳定性低，且定位精度低。

【实用新型内容】

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于射频技术的室内识别定位系统，其具有操作简单、稳定性好、定位精度高和节能环保等优点。可应用于超市、展厅、图书馆等场所的物品识别定位。

本实用新型采用以下技术方案：

一种基于射频技术的室内识别定位系统，包括控制处理模块、信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块和标签及超再生模块，所述控制处理模块分别与所述信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块连接，用于分别发送控制指令；所述信息采集模块与所述标签及超再生模块连接，用于激活物品上所述标签及超再生模块，并将所述激活信息反馈给所述控制处理模块；所述时间测定模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述标签及超再生模块内两组信号相位差的时间变化反馈给所述控制处理模块；所述方位角确定模块与所述标签及超再生模块连接，用于接收所述标签及超再生模块的信号强度并反馈给所述控制处理模块。

进一步的，所述信息采集模块具体包括数据控制模块和射频信号处理模块，所述数据控制模块经过所述射频信号处理模块分别连接信号发射模块和信号接收模块，所述信号发射模块和信号接收模块分别与所述标签及超再生模块连接，所述信号发射模块用于将所述射频信号处理模块发送的信息发送给所述标签及超再生模块，所述信号接收模块用于接收所述标签及超再生模块反馈的信号并发送给所述射频信号处理模块，所述数据控制模块与所述控制处理模块连接。

进一步的，所述数据控制模块还连接有存储器模块。

进一步的，所述时间测定模块包括第一信号发生器、时钟模块、315发射模块和433接收模块，所述第一信号发生器经过所述315发射模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述控制处理模块的信息发送给所述标签及超再生模块，所述433接收模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述标签及超再生模块的反馈信息发送给所述时钟模块，所述信号发生器与所述时钟模块连接，所述时钟模块用于计时并将时间信息反馈给所述控制处理模块。

进一步的，所述第一信号发生器分两路，一路经过第一滤波电路与所述315发射模块，另一路经过第一组合逻辑电路与所述时钟模块连接。

进一步的，所述433接收模块经过第二滤波电路和第二组合逻辑电路与所述时钟模块连接。

进一步的，所述方位角确定模块包括依次连接的微控制模块、步进电机和计步器，所述微控制模块与所述控制处理模块连接，用于接收所述控制处理模块的信息控制所述步进电机和计步器工作，所述计步器与所述控制处理模块连接，用于反馈。

进一步的，所述步进电机上设置有定向天线，所述定向天线与所述标签及超再生模块连接，用于接收所述标签及超再生模块的信息，并经过所述信息处理模块反馈给所述微控制系统。

进一步的，所述标签及超再生模块包括315接收模块、433发射模块和电子标签，所述315接收模块和电子标签分别与所述433发射模块连接，所述315接收模块用于接收所述时间测定模块的信息并经过所述433发射模块发出，所述电子标签用于接收所述信息采集模块的信息并经过所述433发射模块发出。

进一步的，所述315接收模块依次经过第三滤波电路、第三组合逻辑电路、第二信号发生器和第四滤波电路与所述433发射模块连接，所述电子标签依次经过所述第三组合逻辑电路、第二信号发生器和第四滤波电路与所述433发射模块连接。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型一种基于射频技术的室内识别定位系统，包括控制处理模块、信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块和标签及超再生模块，控制处理模块分别与信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块连接，用于分别发送控制指令读取标签及超再生模块的信息进行定位，整个系统操作简单，用户可以通过电脑直接选择所需要识别定位的物品，本系统主要由3个大模块结合而成，各模块之间并行工作，功能独立性较高，因此工作时稳定性好，一旦出现影响因素，可以简单、快捷地改变各部分之间工作的协作模式，采用方向角和距离相结合的定位方式，使目标定位精确度得到提高。

进一步的，信息采集模块能够采集标签返回的物品信息，从接收到物品信息开始，该模块对信息进行处理和短暂的保存，直到信号结束获得完整的物品信息。

进一步的，时间测定模块能够测定出两组信号之间的相位差，并且收发模块的距离变化时，相位差会随着距离变大而增加，而相位差的改变意味着时间间隔的不同，通过测定两信号时间间隔，即可算出距离。

进一步的，方位角确定模块能够辨别出物品方向。步进电机带动定位天线转动，当转至正对物品位置时，接收到物品发出的信号强度最大，通过计出步进电机转过步数，然后算出物品方向。

进一步的，标签及超再生模块能够及时地响应信息采集模块和时间测定模块的好处工作，以及辅助方向角确定模块确定方向。

进一步的，本系统在电子标签一端设计了睡眠和激活两种状态，在不工作时处于睡眠状态，工作时激活，从而减少了电能的消耗，增加了使用寿命

综合上述，本实用新型稳定性好，精确度高，且节能环保，易于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本实用新型的总体系统连接图；

图2为本实用新型物品信息采集模块内部连接图；

图3为本实用新型时间间隔测定模块内部连接图；

图4为本实用新型确定方位角模块内部连接图；

图5为本实用新型标签和超再生模块内部连接图。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，本实用新型公开了一种基于射频技术的室内识别定位系统，包括控制处理模块、信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块和标签及超再生模块，所述控制处理模块分别与所述信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块连接，用于分别发送控制指令；

所述信息采集模块与所述标签及超再生模块连接，用于激活物品上所述标签及超再生模块，并将所述激活信息反馈给所述控制处理模块；

所述时间测定模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述标签及超再生模块内两组信号相位差的时间变化反馈给所述控制处理模块；

所述方位角确定模块与所述标签及超再生模块连接，用于接收所述标签及超再生模块的信号强度并反馈给所述控制处理模块。

控制处理模块具体如下：

系统工作时，控制处理模块由电脑操作，控制全局。它与信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块通过USB线直接进行数据传输。

控制系统发出指令，信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块同时开始工作，信息采集模块与标签及超再生模块进行无线通信获取到物品信息，之后返回物品信息；时间测定模块与标签及超再生模块进行超再生信号往返，计出时间间隔，之后返回时间间隔；确定方位角确定模块通过接收标签及超再生模块的射频信号，寻找物品方向，之后返回计步器所记步数。我们将该时间间隔和步数传入电脑，在MATLAB软件中通过编程进行位置信息确定。

信息采集模块

参见图2所示，包括存储器模块、数据控制模块、射频信号处理模块、信号发射模块和信号接收模块。各模块作用为，信号收发模块用于对射频信号发射接收；数据控制模块和射频信号处理模块将射频信号和数据之间相互转换和处理，存储模块存储激活指令、睡眠指令等一些信息。该模块接收到工作指令后，存储器中的激活指令经过数据控制单元和射频信号处理模块处理后通过发射模块发射出激活指令激活标签和超再生模块中标签，之后接收到标签返回信息，通过射频信号处理模块和数据控制模块处理后将信息传给上位机。

时间间隔测定模块

参见图3所示，包括第一信号发生器、第一滤波电路、第一组合逻辑电路、时钟模块、315发射模块、433接收模块、第二组合逻辑电路、第二滤波电路，315发射模块和433接收模块分别包括信号的发射和接收两部分，当给315发射模块发射端输入一列方波时，433接收模块就可以接收到一组波形相同但振幅降低的方波信号，从示波器可以看出，两组信号之间会有一个相位差，并且收发模块的距离变化时，相位差会随着距离变大而增加，而相位差的改变意味着时间间隔的不同，本实用新型就是利用该特性，通过测定两信号时间间隔，然后算出距离。因两组频率差距较大的信号之间接收发射无相互干扰，因此本实用新型通过315发射模块和433接收模块各一对来实现信号往返。该模块中，当接收到控制系统指令，第一信号发生器生成信号，同时发送给第一组合逻辑电路和第一滤波电路，第一组合逻辑电路开启时钟模块计时，第一滤波电路将信号输入到315发射模块发出信号给标签及超再生发射接收模块中的315接收模块，之后标签及超再生发射接收模块的433发射模块返回信号给本模块的433接收模块，最后返回信号通过第二滤波电路输入到第二组合逻辑电路，第二组合逻辑电路控制时钟模块停止计时。

方位角确定模块

参见图4所示，方位角确定模块包括计步器、信息处理模块、微控制模块、定向天线和步进电机。由于定向天线对不同方向的信号辐射强度不同，反过来接收时也是类似，我们使用定向天线的该特性，通过图4进行方向角的确定。步进电机和定向天线相互固定，首先微控制模块控制步进电机开始转动，于是天线共同转动，计数器开始计数，天线接收标签和超再生模块发射的射频信号返回给信息处理模块，经过不断的信号强度对比找出强度最大的方向，即为物品方向。系统使用1.8°每步的步进电机，以定位距离10米为例，所定方向横向误差约为0.1米，定位精度较高。

标签和超再生模块

参见图5所示，标签和超再生模块包括315接收模块、电子标签、第三滤波电路、第三组合逻辑电路、第二信号发生器、第四滤波电路和433发射模块。模块中的315接收模块和433发射模块用于配合时间间隔测定模块使该模块产生超再生信号进行往返，电子标签用于配合物品信息采集模块返回物品信息和方位角确定模块确定方位角。

系统工作时，电子标签被激活，315接收模块接收到超再生信号，之后标签发出射频信号给方位角确定模块、返回物品信号以及同315接收模块共同开启第二信号发生器，生成新信号传输给433发射模块发射信号。

本实用新型一种基于射频技术的室内识别定位系统对物品信息和空间位置的确定步骤为：

1.由于物品信息采集模块位置固定，因此选定该模块为参照物，位置为(0，0)点；

2.通过(0，0)点选定x，y轴，给平面上每个点确定坐标，单位长度为0.1米；

3.步数和步进电机每步所转过的夹角度数相乘得到方向角；

4.将该方向角所指且在10米以内的所有位置点搜索出来，点与点的距离为0.2米；

5.根据时间差确定出物品与阅读器之间距离为L，对第4步所选点进行遍历搜寻，找出距离(0，0)点距离最接近L的位置坐标，即为物品位置。最后将物品信息和位置结合显示。

本实用新型采用方向角和距离相结合的定位方式，硬件连接简单系统稳定性好，且提高了目标定位精确度。

以上内容仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：包括控制处理模块、信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块和标签及超再生模块，所述控制处理模块分别与所述信息采集模块、时间测定模块、方位角确定模块连接，用于分别发送控制指令；

所述信息采集模块与所述标签及超再生模块连接，用于激活物品上所述标签及超再生模块，并将所述激活信息反馈给所述控制处理模块；

所述时间测定模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述标签及超再生模块内两组信号相位差的时间变化反馈给所述控制处理模块；

所述方位角确定模块与所述标签及超再生模块连接，用于接收所述标签及超再生模块的信号强度并反馈给所述控制处理模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述信息采集模块具体包括数据控制模块和射频信号处理模块，所述数据控制模块经过所述射频信号处理模块分别连接信号发射模块和信号接收模块，所述信号发射模块和信号接收模块分别与所述标签及超再生模块连接，所述信号发射模块用于将所述射频信号处理模块发送的信息发送给所述标签及超再生模块，所述信号接收模块用于接收所述标签及超再生模块反馈的信号并发送给所述射频信号处理模块，所述数据控制模块与所述控制处理模块连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于，所述数据控制模块还连接有存储器模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述时间测定模块包括第一信号发生器、时钟模块、315发射模块和433接收模块，所述第一信号发生器经过所述315发射模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述控制处理模块的信息发送给所述标签及超再生模块，所述433接收模块与所述标签及超再生模块连接，用于将所述标签及超再生模块的反馈信息发送给所述时钟模块，所述信号发生器与所述时钟模块连接，所述时钟模块用于计时并将时间信息反馈给所述控制处理模块。

5.根据权利要求4所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述第一信号发生器分两路，一路经过第一滤波电路与所述315发射模块，另一路经过第一组合逻辑电路与所述时钟模块连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述433接收模块经过第二滤波电路和第二组合逻辑电路与所述时钟模块连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述方位角确定模块包括依次连接的微控制模块、步进电机和计步器，所述微控制模块与所述控制处理模块连接，用于接收所述控制处理模块的信息控制所述步进电机和计步器工作，所述计步器与所述控制处理模块连接，用于反馈。

8.根据权利要求7所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述步进电机上设置有定向天线，所述定向天线与所述标签及超再生模块连接，用于接收所述标签及超再生模块的信息，并经过信息处理模块反馈给所述微控制模块。

9.根据权利要求1所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述标签及超再生模块包括315接收模块、433发射模块和电子标签，所述315接收模块和电子标签分别与所述433发射模块连接，所述315接收模块用于接收所述时间测定模块的信息并经过所述433发射模块发出，所述电子标签用于接收所述信息采集模块的信息并经过所述433发射模块发出。

10.根据权利要求9所述的一种基于射频技术的室内识别定位系统，其特征在于：所述315接收模块依次经过第三滤波电路、第三组合逻辑电路、第二信号发生器和第四滤波电路与所述433发射模块连接，所述电子标签依次经过所述第三组合逻辑电路、第二信号发生器和第四滤波电路与所述433发射模块连接。