CN208337883U - 一种隧道定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种定位系统，具体为一种隧道定位系统，其技术方案要点是包括定位基站主站、定位基站辅站和定位器，定位器通过zigbee无线组网连接定位基站主站和定位基站辅站，并向定位基站主站发送测距请求，定位基站主站响应于测距请求对定位器进行测距操作，并触发定位基站辅站向定位器发起测距操作；定位器向定位基站主站发送测距请求，定位基站主站对相应定位器发起测距操作的同时，触发定位基站辅站对相应定位器进行测距操作，定位基站辅站实现对定位器方向的确认，并且系统通过zigbee无线组网进行信号覆盖，覆盖范围大，定位可靠性高，功耗低，并有效降低成本。

Description

一种隧道定位系统

技术领域

本实用新型涉及一种定位系统，更具体地说，它涉及一种隧道定位系统。

背景技术

随着城市建设进程的加快，针对隧道及城市地铁建设的运营管理相对复杂、环境恶劣、事故频发的状况，安全生产与安全管理成为了工程建设中的重点，施工过程中迫切需要能够保障施工人员安全的定位系统。

Wi-Fi定位是IEEE802.11的一种定位解决方案。目前，它应用于小范围的室内定位，但Wi-Fi收发器只能覆盖半径90m以内的地理区域，并不十分可靠。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种隧道定位系统，通过zigbee无线组网实现信号覆盖，定位可靠性高。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种隧道定位系统，包括定位基站主站、定位基站辅站和定位器，所述定位器通过zigbee无线组网连接定位基站主站和定位基站辅站，并向定位基站主站发送测距请求，所述定位基站主站响应于测距请求对定位器进行测距操作，并触发定位基站辅站向定位器发起测距操作。

通过采用上述技术方案，定位器向定位基站主站发送测距请求，定位基站主站对相应定位器发起测距操作的同时，触发定位基站辅站对相应定位器进行测距操作，定位基站辅站实现对定位器方向的确认，若定位器到定位基站主站的距离大于到定位基站辅站的距离，则定位器位于定位基站主站靠近定位基站辅站的一侧，否则定位器位于定位基站主站远离定位基站辅站的一侧，并且系统通过zigbee无线组网进行信号覆盖，覆盖范围大，定位可靠性高，功耗低，并有效降低成本。

优选的，所述定位器包括依次连接的定位zigbee主控芯片、定位功放芯片和定位天线。

通过采用上述技术方案，定位zigbee主控芯片功耗低，提高定位器的续航能力，定位功放芯片将定位zigbee主控芯片的信号进行放大后经定位天线发送，可靠性高。

优选的，所述定位器内置可充电的电池供电，用于整个定位器的电源供给。

通过采用上述技术方案，可反复给电池充电，提高定位器的续航能力。

优选的，所述定位器设置有连接于定位zigbee主控芯片的求救按钮按和报警器。

通过采用上述技术方案，在工作人员现场出现危险情况时，可按下求救按钮，定位器通过zigbee网络向定位基站主站发送求救信号，在发生紧急情况时，定位器通过zigbee网络接收来自定位基站主站的撤离信号，启动报警器进行报警提醒。

优选的，定位基站主站包括依次连接的主站zigbee主控芯片、主站功放芯片和主站天线，主站zigbee主控芯片连接有Linux核心板。

通过采用上述技术方案，主站zigbee主控芯片测距完成后将数据传输至Linux核心板中，对历史数据进行缓存，并做数据优化处理运算。

优选的，定位基站辅站包括依次连接的辅站zigbee主控芯片、辅站功放芯片和辅站天线。

通过采用上述技术方案，辅站功放芯片将辅站zigbee主控芯片的信号进行放大后经辅站天线发送，与定位器进行通信。

优选的，定位基站主站与定位基站辅站通过RS485接口连接。

通过采用上述技术方案，实现定位基站主站和定位基站辅站之间的有效通信连接。

优选的，定位基站主站和定位基站辅站均设置有二功分器并各连接有两个朝相反方向设置的平板定向天线。

通过采用上述技术方案，将各zigbee主控芯片的信号分为两路，每路覆盖一个方向，从而实现前后信号覆盖。

优选的，所述定位功放芯片的型号为RFX2401C。

通过采用上述技术方案，RFX2401C是集成电路RF单片机，包含所有内部IEEE802.15.4/ZIGBEE，提供服务所需的射频功能无线传感器网络和其他无线系统在2.4ghz的ISM波段，RFX2401C架构集PA、LNA、收发开关电路，相关的匹配网络和谐波滤波器装置，功能全面。

优选的，所述定位基站主站连接有计算机。

通过采用上述技术方案，定位基站主站实现对各定位器的测距操作和向计算机平台软件同步信息，方便确认操作工人的具体位置。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1、通过zigbee无线组网实现信号覆盖，定位可靠性高；

2、zigbee主控芯片功耗低，提高系统的续航能力；

3、在出现危险情况时，可按下求救按钮求救，或接收来自定位基站主站的撤离信号，启动报警器进行报警提醒；

4、计算机方便确认操作工人的具体位置。

附图说明

图1是本实施例的原理示意图；

图2是本实施例中定位器的内部示意图；

图3是本实施例中定位基站主站的内部示意图；

图4是本实施例中定位基站辅站的内部示意图。

附图标记：1、定位基站主站；2、定位基站辅站；3、定位器；4、定位zigbee主控芯片；5、定位功放芯片；6、定位天线；7、锂电池；8、求救按钮；9、报警器；10、主站zigbee主控芯片；11、主站功放芯片；12、主站天线；13、Linux核心板；14、辅站zigbee主控芯片；15、辅站功放芯片；16、辅站天线；17、二功分器；18、计算机；19、RS485接口；20、RJ45接口；21、充电电路；22、状态指示灯。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

以下具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在以下实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

一种隧道定位系统，如图1所示，包括定位基站主站1、定位基站辅站2和定位器3，定位器3通过zigbee无线组网连接定位基站主站1和定位基站辅站2，并向定位基站主站1发送测距请求，定位基站主站1响应于测距请求对定位器3进行测距操作，并触发定位基站辅站2向定位器3发起测距操作。

结合图1和图2，定位器3包括依次连接的定位zigbee主控芯片4、定位功放芯片5和定位天线6，定位zigbee主控芯片4采用JN5168低功耗zigbee芯片；定位功放芯片5的型号为RFX2401C，RFX2401C是集成电路RF单片机(射频前端集成电路)，包含所有内部IEEE802.15.4/ZIGBEE，提供服务所需的射频功能无线传感器网络和其他无线系统在2.4ghz的ISM波段，RFX2401C架构集PA、LNA、收发开关电路，相关的匹配网络和谐波滤波器装置，功能全面；定位天线6采用PCB天线，定位功放芯片5将定位zigbee主控芯片4的信号进行放大后经定位天线6发送，信号可靠发送。

定位器3内置可充电的电池供电，用于整个定位器3的电源供给，本实施例中电池为锂电池7，定位器3内还设置有为锂电池7充电的充电电路21，可反复给电池充电，提高定位器3的续航能力。

定位器3内还设置有连接于定位zigbee主控芯片4的求救按钮8按、报警器9和状态指示灯22，在工作人员现场出现危险情况时，可按下求救按钮8，定位器3通过zigbee网络向定位基站主站1发送求救信号；在发生紧急情况时，定位器3通过zigbee网络接收来自定位基站主站1的撤离信号，启动报警器9进行报警提醒；状态指示灯22用于指示锂电池7额的充电状态。

结合图1和图3，定位基站主站1包括依次连接的主站zigbee主控芯片10、主站功放芯片11、二功分器17和主站天线12，主站zigbee主控芯片10连接有嵌入式的Linux核心板13，同样的，主站zigbee主控芯片10采用JN5168低功耗zigbee芯片，主站功放芯片11的型号为RFX2401C，主站天线12采用两个朝相反方向设置的平板定向天线，二功分器17将主站zigbee主控芯片10的信号分为两路，每路覆盖一个方向，从而实现前后信号覆盖，可以达到500米单向信号覆盖。

主站zigbee主控芯片10经uart接口连接Linux核心板13，定位基站主站1设置有RJ45接口20，Linux核心板13通过RJ45接口20经网线连接计算机18，JN5168芯片测距完成后通过uart接口将测距的原始数据送给Linux核心板13，Linux核心板13运行了嵌入式Linux操作系统，收到定位数据后，对历史数据进行缓存，并做数据优化处理运算，并将对应数据传输至计算机18，向计算机18上的平台软件同步信息，方便直观地确认操作工人的具体位置。

定位基站主站1还设置有连接于主站zigbee主控芯片10的RS485接口19。

结合图1和图4，定位基站辅站2集成了依次连接的辅站zigbee主控芯片14、辅站功放芯片15、二功分器17和辅站天线16，同样的，辅站zigbee主控芯片14采用JN5168低功耗zigbee芯片，辅站功放芯片15的型号为RFX2401C，辅站天线16采用两个朝相反方向设置的平板定向天线，二功分器17将辅站zigbee主控芯片14的信号分为两路，每路覆盖一个方向，从而实现前后信号覆盖，可以达到500米单向信号覆盖。

定位基站辅站2还设置有连接于辅站zigbee主控芯片14的RS485接口19，主站zigbee主控芯片10与辅站zigbee主控芯片14通过RS485接口19连接，实现定位基站主站1和定位基站辅站2之间的通信。

具体使用过程：定位器3向定位基站主站1发送测距请求，定位基站主站1对相应定位器3发起测距操作的同时，触发定位基站辅站2对相应定位器3进行测距操作，定位基站辅站2实现对定位器3方向的确认。

在测算定位器3与定位基站主站1之间的距离时，定位基站主站1向定位器3发送一个poll包，定位器3经时间Tat处理后向定位基站主站1回复一个ack包，定位基站主站1从发出poll包到接收ack包所经历的时间为Tot，则定位基站主站1和定位器3之间的信号传输时间为Ttof=（Tot-Tat）/2，根据信号传输时间Ttof及无线传输速度（光速），可以得出定位器3与定位基站主站1之间的距离L1，同理可得出定位器3与定位基站辅站2之间的距离L2。

主站和辅站配合测距原理是，定位基站主站1和定位器3进行定位运算得到距离L1，定位基站辅站2与定位器3进行定位运算得到距离L2，如果L1>L2则定位器3距离主站L1，并且定位器3位于定位基站主站1靠近定位基站辅站2的一侧，如果L2>L1则定位器3距离主站L1，并且定位器3位于定位基站主站1远离定位基站辅站2的一侧。

利用信号飞行时间(Tof)的方式，实现对人员实时位置的精确监控，定位精度可以达2米以内，满足施工安全救援精度要求。具备设备成本低、定位精度高、系统架设简单、维护使用方便等优势，能够应用在各种隧道建设场合人员精确定位，有着较好的推广价值和应用价值。

并且定位基站可以达到500米单向信号覆盖，即1公里双向，在隧道现场施工时1公里只需安装1套基站。

同时，定位器3基于zigbee低功耗设计，保证定位卡能保持1个月以上续航能力。

Claims (10)

1.一种隧道定位系统，其特征是：包括定位基站主站(1)、定位基站辅站(2)和定位器(3)，所述定位器(3)通过zigbee无线组网连接定位基站主站(1)和定位基站辅站(2)，并向定位基站主站(1)发送测距请求，所述定位基站主站(1)响应于测距请求对定位器(3)进行测距操作，并触发定位基站辅站(2)向定位器(3)发起测距操作。

2.根据权利要求1所述的一种隧道定位系统，其特征是：所述定位器(3)包括依次连接的定位zigbee主控芯片(4)、定位功放芯片(5)和定位天线(6)。

3.根据权利要求2所述的一种隧道定位系统，其特征是：所述定位器(3)内置可充电的电池供电，用于整个定位器(3)的电源供给。

4.根据权利要求2所述的一种隧道定位系统，其特征是：所述定位器(3)设置有连接于定位zigbee主控芯片(4)的求救按钮(8)按和报警器(9)。

5.根据权利要求1所述的一种隧道定位系统，其特征是：定位基站主站(1)包括依次连接的主站zigbee主控芯片(10)、主站功放芯片(11)和主站天线(12)，主站zigbee主控芯片(10)连接有Linux核心板(13)。

6.根据权利要求1所述的一种隧道定位系统，其特征是：定位基站辅站(2)包括依次连接的辅站zigbee主控芯片(14)、辅站功放芯片(15)和辅站天线(16)。

7.根据权利要求1所述的一种隧道定位系统，其特征是：定位基站主站(1)与定位基站辅站(2)通过RS485接口(19)连接。

8.根据权利要求1所述的一种隧道定位系统，其特征是：定位基站主站(1)和定位基站辅站(2)均设置有二功分器(17)并各连接有两个朝相反方向设置的平板定向天线。

9.根据权利要求2所述的一种隧道定位系统，其特征是：所述定位功放芯片(5)的型号为RFX2401C。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种隧道定位系统，其特征是：所述定位基站主站(1)连接有计算机(18)。