CN2896704Y - 蓝牙无线跟踪定位系统 - Google Patents

Abstract

本专利给出了一种蓝牙无线跟踪定位系统，由于蓝牙技术具有技术先进、体积小、功耗小、成本低等特点，可支持多个设备、具有一定的穿透性、全方向数据传输，采用自适应跳频技术，具有较强的抗干扰能力，可实现对小区域范围内多个节点的实时控制。该系统由主接入点设备，从节点设备、监控中心组成(见附图)，从节点设备(3)以无线通信方式同主接入点设备进行信息交换，主接入点设备(4)与监控中心(5)采用串行总线相互连接。从节点设备包括蓝牙模块、供电电路、天线等；主接入点设备包括蓝牙模块、供电电路、天线、微处理器、串行接口等；监控中心包括信息管理数据库、显示界面等。

Description

蓝牙无线跟踪定位系统

技术领域

本实用新型专利是一种无线跟踪定位系统，尤其将蓝牙(Bluetooth)技术引用到了其中。

背景技术

目前市场上常见的无线跟踪定位设备，通常是基于GPS、GSM、WCDMA等技术，其具有定位比较精确，覆盖的区域范围较大等优势，但同样也有成本高、功耗高等缺点，并不适用于小区域的无线跟踪定位。

蓝牙技术是一种点到多点的无线语音和数据传输技术，使用2.4GHz频段。主要优势是：支持多个设备、具有一定的穿透性、全方向传输。蓝牙技术中使用自适应快速跳频技术，因而具有抗干扰能力强、保密性好、通信质量稳定的优点，同时还具有低功耗、低成本、灵活安全和电磁污染小等特点。蓝牙所采用的前向纠错技术和优化的编码方式可使蓝牙技术应用于各种恶劣的无线环境。蓝牙协议是一个完整的综合协议，其应用模式主要是将协议固化在芯片中，并内置于笔记本电脑及其他需要连线的智能化设备中，当然也可以把无线模块直接嵌入到蜂窝手机或其他设备之中，应用控制方式相当便捷。蓝牙技术的特点可以归纳为以下几点：

●全球范围适用；

●可同时传输语音和数据；

●可以建立临时性的对等连接；

●具有很好的抗干扰能力；

●蓝牙模块体积很小，可以方便地集成到各种设备中；

●低功耗；

●开放的接口标准；

蓝牙技术标准和OSI一样，在它的协议体系结构中使用了分层的方法，各层协议定义了所完成的功能和使用的数据分组格式。具体可以分为四层，分别为：

·核心协议：射频、基带、LMP、L2CAP、SDP；

·电缆替代协议：RFCOMM；

·电话传送控制协议：TCS二进制、AT命令集；

·可选协议：PPP、UDP/TCP/IP、OBEX、WAP、vCard、vCal、IrMC、WAE。

各层次的具体定义以及数据分组格式，请参考蓝牙协议标准。

在蓝牙协议中规定了三种网络拓扑结构，分别为：点对点网络拓扑结构、点对多点网络拓扑结构和散射网网络拓扑结构，如图1所示。

在蓝牙无线跟踪定位系统中，我们选择了点对多点网络拓扑结构。

蓝牙技术的这些优势，为其在小区域内的无线安全跟踪定位的实际应用提供了条件。

发明内容

随着无线通信技术的发展，特别是数字通信技术的进步，无线产品性能和造价的比价更趋合理，所以，利用无线技术进行监控，跟踪，定位成为现实。特别是蓝牙(Bluetooth)技术的出现，为无线监控技术的推广应用奠定了坚实的基础。利用蓝牙技术的产品，具有技术先进，体积小，功耗低，造价低等特点，而且，在监控过程中允许被监控对象在一定范围内移动，因此，利用蓝牙技术对有关特殊场合，如矿井、车间、监狱等区域性场合的人员进行实时定位跟踪，以及在发生意外情况时，对人员的位置进行定位，为即时对意外事件处理采取应急措施，减小其危害程度起到非常重要的作用。特别是，当前我国政府对煤矿安全生产越来越重视，煤矿工人的生命安全越来越受到各界的广泛关注，因此，对每一个矿工在井下的实际工作位置进行实时定位跟踪是十分重要的。

本实用新型的目的是提供一种无线跟踪定位系统，为了解决成本高、功耗大和小区域定位的问题，本系统运用蓝牙技术，具有技术先进、体积小、功耗小、造价低的特点，为小区域的无线跟踪定位提供了前所未有的技术基础。

在充分分析蓝牙技术以及小区域无线跟踪定位特点的基础上，本专利提出了蓝牙无线安全跟踪定位系统方案，主要达到一下目的：

●利用主接入点设备对从节点设备进行跟踪定位，提供从节点设备的活动范围。

●主接入点设备负责将其监控范围内的从节点设备的相关信息上报给监控中心。

●在发生异常情况时，从节点设备能主动和主接入点通信，并提供其区域范围，由主接入点设备向监控中心发出报警信息。

●在监控中心，为相关的人员提供友好的显示界面，让工作人员能及时了解各个移动从节点设备的活动范围。

●在监控中心数据库中保存各个移动从节点设备的详细活动轨迹。

●利用蓝牙模块提供语音通信的功能。

本实用新型所采取的技术方案如下：

一种蓝牙无线跟踪定位系统，由主接入点设备、从节点设备和监控中心组成，从节点设备附着在被跟踪对象的表面或内部，当一个新的从节点设备进入主接入点设备控制区域后，主接入点设备负责添加该从节点设备，并将相关信息上报给监控中心，当主接入点设备控制范围内的某个从节点设备离开其控制区域后，主接入点设备要对其做出相应处理，并将信息上报给监控中心；另外在发生异常情况时，从节点设备还可以主动请求和主接入点设备进行通信，将相关的异常信息及时地上报给监控中心，以便监控中心的工作人员能及时地采取相应的措施；在监控中心，为用户提供友好的用户界面，能及时显示各种当前信息，并对信息轻重情况进行分类，对异常情况给出报警提示。

所述的从节点设备包括：蓝牙模块与供电电路相连接，所述的从节点设备还包括蓄电池在内的掉电、充电保护供电电路，以保证长期供电。

所述从节点设备的供电电路由外电源与可充电电池双电源，可进行低电压报警，外电源可直接从被控物体获取。

所述的主接入点设备包括：蓝牙模块与供电电路相连接，具有串口，其电源直接从外电路上获取。

所述的一个主接入点设备可与多个从节点设备建立无线连接，可同时对多个被监控对象进行无线跟踪定位。

通过蓝牙(Bluetooth)无线通信技术实现无线跟踪定位功能的系统由主接入点设备、从节点设备和监控中心组成。所述的从节点设备和被控制对象联系在一起，并以无线的方式和主接入点设备进行信息交换；主接入点设备负责对其控制范围内的从节点设备的相关信息进行管理，并用串口的方式将相关信息上报给监控中心；监控中心负责对其相关信息的处理、显示和报警。

系统各组成部分说明如下：

(1)从节点设备：放置在被控制对象的表面或内部，与被监控对象物理集成为一体，具有以下功能：

a与主接入点设备进行无线信息交换；

b报警：被控制对象发生异常或电池电压较低时报警等；

c电源：实现外电源与可充电电池，完成双电源供电，具有低压报警功能。外电源可由被监控对象或其它设备提供；

d有条件地与监控中心进行语音通信。

(2)主接入点设备：放置在监测区域适当的位置，能够跟踪到其覆盖区域内的全部被监控对象(从节点设备)。

a主接入点设备中的蓝牙模块与从节点设备中的蓝牙模块实现无线连接，主接入点设备与监控中心通过串口相连；

b在规定的时间内对从节点设备进行定位检测；

c及时将其控制区域内的从节点设备的工作情况上报给监控中心。

d同从节点设备进行语音通信。

(3)监控中心：

a利用串口方式与主接入点相连接；

b建立各个从节点设备位置信息的数据库管理系统；

c监控中心计算机界面能及时直观显示各个从节点设备的位置信息；

d在从节点设备发生异常情况时，具有报警显示功能。

所述的从节点设备与被监控对象物理连接，附着在被监控对象上，能及时地将被监控对象的位置信息上报给对应的主接入点设备，在发生异常情况时能及时将异常信息及时上报给主接入点设备，另外其自身能对电池电压进行检测，当电池电压低时能给出相应的提示报警。

所述的主接入点设备通过串行总线的方式与控制中心连接，及时地将从节点设备的相关位置信息和危急情况信息上报给监控中心。

所述的监控中心采用数据库管理和友好界面显示的方式，能将各个监控对象的相关信息及时地显示出来，并在需要的时候发出报警信息，提醒相关工作人员采取相应措施。

所述的监控中心可以和一个或多个主接入点设备建立通信。

所述的一个主接入点设备可与多个从节点设备实现无线信息交换，同时对多个被控制对象进行实时定位。

本系统还具有如下功能：

●系统的可靠性：MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，保证系统的可靠性。

●防干扰、误报：蓝牙采用快跳频技术，具有抗干扰性、抗噪声、抗衰减和保密性能好等优点。

●对其它无线设备的影响小：蓝牙发射功率较低，因此对周围其它无线设备影响很小。

●控制范围的可调性：可以通过选择发射功率来调整主接入点设备的监控范围。一般为10米～100米，满足本系统要求。

综上所述，蓝牙(Bluetooth)无线跟踪定位系统创新点如下：

●本无线跟踪定位系统采用了蓝牙(Bluetooth)无线通信技术，可自行选定控制对象、自行设定控制区域；可对单个目标和多个目标进行实时跟踪定位，实用性强，使用灵活。

●本无线跟踪定位系统的主接入点设备和从节点设备的体积都比较小，并且可实现全向无线通信，所以其使用灵活、方便。

●本无线跟踪定位系统，采用了蓝牙全向无线通信技术，可保证被控制对象具有一定的可移动性。

●本无线跟踪定位系统，为蓝牙在安全定位上的应用提供了完整的解决方案。

附图说明

图1：蓝牙网络拓扑结构图

图2：蓝牙无线安全跟踪定位

图3：从节点设备原理图

图4：从节点设备程序流程图

图5：主接入点设备原理图

图6：主接入点设备程序流程图

图7：监控中心原理图

具体实施方式

蓝牙无线跟踪定位系统，核心部分是主接入点设备和从节点设备两个部分，两者之间通过蓝牙技术实现无线连接，两者之间有效通信距离为10～100米。

蓝牙无线跟踪定位系统的主要技术指标为：

●单个主接入点设备能够控制的从节点数目          大于30个

●单个主接入点设备监控从节点设备的活动范围      10～100米(半径)

●从节点的电池工作时间                          90天

●环境温度                                            -10℃～50℃

蓝牙无线跟踪定位系统的应用范围为：煤矿、监狱、特殊监控场所等小区域范围的无线跟踪定位。

无线跟踪定位实施过程：

蓝牙(Bluetooth)无线跟踪定位系统由被控制对象、主接入点设备、从节点设备、监控中心组成。从节点设备附着在被控制对象的表面或嵌入其内部。

从节点设备是由蓝牙模块、供电电路、接收电线及发送天线等部分组成。

主接入点设备是由蓝牙模块、供电电路、串口接口等部分组成。

监控中心由信息管理数据库、显示界面和语音报警等部分组成。

系统各组成部分说明如下：

从节点设备：主要由蓝牙(Bluetooth)模块构成，其附着在被监控对象上或嵌入到被监控对象中，能及时地将被监控对象的位置信息上报给对应的主接入点设备，在发生异常情况时能及时将异常信息及时上报给主接入点设备，另外其自身能对电池电压进行检测，当电池电压低时能给出相应的提示信息。

主接入点设备：主要由蓝牙(Bluetooth)模块构成，其实时地对从节点进行无线跟踪定位，并能通过串行总线的方式与控制中心连接，及时地将从节点的相关位置信息和危急情况上报信息上报给监控中心。

监控中心：系统的监控中心采用数据库管理和友好界面显示的方式，能将各个监控对象的相关信息及时地显示出来，并在需要的时候发出报警信息，提醒相关工作人员采取相应措施。

系统运行后，主接入点设备的蓝牙模块通过输出天线采用查询及寻呼模式，与在其有效控制范围内的从节点设备建立无线链路，形成一个星型网络，星型网络中一个主接入点设备能同时和多个从节点设备建立无线链路，在规定时间内主接入点设备要对其控制范围内的从节点进行跟踪定位，并能将相应的信息上报给监控中心。

系统运行后，主接入点设备能够实现随时对进入其控制范围的从节点设备的添加以及对离开其控制范围的从节点设备的删除，具有较强的灵活性。

系统运行后，从节点设备要能接收主接入点设备的添加请求信息，并能在规定的时间内通主接入点通信，及时地上报其位置信息。

监控中心负责完成对各个主接入点设备上报信息的接收和处理，并给管理人员提供友好的界面，让管理人员能及时了解每个控制对象当前的位置信息和每个控制对象的历史信息。

Claims (5)

1.蓝牙无线跟踪定位系统由主接入点设备，从节点设备、控制中心组成，从节点设备附着在被控制对象的表面或嵌入到其中，其特征是：从节点设备和主接入点设备均具有蓝牙模块，而且所述从节点设备(3)以无线通信方式与主接入点设备(4)进行信息交换，主接入点设备(4)利用串行总线与控制中心(5)相连。

2.如权利要求1所述的蓝牙无线跟踪定位系统，其特征是：所述的从节点设备包括：蓝牙模块、供电电路、天线，所述的从节点设备还包括蓄电池在内的掉电、充电保护供电电路，保证长期供电以及所采用的控制通信方式；供电电路为蓝牙模块供电，蓝牙模块通过天线来接收和发送无线信号。

3.如权利要求2所述的蓝牙无线跟踪定位系统，其特征是：所述从节点设备的供电电路是外电源与可充电电池供电方式，即双电源方式，具有低电压提示，外电源可由被控物体提供等。

4.如权利要求3所述的蓝牙无线跟踪定位系统，其特征是：所述的主接入点设备包括：蓝牙模块、供电电路、天线、串行接口和所采用的通信控制方式；供电电路为蓝牙模块供电，蓝牙模块通过天线接收和发送无线信号，串行接口与总线相连，与监控中心通信。

5.如权利要求4所述的蓝牙无线跟踪定位系统，其特征是：所述的一个主接入点设备可与多个个从节点设备同时建立无线相连，实现同时对多个被监控对象的实时控制和跟踪，在特定要求下主接入点设备和从节点设备还可以实现语音通信。

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