CN210509681U - 定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种定位系统，特别涉及一种借助飞行器(特别是四旋翼飞行器或无人机)对公用网络内的房间中的n台通风机(V1、V2、…、Vn)的相对位置进行定位的定位系统，所述定位系统包括：a.用于控制所述通风机(V1、V2、…、Vn)的中央计算机(2)，b.飞行器(20)，具有：i.飞行控制装置(21)和用于探测需要被定位的通风机(V1、V2、…、Vn)的功能的探测系统(22)，其中所述中央计算机(2)能够根据预设的控制程序选择性地为具有特定网络地址的通风机(Vi)激活所述功能，ii.用于检测刚被选择性激活的通风机(Vi)的位置的定位装置(23)，以及iii.用于在所述飞行器(20)与所述中央计算机(2)之间借助无线数据通信进行通风机数据的数据交换的通信装置(24)。

Description

定位系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于为通风机定位的定位系统。

背景技术

为能例如在房间规划图上呈现安装在网络内的洁净室(Reinraum) 中的通风机，需要确定这些通风机的位置。

建筑中使用被称为过滤器-风扇单元的模块，过滤器-风扇单元又称FFU或FVE(Filter-Ventilator-Einheit，过滤器-通风机单元)。这样一个通常由通风机和过滤器组成的模块从上方吸入空气并且通过过滤器将这部分空气送入房间。其目的是持续过滤循环空气。在排出侧上，对空气流选择性地进行湍流式导引或层流式导引。采用层流方案时，借助空气导引板将空气流平行化。由此产生从FFU到房间地板的竖向空气流。

过滤器-风扇单元主要设置在半导体制造、微系统工业、制药或食品产业所使用的洁净无尘室的天花板系统中。在洁净室天花板中通常安装有较大数量的成行成列排布的过滤器-风扇单元(FFU)。每个 FFU主管洁净室的某个区段。其中，每个FFU可由中央计算机单独控制。这一原理允许为每个由FFU照管的洁净室区段规定关于温度和空气流动(通风机转速)的独用额定值。位于发热机器上方的FFU例如会释放出冷却程度稍大的空气。通过这种方式在整个洁净室中产生均匀的温度梯度和均匀的空气流动。同时降低能耗。但这需要掌握通风机在网络中的确切位置，以便将通风机呈现在房间规划图中的通风机规划图中，能够在控制时做出响应，能够在故障情况下方便地确定位置，从而减小监测和养护难度。

现有技术中已经有各种处理方式来进行这样的定位以及将已测定的通风机或FFU的位置呈现在或转移到房间规划图中，特别是立体网络规划图中。传统做法是借助布线规划图来创建立体网络规划图，并且通风机已被绘入数字房间规划图中，之后必须按照给定的顺序进行安装和接线，这比较麻烦，因为安装时总是要确保将通风机以规定的网络地址安装至正确的位置。

现有技术所提供的替代方案是借助GPS技术测定每台通风机的位置并且将GPS位置传输至通风机中的数据寄存器。但这需要将控制器设计成能够从寄存器中读出网络地址和每个网络地址所对应的位置，以便将位置转移到房间规划图中。

也可以在设备上设置字母数字式地址标签或条形码形式的可读地址。通风机(或FFU)完成安装后，将带有给定的预定位置的适配标签粘贴到通风机或FFU上，而后进行扫描。特别是在通风机数量较大的情况下，这种做法存在错配隐患，并且校正时需要采取复杂的措施来发现错配。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是克服上述缺点并提供一种经优化和改善的、确定通风机(特别是布置在房间内的通风机)的位置的装置。

根据本实用新型，这个目的通过下文的特征而达成。

为此，本实用新型提出一种用于对公用网络内的(特别是房间内的)n台通风机的相对位置进行定位的定位系统，所述定位系统包括用于控制所述通风机的中央计算机以及飞行器，所述飞行器具有飞行控制装置和用于探测需要被定位的通风机的功能“F”的探测系统，其中所述中央计算机可根据预设的控制程序选择性地为具有特定网络地址的通风机激活所述这项功能“F”，所述飞行器还具有用于检测已被探测到的通风机的位置的定位装置以及用于在所述飞行器与所述中央计算机之间借助无线数据通信进行通风机数据的数据交换的通信装置，其中所述飞行器的飞行控制装置被配置为自主地根据启动指令而遵照至少部分地预定义的飞行路径，以便在探测到其功能“F”刚被选择性激活的通风机时，将所述这个通风机的被所述定位装置相应检测到的位置(位置数据)传输至所述中央计算机，所述中央计算机将所述位置分配给所述这个通风机的网络地址。

下面对本实用新型的设计原理进行说明。本实用新型的定位系统的一个元件是飞行器，特别是无人机或悬浮平台(Schwebeplattform)。适用的例如有四旋翼飞行器(Quadrocopter)或其他可在房间或建筑中移动的飞行器。其中如下设置：所述飞行器至少能够独立确定它在建筑或洁净室内的相对位置或绝对位置。飞行器配设可由中央计算机控制的、用于对飞行器在房间内的飞行行为进行控制的无线电控制装置。

特别有帮助的是：飞行器或四旋翼飞行器的控制器采用能够进行碰撞识别且能使飞行器自主飞行的设计。其中，可以借助已知技术如 GPS、Glonass、Galileo、百度信号来为飞行器定位。

最近实现了至今被广泛使用的蓝牙标准的下一个版本。蓝牙技术联盟(SIG)发布了关于蓝牙5.1的规范，一个新细节令这项新标准变得特别有意思。所谓的“测向”功能允许在房间内精确到厘米地探测发出蓝牙信号的物体。先前版本已经可以例如根据信号强度来确定与通信伙伴之间的大致距离。

只不过，现在的“测向”功能不但测距精度高很多，还能识别信号来自哪个方向。有两种不同的定位服务可供使用：实时定位服务 (RTLS)和室内定位系统(IPS)。这两种服务所采用的三角测量法需要三个蓝牙元件。基于间距已知的两个点，可以通过角度测量在房间内精确定位第三个点。不采用测向功能时的精度为一至十米，如SIG所称，新技术能实现精确到厘米的探测。

根据本实用新型的实施方式，为此，每台通风机或每个FFU均配设相应的蓝牙5.1低能信标(蓝牙无线电发射器)。这个发射器能够执行RTLS和IPS功能，从而对蓝牙5.1标准的“测向”加以利用。

为此，本实用新型提出：飞行器具有数个位于飞行器的不同位置处的无线电天线，特别是数个接收天线，以便能更精确地确定已接收到的无线电信号的方向，从而进一步改善定位精度。

针对所有FFU布置成网格的应用实例，飞行控制软件可以已包含网格信息，以便更方便地在网格中进行分配并且更快地、明确地实现可视化。

进一步有利地提出：在软件中设置能够识别哪些通风机配设了蓝牙5.1发射器的识别询问(Erkennungsabfrage)。

此外，飞行器具有优选朝正下方(也就是朝地面方向)定向的摄像机以及用于与洁净室设施或制冷/空调设施的定位系统的中央计算机形成无线电连接的无线电单元。其中，中央计算机是系统中承担中央主机和集中控制功能的设备。

在替代实施方式中，本实用新型的系统也可以在建筑或房间以外应用，也就是应用于室外区域，例如屋顶。

根据本实用新型的有利实施方式，如下设置：所述探测功能 (detektierendeFunktion)“F”是被激活的通风机以特定转速旋转。为此，中央计算机可对具有特定网络地址的通风机进行控制并触发其旋转，特别是以预定义的(可被摄像机有效地检测为运动的)转速旋转。

此外，以下实施方式是有利的：所述探测系统包括光学检测装置，优选是摄像机，所述摄像机定向或可定向成能以光学方式检测所述功能“F”被激活的通风机的旋转或运动。如果所有通风机都在地面上，摄像机就可以简单地朝下定向。

可以让LED闪光，该LED由中央计算机激活。

中央计算机按顺序每次各启动一台通风机并且将这台通风机的网络地址以无线方式告知飞行器。飞行器依照飞行模式系统性地巡视设施或房间并且借助光学检测装置(例如摄像机)识别哪台通风机正在旋转。一旦飞行器探测到这台通风机，位置检测装置就检测该通风机的位置并且以数据反馈的方式将这台通风机的位置发送至中央计算机。逐次为每一台尚未被检测位置的通风机重复这个操作，直至所有通风机的位置均被确定。

由于控制器每次仅触发一台通风机旋转并且所有的其他通风机均具有一项功能，该功能使得通风机在不出现控制额定值的情况下实际也停止运行，因此，飞行器能够可靠识别出哪台通风机正在旋转。

在另一优选技术方案中，所述定位系统进一步具有用于在房间规划图中将检测到的空间位置可视化的设备。在此情况下，中央计算机可将相应的通风机可视地突出显示在房间规划图上。

中央计算机对所获得的位置信息加以利用，以便能将通风机的图形表示置入房间规划图中，并且通过已知的网络地址也能将这个位置写入通风机，如此一来，例如当中央计算机完全失效时，就能直接从通风机的存储器中读取这些位置信息。此外，一旦中央计算机被告知设施的某个点的绝对位置，控制器或主机就能将相对位置信息转换成绝对位置信息。

在替代性或补充性技术方案中，如下设置：所述探测系统包括声音接收装置，优选是至少一个传声器，所述传声器定向或可定向成能以声学方式检测所述功能“F”被激活的通风机的旋转。

系统性地巡视通风机以寻找正在旋转的设备，这可以通过以下方式得到优化：在飞行器上安装数个传声器，借助这些传声器检测正在运行的通风机的噪声方向。替代方案是：仅安装单独一个传声器，从某个位置出发并检测音量变化，进而检测正在旋转的通风机的声压级变化。

根据飞行路径和检测到的声压级曲线并参考所保存的声压级参考值，可以借助分析算法测定正在旋转的通风机的位置。

通过以下方式可以进一步优化借助噪声检测所实现的定位：启动通风机时使其进入通常所不希望的工作状态，该工作状态例如会产生啸叫的换向噪声(也就是大家所知道的“PWM啸声(PWM-Pfeifen)”)。此时可以基于频率(特别是借助滤波装置)来改善信噪比并且在“PWM 啸声”的频率范围内针对性地寻找噪声。

原则上也可以如下设置：在检测到这台通风机的位置信息后，通过控制信号自动停止不希望的工作状态。

作为使用光学检测装置(例如朝下定向的摄像机)的替代方案，也可以借助事先安装至通风机的转子叶片的测量带来检测被激活的通风机的旋转运动。而后便可借助激光束以传统的光学分析装置进行分析。作为安装在飞行器上的探测系统的另一替代方案，可以借助超声波收发器进行超声波探测，该超声波收发器能够发出超声波信号且能用超声波传感器接收响应函数。

这种方案的另一种变体方案是，可被激活的功能“F”不是通风机的运行，而是LED的闪光：飞行器或四旋翼飞行器在优选变暗的房间中飞行时能够很好地探测到LED的发光。在此情况下使用光传感器来进行探测。此处选择使用数个光传感器，以便能借助无人机进行更好的方向确定，进而能够粗略地确定待探测FFU的方向和位置。

为了避免与墙壁和支柱发生碰撞，飞行器有利地具有相应的传感器。此外，通风机单元可具有红外接收器且飞行器可具有IR发射器，以便实现二者之间的通信，特别是将检测到的位置移交给“选择”通风机(den“selektieren”Ventilator)。替代性地，也可以采用RFID技术。

通风机或FFU可以通过特殊的、同样需由飞行器探测的闪光序列来宣告定位的结束。

本实用新型的另一个方面涉及一种对n台通风机的相对位置进行定位的方法。

为此，提出以下步骤：

a.借助所述中央计算机激活需要被定位的通风机的功能，所述功能可被所述飞行器的探测系统探测到，

b.传输其功能刚被激活的通风机的网络地址；

c.借助所述飞行控制装置按照一定的飞行模式系统性巡视所述通风机，直至所述飞行器借助所述探测系统探测到所述功能被激活的通风机；

d.一旦探测到所述通风机，就借助所述位置检测装置检测所述通风机的位置并且将所述这台通风机的位置传输至所述中央计算机；

e.逐次为每一台尚未被检测位置的通风机重复步骤a)至e)，直至所有通风机的位置均被确定。

关于本实用新型其他有利改进方案的特征请参阅上文，下面参照附图并结合本实用新型的优选实施方案予以详细说明。

附图说明

其中：

图1为例示性定位系统的示意图。

具体实施方式

下面将参考图1对本实用新型进行详细阐述。该图示出用于对具有墙壁W的房间中的例示性通风机V1、V2、…、Vn(在此例示性地 n＝3)的相对位置进行定位的定位系统。

其中，通风机V1、V2、V3与中央计算机2一同布置在公用网络内。中央计算机2既用于控制通风机，又用于执行网络中的其他控制技术任务，如激活通风机的功能F，例如启动和关停通风机V1、V2、 V3。

定位系统还包括飞行器20，该飞行器在本实施例中是四旋翼飞行器。

四旋翼飞行器20具有飞行控制装置21以及用于探测刚被激活的通风机Vi(在此为V3)的功能F的探测系统22。

四旋翼飞行器20还具有用于检测刚被选择性激活的通风机的位置的定位装置23。此外还设有用于在四旋翼飞行器20与中央计算机 2之间借助无线数据通信进行通风机数据的数据交换的通信装置24。

飞行器20的飞行控制装置21被配置为使得四旋翼飞行器20自主地根据启动指令而遵照至少部分地预定义的飞行路径，以便在探测到其功能F刚被选择性激活的通风机V3时，将该通风机的被定位装置23检测到的位置传输至中央计算机2。

中央计算机2具有分配寄存器，在该分配寄存器中，将每个网络地址IP1、IP2、IP3的位置分配给相应的通风机V1、V2、V3。随后，通风机可在图中未示出的可视化设备中，在房间规划图中立体地呈现在其已被测定的位置上。此外还可以针对通风机V1、V2、V3中的每一者，在可视化时呈现中央计算机所了解的进一步信息。

Claims (11)

1.一种定位系统，用于对公用网络内的房间中的n台通风机(V1、V2、…、Vn)的相对位置进行定位，其特征在于，所述定位系统包括：

a.用于控制所述通风机(V1、V2、…、Vn)的中央计算机(2)，

b.飞行器(20)，具有：

i.飞行控制装置(21)和用于探测需要被定位的通风机(V1、V2、…、Vn)的功能的探测系统(22)，其中所述中央计算机(2)能够根据预设的控制程序选择性地为具有特定网络地址的通风机(Vi)激活所述功能，

ii.用于检测刚被选择性激活的通风机(Vi)的位置的定位装置(23)，以及

iii.用于在所述飞行器(20)与所述中央计算机(2)之间借助无线数据通信进行通风机数据的数据交换的通信装置(24)，

c.其中所述飞行器(20)的飞行控制装置(21)被配置为自主地根据启动指令而遵照至少部分地预定义的飞行路径，以便在探测到其功能刚被选择性激活的通风机(Vi)时，将其功能刚被选择性激活的通风机(Vi)的被所述定位装置(23)检测到的位置传输至所述中央计算机(2)，所述中央计算机将所述位置分配给其功能刚被选择性激活的通风机(Vi)的网络地址。

2.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述功能是被激活的通风机(Vi)以预定义的转速旋转。

3.根据权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，所述探测系统(22)是光学接收装置，所述光学接收装置定向或能够定向成能以光学方式检测所述功能被激活的通风机(Vi)的旋转。

4.根据权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，所述探测系统(22)是声音接收装置，所述声音接收装置定向或能够定向成能以声学方式检测所述功能被激活的通风机(Vi)的旋转。

5.根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于，所述功能是从所述通风机发出的声息信号或者是超声波信号。

6.根据权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，进一步设有用于在房间规划图上将检测到的空间位置可视化的设备。

7.根据权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，所述通风机进一步配设蓝牙无线电发射器。

8.根据权利要求7所述的定位系统，其特征在于，所述发射器能够发出符合蓝牙5.1标准的蓝牙信号。

9.根据权利要求1或2所述的定位系统，其特征在于，所述飞行器(20)配设用于接收蓝牙信号或信标的装置。

10.根据权利要求3所述的定位系统，其特征在于，所述光学接收装置是摄像机。

11.根据权利要求4所述的定位系统，其特征在于，所述声音接收装置是至少一个传声器。

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