CN216217584U - 一种隧道实时定位基站 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种隧道实时定位基站，属于隧道定位技术领域，包括控制模块、分别与所述控制模块连接的信息传输模块和定位通信模块，以及分别为所述控制模块、信息传输模块以及定位通信模块供电的电源模块；所述信息传输模块包括分别与所述控制模块连接的以太网子模块和串口接口，以及与所述以太网子模块连接的通信子模块；所述定位通信模块包括与所述控制模块连接的UWB子模块，所述UWB子模块外接UWB天线。本实用新型解决了卫星导航高精度定位盲区的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于隧道定位技术领域，尤其涉及一种隧道实时定位基站。
背景技术
高精度定位在交通领域具有广泛应用需求，包括自动驾驶、辅助驾驶、道路运管部门的高精度作业和维护车辆、专用车辆和设备等，都需要高精度定位的支撑。
在室外空间，目前普遍使用基于地基增强的卫星导航高精度定位，采用参数标定好的高精度参考站接收卫星导航定位信号，并计算误差，将误差通过通信网络传递给有效范围内的其他接收机使用，其他接收机将从卫星收到的导航定位信号扣除上述误差后，可以获得最高达厘米级高精度定位。然而，采用卫星导航定位技术，对定位区域环境要求高，在城市高架桥下方、或楼群遮挡严重的城市道路环境、地下停车场、隧道等特殊区域，卫星信号非常微弱或无信号，会导致完全无法定位，基于地基增强的高精度定位也完全失效。
为了解决卫星导航高精度定位盲区问题，国内外不少学者投入无线定位技术的研究，目前将无线定位技术用于遮挡和室内环境定位方面的研究主要集中在RFID、Zigbee和UWB。考虑到RFID技术用户的安全隐私保障和国际标准化目前都不够完善。UWB定位技术相比于Zigbee定位技术，其拥有更高的抗多径干扰能力和更高的测距精度，以及高速数据传输优势。因此，本实用新型隧道高精度定位基站选用UWB作为定位信号；并采用4G/5G进行网络通信，实现了具有高度实用性的隧道高精度定位基站。
实用新型内容
针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种隧道实时定位基站，解决了卫星导航高精度定位盲区的问题。
为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案为：
本方案提供一种隧道实时定位基站，包括控制模块、分别与所述控制模块连接的信息传输模块和定位通信模块，以及分别为所述控制模块、信息传输模块以及定位通信模块供电的电源模块；
所述信息传输模块包括分别与所述控制模块连接的以太网子模块和串口接口，以及与所述以太网子模块连接的通信子模块；
所述定位通信模块包括与所述控制模块连接的UWB子模块，所述UWB子模块外接UWB天线。
进一步地，所述控制模块采用型号为STM32F407IGHx的控制芯片U_ARM；
所述芯片U_ARM的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK引脚分别与所述以太网子模块连接，所述芯片U_ARM的RS232_TX引脚以及RS232_RX引脚分别与所述串口接口连接，所述芯片U_ARM的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚分别与所述UWB子模块连接。
再进一步地，所述以太网子模块采用lan8720aPHY的通信芯片U_ETHERNET；
所述芯片U_ETHERNET的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK分别与所述芯片U_ARM的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK一一对应连接；
所述芯片U_ETHERNET的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚分别与所述通信子模块连接；
所述串口接口的第2引脚和第3引脚分别与所述芯片U_ARM的RS232_TX引脚以及RS232_RX引脚一一对应连接。
再进一步地，所述通信子模块为4G或5G通信子模块；
所述通信子模块的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚分别与所述芯片U_ETHERNET的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚一一对应连接。
再进一步地，所述UWB子模块采用型号为DW1000的UWB通信测距芯片U_UWB；
所述芯片U_UWB的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚分别与所述芯片U_ARM的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚一一对应连接。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型技术采用UWB和4G/5G通信为基站核心模块，通过发收UWB信号实现对隧道内车辆或人员的实时定位、通过4G/5G信号实现基站与后方管理平台的通信连接，实现了具有高度实用性的隧道高精度定位基站，解决了卫星导航高精度定位盲区的问题。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图。
图2为本实用新型的隧道定位装置原理图。
图3为本实施例中动态分区组网示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。
实施例
本实用新型采用UWB和4G/5G通信为基站核心模块，通过发收UWB信号实现对隧道内车辆或人员的实时定位、通过4G/5G信号实现基站与后方管理平台的通信连接。如图1所示，本实用新型提供了一种隧道实时定位基站，包括控制模块、分别与所述控制模块连接的信息传输模块和定位通信模块，以及分别为所述控制模块、信息传输模块以及定位通信模块供电的电源模块；所述信息传输模块包括分别与所述控制模块连接的以太网子模块和串口接口，以及与所述以太网子模块连接的通信子模块；所述定位通信模块包括与所述控制模块连接的UWB子模块，所述UWB子模块外接UWB天线。
如图2所示，所述控制模块采用型号为STM32F407IGHx的控制芯片U_ARM；所述芯片U_ARM的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK引脚分别与所述以太网子模块连接，所述芯片U_ARM的RS232_TX引脚以及RS232_RX引脚分别与所述串口接口连接，所述芯片U_ARM的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚分别与所述UWB子模块连接。
本实施例中，控制模块使用了ARM的STM32F407IGHx作为处理器芯片。操作系统使用了CMSIS-RTOS RTX5来进行中断和线程的调度与操控，外接有对应的LED指示灯来监测芯片的运行状态。
如图2所示，所述以太网子模块采用lan8720aPHY的通信芯片U_ETHERNET；所述芯片U_ETHERNET的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK分别与所述芯片U_ARM的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK一一对应连接；所述芯片U_ETHERNET的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚分别与所述通信子模块连接；所述串口接口的第2引脚和第3引脚分别与所述芯片U_ARM的RS232_TX引脚以及RS232_RX引脚一一对应连接。
如图2所示，所述通信子模块为4G或5G通信子模块；所述通信子模块的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚分别与所述芯片U_ETHERNET的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚一一对应连接。
如图2所示，所述UWB子模块采用型号为DW1000的UWB通信测距芯片U_UWB；所述芯片U_UWB的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚分别与所述芯片U_ARM的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚一一对应连接。
本实施例中，控制模块的运行如下：
1)、动态分区组网：(以下收发信号都是UWB信号，没有收发以太网络信号，由控制模块控制UWB子模块的收发)
如下图3所示，黑色方块是主基站，灰色方块是从基站，白色方块是空闲基站(不参与定位的基站)，基站类型由控制模块控制。主基站：作为控制角色，职责包括：1、通过发送激活帧发起分区组网，并让从基站的时间与自己的时间同步；2、分配注册时隙给所有终端；3、接受终端注册帧；4、发送测距时隙帧给所有已注册终端；5、与终端测距(由终端发起)。从基站：作为配合角色，职责包括：1、接受主基站激活帧，完成与主基站的时间同步，并回应主基站激活信号；2、与终端UWB测距(由终端发起)。空闲基站：作为避免UWB信号相互干扰的角色，包括职责：1、不发送任何UWB信号，避免干扰相邻定位网络的UWB信号；2、使两个相邻定位网络相隔一定的距离，从而避免两个相邻定位网络中的UWB信号相互干扰。每隔一个周期，主基站控制模块控制切换为空闲基站，从基站控制模块控制切换为主基站，空闲基站每隔n个周期后控制模块控制切换为主基站(n可通过串口或以太网配置，图3中的n为3，空闲基站的目的是为了避免相邻定位网络UWB信号干扰)。N号主基站控制模块控制发送激活帧给N+1号从基站后，N+1从基站控制模块控制发送激活响应帧，N主机站接收到从基站激活响应帧后组网成功。主从基站都发送完激活帧后，所有接收到主、从基站激活信号的终端都被激活，完成分区和组网。
2)、注册：组网成功后，主基站控制模块控制UWB子模块发送注册时隙帧，使得区域内被激活的终端发起注册，以及处理UWB子模块接受的终端的注册帧；
3)、测距：注册完成后，主基站控制模块控制UWB子模块发送测距时隙帧，并且主基站与从基站通过UWB子模块收发UWB信号实现与终端的测距。
本实施例中，定位通信模块中：UWB子模块使用DW1000芯片，ARM通过SPI通信控制UWB子模块的信号收发，基站通过UWB子模块向终端发收UWB信号完成定位。
本实施例中，信息传输模块要实现定位，需依赖基站坐标等信息。用户可通过串口、网络设置基站参数与查看基站参数、状态信息。用户连接串口接口，通过命令行窗口，可设置基站的参数，以及获取基站的参数信息。
本实施例中，实用新型系统内运行了telnet服务，FTP客户端，MQTT客户端。用户可通过基站的网络接口连接telnet服务，在命令行窗口输入命令配置基站参数与获取参数信息；基站可通过网络接口，将参数与状态信息上传到MQTT服务器进行实时的参数与状态监控，并可通过MQTT服务器下发MQTT协议消息来配置已连网基站的各项参数，同时也可以配合MQTT服务器下发的升级指令从FTP服务器获取升级文件进行基站软件的远程升级与重启。
本实施例中，通信子模块为4G/5G模块。在网络布线困难的情况下，可通过通信子模块与以太网子模块进行网络通信。
本实施例中，电源模块分别为所述控制模块、信息传输模块以及定位通信模块提供3.3V电源。
Claims (5)
1.一种隧道实时定位基站，其特征在于，包括控制模块、分别与所述控制模块连接的信息传输模块和定位通信模块，以及分别为所述控制模块、信息传输模块以及定位通信模块供电的电源模块；
所述信息传输模块包括分别与所述控制模块连接的以太网子模块和串口接口，以及与所述以太网子模块连接的通信子模块；
所述定位通信模块包括与所述控制模块连接的UWB子模块，所述UWB子模块外接UWB天线。
2.根据权利要求1所述的隧道实时定位基站，其特征在于，所述控制模块采用型号为STM32F407IGHx的控制芯片U_ARM；
所述芯片U_ARM的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK引脚分别与所述以太网子模块连接，所述芯片U_ARM的RS232_TX引脚以及RS232_RX引脚分别与所述串口接口连接，所述芯片U_ARM的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚分别与所述UWB子模块连接。
3.根据权利要求2所述的隧道实时定位基站，其特征在于，所述以太网子模块采用lan8720aPHY的通信芯片U_ETHERNET；
所述芯片U_ETHERNET的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK分别与所述芯片U_ARM的RMII_TXD0引脚、RMII_TXD1引脚、RMII_TXEN引脚、RMII_RXD0引脚、RMII_RXD1引脚、RMII_CRS引脚、RMII_MDIO引脚、RMII_MDC引脚、RHY_RESET引脚以及RMII_CLK一一对应连接；
所述芯片U_ETHERNET的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚分别与所述通信子模块连接；
所述串口接口的第2引脚和第3引脚分别与所述芯片U_ARM的RS232_TX引脚以及RS232_RX引脚一一对应连接。
4.根据权利要求3所述的隧道实时定位基站，其特征在于，所述通信子模块为4G或5G通信子模块；
所述通信子模块的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚分别与所述芯片U_ETHERNET的RJ45_TX+引脚、RJ45_TX-引脚、RJ45_RX+引脚以及RJ45_RX-引脚一一对应连接。
5.根据权利要求4所述的隧道实时定位基站，其特征在于，所述UWB子模块采用型号为DW1000的UWB通信测距芯片U_UWB；
所述芯片U_UWB的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚分别与所述芯片U_ARM的UWB_WAKEUP引脚、UWB_RSTn引脚、GPIO[8..0]引脚、UWB_CSn引脚、UWB_CLK引脚、UWB_MOSI引脚以及UWB_MISO引脚一一对应连接。
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| CN216217584U true CN216217584U (zh) | 2022-04-05 |
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