專利名稱：一種無線三維定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于數(shù)據(jù)傳輸與通信技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種無線三維定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在采礦業(yè)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等許多領(lǐng)域都存在著對(duì)于移動(dòng)人員進(jìn)行無線三維定位的要求。
例如，在我國煤炭采礦業(yè)，井上控制中心需要實(shí)時(shí)了解井下礦工作業(yè)的確切位置。一旦發(fā)生礦井坍塌、瓦斯爆炸等礦難事故，這些確切的位置信息會(huì)給救援工作帶來極大的幫助。
再例如，在醫(yī)院住院處、監(jiān)護(hù)中心、療養(yǎng)院等地方，許多患者都會(huì)出現(xiàn)突發(fā)性疾病，需要進(jìn)行緊急的醫(yī)療救助。然而在某些情況下，他們的發(fā)病地點(diǎn)并非是病床附近，很可能是洗手間等場(chǎng)所。這就需要利用定位技術(shù)對(duì)患者所處位置進(jìn)行定位。
地面無線定位技術(shù)是通過測(cè)量無線電波的傳播時(shí)間，信號(hào)強(qiáng)度，相位，入射角度等參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的二維(X、Y方向)定位。目前還沒有能進(jìn)行無線三維定位的地面無線定位技術(shù)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是針對(duì)目前地面無線三維定位領(lǐng)域技術(shù)的空白，提出一種利用廣播機(jī)制的地面無線三維定位的系統(tǒng)，可以在地面對(duì)移動(dòng)人員進(jìn)行無線三維定位。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取以下設(shè)計(jì)方案，包括用戶終端、信息轉(zhuǎn)發(fā)基站、廣播基站、中心基站、中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
廣播基站用來負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、廣播Z坐標(biāo)信息；
用戶終端用來負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶終端的ID號(hào)；發(fā)送定位申請(qǐng)信息；接收Z坐標(biāo)信息、定位成功信息、廣播輪詢信息；信息轉(zhuǎn)發(fā)基站用來負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的ID號(hào)；轉(zhuǎn)發(fā)定位信息、定位成功信息、廣播輪詢信息；中心基站用來負(fù)責(zé)將無線鏈路轉(zhuǎn)換為有線鏈路；轉(zhuǎn)發(fā)定位信息、定位成功信息、廣播輪詢信息；中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)用來負(fù)責(zé)處理定位信息；計(jì)算用戶終端的X、Y、Z方向的坐標(biāo)信息；發(fā)送定位成功信息、廣播輪詢信息；其中，定位時(shí)，中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)從中心基站接收定位信息，中心基站從至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站接收定位信息，至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站從用戶終端接收定位申請(qǐng)信息，用戶終端從廣播基站接收Z坐標(biāo)信息；定位成功后，用戶終端從信息轉(zhuǎn)發(fā)基站接收定位成功信息，信息轉(zhuǎn)發(fā)基站從中心基站接收定位成功信息，中心基站從中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收定位成功信息。
所述的廣播基站由第一控制器模塊61、第一無線射頻模塊71、第一外部存儲(chǔ)模塊81、第一天線151組成，其中，第一控制器模塊61負(fù)責(zé)與第一無線射頻模塊71進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)控制對(duì)第一外部存儲(chǔ)模塊81進(jìn)行讀寫操作；第一無線射頻模塊71負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；第一外部存儲(chǔ)模塊81負(fù)責(zé)存儲(chǔ)Z坐標(biāo)信息；第一控制器模塊61通過數(shù)據(jù)線從第一外部存儲(chǔ)模塊81取得Z坐標(biāo)信息；再通過數(shù)據(jù)線傳輸給第一無線射頻模塊71，由第一天線151輸出。
所述的用戶終端由第二控制器模塊62、第二無線射頻模塊72、第二外部存儲(chǔ)模塊82、外部定時(shí)器模塊9、功率放大電路模塊10、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊11、按鍵12，蜂鳴器13，第二天線152組成，其中，第二控制器模塊62負(fù)責(zé)與第二無線射頻模塊72進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)控制對(duì)第二外部存儲(chǔ)模塊82進(jìn)行讀寫操作；第二無線射頻模塊72負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；第二外部存儲(chǔ)模塊82負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶終端的ID號(hào)；外部定時(shí)器模塊9負(fù)責(zé)定時(shí)喚醒第二控制器模塊62；功率放大電路模塊10負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大；蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊11負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器13；第二控制器模塊62通過數(shù)據(jù)線從第二外部存儲(chǔ)模塊82取得用戶終端的ID號(hào)，再通過數(shù)據(jù)線傳輸給第二無線射頻模塊72，后經(jīng)過功率放大電路模塊10放大，由天線152輸出；外部定時(shí)器模塊9通過數(shù)據(jù)線，傳輸定時(shí)喚醒信號(hào)給第二控制器模塊62；第二控制器模塊62通過數(shù)據(jù)線，傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)給蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊11。
所述的信息轉(zhuǎn)發(fā)基站由第三控制器模塊63、第三無線射頻模塊73、第三外部存儲(chǔ)模塊83、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14、第三天線153組成，其中，第三控制器模塊63負(fù)責(zé)與第三無線射頻模塊73進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)控制對(duì)第三外部存儲(chǔ)模塊83進(jìn)行讀寫操作；負(fù)責(zé)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14；第三無線射頻模塊73負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；負(fù)責(zé)測(cè)量接收信號(hào)的強(qiáng)度；第三外部存儲(chǔ)模塊83負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的ID號(hào)、信號(hào)的強(qiáng)度信息；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14負(fù)責(zé)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；第三控制器模塊63通過數(shù)據(jù)線從第三外部存儲(chǔ)模塊83取得信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的ID號(hào)；再通過數(shù)據(jù)線傳輸給第三無線射頻模塊73，由第三天線153輸出；第三無線射頻模塊73接收來自用戶終端的信息，并將該信號(hào)的強(qiáng)度信息傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由第三控制器模塊63通過數(shù)據(jù)線將該信號(hào)的強(qiáng)度信息存儲(chǔ)到第三外部存儲(chǔ)模塊83。
所述的中心基站由第四控制器模塊64、第四無線射頻模塊74、第四天線154、計(jì)算機(jī)接口模塊16，串口17組成，其中，第四無線射頻模塊74負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；第四控制器模塊64負(fù)責(zé)與第四無線射頻模塊74進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)接口模塊(16)進(jìn)行通信；計(jì)算機(jī)接口模塊16負(fù)責(zé)通過串口17與中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信；第四控制器模塊64將第四無線射頻模塊74從第四天線154接收到信息，通過數(shù)據(jù)線傳輸給計(jì)算機(jī)接口模塊16，后經(jīng)串口17傳輸?shù)街行谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型的工作過程如下根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)所的地理情況，確定所有移動(dòng)用戶可能到達(dá)的處于不同Z坐標(biāo)方向分層的數(shù)量；根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)所的情況，確定到達(dá)每個(gè)Z坐標(biāo)方向分層入口的數(shù)量以及所處的位置；在相同的Z坐標(biāo)方向分層的入口安置帶有相同Z坐標(biāo)信息的廣播基站；在不同的Z坐標(biāo)方向分層的入口安置帶有不同Z坐標(biāo)信息的廣播基站；廣播基站不間斷地廣播Z坐標(biāo)信息，具體工作步驟為A.用戶終端通過與廣播基站之間的無線鏈路，獲取、儲(chǔ)存、刷新Z坐標(biāo)信息；使用者申請(qǐng)定位，用戶終端將已儲(chǔ)存的Z坐標(biāo)信息以及本用戶終端的ID號(hào)(在本系統(tǒng)中是唯一的)，通過用戶終端與信息轉(zhuǎn)發(fā)基站之間的無線上行鏈路，發(fā)送給周圍的信息轉(zhuǎn)發(fā)基站，并等待接收確認(rèn)信息。如果定位成功，告知使用者；如果定位失敗，則采用重新定位機(jī)制；該重新定位的時(shí)間間隔通過設(shè)置定時(shí)器來控制，時(shí)間一到重新發(fā)送定位請(qǐng)求。設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器記錄重新發(fā)送定位請(qǐng)求的次數(shù)，如果超過一定閾值，則停止定位請(qǐng)求，則作為錯(cuò)誤事件報(bào)告使用者；B.至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站收到用戶終端的信息后，先測(cè)量該信號(hào)的強(qiáng)度，將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并存儲(chǔ)；再加上信息轉(zhuǎn)發(fā)基站各自的ID號(hào)(在本系統(tǒng)中是唯一的)和各自己存儲(chǔ)的信號(hào)的強(qiáng)度信息，通過信息轉(zhuǎn)發(fā)基站與中心基站之間的無線上行鏈路，發(fā)送給中心基站；C.中心基站收到至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的信息后，將信息經(jīng)過解碼處理，通過中心基站與中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的有線上行鏈路，發(fā)送給中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)；D.當(dāng)中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)收到中心基站的信息后，對(duì)信息的正確性進(jìn)行核對(duì)。核對(duì)成功，則通過中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)與中心基站之間的有線下行鏈路發(fā)送確認(rèn)信息給中心基站；中心基站收到確認(rèn)信息，則通過中心基站與信息轉(zhuǎn)發(fā)基站之間的無線下行鏈路發(fā)送確認(rèn)信息給信息轉(zhuǎn)發(fā)基站。信息轉(zhuǎn)發(fā)基站收到確認(rèn)信息，則通過信息轉(zhuǎn)發(fā)基站與用戶終端之間的無線下行鏈路發(fā)送確認(rèn)信息給用戶終端。用戶終端收到確認(rèn)信息，告知使用者定位成功；E.與此同時(shí)，中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收的信息包含用戶終端的ID號(hào)和Z坐標(biāo)信息，至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站各自的ID號(hào)以及這三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站各自存儲(chǔ)的信號(hào)的強(qiáng)度信息。通過辨別用戶終端的ID號(hào)可以判斷哪個(gè)用戶終端發(fā)出的定位申請(qǐng)，通過用戶終端發(fā)送并經(jīng)過信息轉(zhuǎn)發(fā)基站、中心基站轉(zhuǎn)發(fā)的Z坐標(biāo)信息，直接得出用戶終端所處的Z方向坐標(biāo)；通過至少三個(gè)的信息轉(zhuǎn)發(fā)基站各自的ID號(hào)以及這三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站各自存儲(chǔ)的信號(hào)的強(qiáng)度信息，可以通過算法計(jì)算出用戶終端X、Y方向的坐標(biāo)。
本實(shí)用新型通過廣播機(jī)制的一種無線三維定位系統(tǒng)填補(bǔ)了目前地面無線三維定位技術(shù)的空白，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)支持下的、地面無線三維定位系統(tǒng)，可應(yīng)用于大型、中型、小型等各類系統(tǒng)中、同時(shí)還具有設(shè)備體積小、安裝及操作便捷等特點(diǎn)。


圖1、無線三維定位系統(tǒng)一樓層中的整體結(jié)構(gòu)示意圖，其中1、中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，2、中心基站，31、第一信息轉(zhuǎn)發(fā)基站，32、第二信息轉(zhuǎn)發(fā)基站，33、第三信息轉(zhuǎn)發(fā)基站，41、第一廣播基站，42、第二廣播基站，51、第一用戶終端；圖2、無線三維定位系統(tǒng)的廣播基站結(jié)構(gòu)示意圖，其中61、第一控制器模塊，71、第一無線射頻模塊，81、第一外部存儲(chǔ)模塊，151、第一天線；圖3、無線三維定位系統(tǒng)的用戶終端結(jié)構(gòu)示意圖，其中62、第二控制器模塊，72、第二無線射頻模塊，82、第二外部存儲(chǔ)模塊，9、外部定時(shí)器模塊，10、功率放大電路模塊，11、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊，12、按鍵，13、蜂鳴器，152、第二天線；圖4、無線三維定位系統(tǒng)的信息轉(zhuǎn)發(fā)基站結(jié)構(gòu)示意圖，其中63、第三控制器模塊，73、第三無線射頻模塊，83、第三外部存儲(chǔ)模塊，14、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(可以是串聯(lián)也可以是并聯(lián))，153、第三天線；圖5、無線三維定位系統(tǒng)的中心基站結(jié)構(gòu)示意圖，其中64、第四控制器模塊，74、第四無線射頻模塊，154、第四天線，16、計(jì)算機(jī)接口模塊，17、串口；圖6、無線三維定位系統(tǒng)廣播基站的控制器系統(tǒng)的電路原理示意圖；圖7、無線三維定位系統(tǒng)用戶終端的控制器系統(tǒng)的電路原理示意圖；圖8、無線三維定位系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的控制器系統(tǒng)的電路原理示意圖；圖9、無線三維定位系統(tǒng)中心基站的控制器系統(tǒng)的電路原理示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例按圖1～圖9實(shí)施。
如圖1所示，是在一幢公寓樓的第一樓層中使用本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖，該第一樓層有兩個(gè)入口，分別在兩個(gè)入口安置了帶有相同Z坐標(biāo)信息的兩個(gè)廣播基站。本實(shí)施例包括中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)1和中心基站2，通過有線鏈路實(shí)現(xiàn)控制信息、數(shù)據(jù)信息傳輸；第一信息轉(zhuǎn)發(fā)基站31、第二信息轉(zhuǎn)發(fā)基站32、第三信息轉(zhuǎn)發(fā)基站33，通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)與用戶終端、中心基站的數(shù)據(jù)信息傳輸；第一廣播基站41、第二廣播基站42為該樓層兩個(gè)入口處的廣播基站，通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)與用戶終端的數(shù)據(jù)信息傳輸；用戶終端51為處于該樓層的一個(gè)用戶終端，通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)與信息轉(zhuǎn)發(fā)基站、廣播基站的數(shù)據(jù)信息的傳輸。
本實(shí)施例中的廣播基站、用戶終端、信息轉(zhuǎn)發(fā)基站、中心基站中所涉及到的控制器模塊的核心芯片，選定的型號(hào)為89S52；無線射頻模塊的核心芯片，選定的型號(hào)為CC1000；外部存儲(chǔ)模塊的核心芯片，選定的型號(hào)為24C16。
本實(shí)施例的廣播基站結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，包括第一控制器模塊61、第一無線射頻模塊71、第一外部存儲(chǔ)模塊81、第一天線151。其具體電路圖參見圖6，廣播基站的第一無線射頻模塊71的核心芯片的AVDD腳與+3.6V電源相連，同時(shí)接五個(gè)退耦電容C1、C2、C3、C4、C5。第一無線射頻模塊71的核心芯片的DGND與AGND相連，接地。第一無線射頻模塊71的核心芯片的DVDD腳接一個(gè)電容C6，電容C6的另一端接地，同時(shí)還接一個(gè)電感L1，電感L1另一端接+3.6V電源。第一無線射頻模塊71的核心芯片的R_BIAS腳接一個(gè)電阻R1，電阻R1的另一端接地，還接一個(gè)電容C7，電容C7的另一端接地。第一無線射頻模塊71的核心芯片的RSS/IF腳接一個(gè)電阻R2，電阻R2的另一端接地，還接一個(gè)電容C8，電容C8的另一端接地。第一無線射頻模塊71的核心芯片的RF_IN腳接一個(gè)電感L2，電感L2另一端接地，還接一個(gè)電阻R3，電阻R3的另一端接地，同時(shí)通過C9電容接第一天線151。第一無線射頻模塊71的核心芯片的RF_OUT腳接一個(gè)電感L3，電感L3另一端接+3.6V電源，還接一個(gè)電容C10，電容C10另一端接+3.6V電源，通過耦和電容C11，C11的另一端接第一天線151。第一無線射頻模塊71的核心芯片的PALE腳接第一控制器模塊61的核心芯片的P3.6腳。第一無線射頻模塊71的核心芯片的PDATA腳接第一控制器模塊61的核心芯片的P1.7腳。第一無線射頻模塊71的核心芯片的PCLK腳接第一控制器模塊61的核心芯片的P1.5腳。第一無線射頻模塊71的核心芯片的DCLK腳接第一控制器模塊61的核心芯片的P3.2腳。第一無線射頻模塊71的核心芯片的DIO腳接第一控制器模塊61的核心芯片的P3.7腳。
廣播基站的第一外部存儲(chǔ)模塊81的核心芯片的VCC腳接+3.6V電源。第一外部存儲(chǔ)模塊81的核心芯片的WP腳接地。第一外部存儲(chǔ)模塊81的核心芯片的SCL腳接一個(gè)上拉電阻R4，電阻R4的另一端接+3.6V電源。第一外部存儲(chǔ)模塊81的核心芯片的SDA腳接一個(gè)上拉電阻R5，電阻R5的另一端接+3.6V電源。第一外部存儲(chǔ)模塊81的核心芯片的A0腳、A1腳、A2腳相連接地。第一外部存儲(chǔ)模塊81的核心芯片的GND腳接地。
廣播基站的第一控制器模塊61的核心芯片的RESET腳接一個(gè)電容C16，電容C16的另一端接一個(gè)電阻R7，電阻R7的另一端接地。
本實(shí)施例的用戶終端結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，包括第二控制器模塊62、第二無線射頻模塊72、第二外部存儲(chǔ)模塊82、外部定時(shí)器模塊9、功率放大電路模塊10、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊11、按鍵12，蜂鳴器13，第二天線152。外部定時(shí)器模塊9，本實(shí)施例中選定的型號(hào)為TLC555；功率放大電路模塊10，本實(shí)施例中選定的型號(hào)為3356；蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊11的核心芯片，本實(shí)施例中選定為9015。其具體電路參見圖7，用戶終端的外部定時(shí)器模塊9核心芯片的OUT腳輸入到第二控制器模塊62的核心芯片的P3.3腳，同時(shí)OUT腳接一個(gè)二極管D2，D2的另一端接按鍵12，還接一個(gè)退耦電容C4，同時(shí)還接一個(gè)電阻R3，電阻R3另一端接VDD腳。外部定時(shí)器模塊9核心芯片的VDD腳接+3.6V電源，同時(shí)接退耦電容C1。外部定時(shí)器模塊9核心芯片的GND腳接地。外部定時(shí)器模塊9核心芯片的CONT腳接電容C2，電容C2的另一端接地。外部定時(shí)器模塊9核心芯片的DISCH腳接一個(gè)電阻R1，電阻R1另一端接VDD腳。外部定時(shí)器模塊9核心芯片的THRES腳與TRIG腳相連，同時(shí)接一個(gè)電阻R2，電阻R2另一端接DISCH腳，還接一個(gè)電容C3，電容C3的另一端接地。外部定時(shí)器模塊9核心芯片的RESET腳接VDD腳，同時(shí)還接一個(gè)電容C5，電容C5的另一端接一個(gè)電阻R4，電阻R4的另一端接地。
用戶終端的第二無線射頻模塊72的核心芯片的AVDD腳與+3.6V電源相連，同時(shí)接五個(gè)退耦電容C6、C7、C8、C9、C10。第二無線射頻模塊72的核心芯片的DGND與AGND相連，接地。第二無線射頻模塊72的核心芯片的DVDD腳接一個(gè)電容C13，電容C13的另一端接地，同時(shí)還接一個(gè)電感L3，電感L3另一端接+3.6V電源。第二無線射頻模塊72的核心芯片的R_BIAS腳接一個(gè)電阻R5，電阻R5的另一端接地。第二無線射頻模塊72的核心芯片的RF_IN腳接一個(gè)電感L1，電感L1另一端接地，同時(shí)還接功率放大電路模塊10的輸出端。第二無線射頻模塊72的核心芯片的RF_OUT腳接一個(gè)電感L2，電感L2另一端接+3.6V電源，還接一個(gè)電容C12，電容C12另一端接+3.6V電源，又接一個(gè)耦和電容C11，電容C11的另一端接功率放大電路模塊10的輸入端。第二無線射頻模塊72的核心芯片的PALE腳接第二控制器模塊62的核心芯片的P3.6腳。第二無線射頻模塊72的核心芯片的PDATA腳接第二控制器模塊62的核心芯片的P3.1腳。第二無線射頻模塊72的核心芯片的PCLK腳接第二控制器模塊62的核心芯片的P3.0腳。第二無線射頻模塊72的核心芯片的DCLK腳接第二控制器模塊62的核心芯片的P3.2腳。第二無線射頻模塊72的核心芯片的DIO腳接第二控制器模塊62的核心芯片的P3.7腳。
用戶終端的功率放大電路模塊10的是由功率放大電路和低噪聲放大電路兩部分組成。功率放大電路的三極管Q1的基極接一個(gè)上拉電阻R6、接一個(gè)下拉電阻R7，還接一個(gè)隔直電容C16，電阻R6的另一端接+3.6V電源，電阻R7的另一端接地，隔直電容C16的另一端接電容C11的一端。三極管Q1的集電極接耦和電容C17，電容C17的另一端接第二天線152，還接一個(gè)電阻R8，電阻R8的另一端接一個(gè)電感L5，電感L5的另一端接+3.6V電源。三極管Q1的發(fā)射極接地。低噪聲放大電路的三極管Q2的基極接一個(gè)上拉電阻R10、接一個(gè)下拉電阻R9，還接一個(gè)耦合電容C18，電阻R10的另一端接+3.6V電源，電阻R9的另一端接地，耦合電容C18的另一端接第二天線152。三極管Q2的集電極接一個(gè)電阻R11，電阻R11的另一端接一個(gè)電感L6，電感L6的另一端接+3.6V電源，同時(shí)還接第二無線射頻模塊72的輸入端。三極管Q2的發(fā)射極接地。
用戶終端的第二外部存儲(chǔ)模塊82核心芯片的VCC腳接+3.6V電源。第二外部存儲(chǔ)模塊82核心芯片的WP腳接地。第二外部存儲(chǔ)模塊82核心芯片的SCL腳接一個(gè)上拉電阻R12，電阻R12的另一端接+3.6V電源。第二外部存儲(chǔ)模塊82核心芯片的SDA腳接一個(gè)上拉電阻R13，電阻R13的另一端接+3.6V電源。第二外部存儲(chǔ)模塊82核心芯片的A0腳、A1腳、A2腳相連接地。第二外部存儲(chǔ)模塊82核心芯片的GND腳接地。
用戶終端的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊11由三極管Q3、Q4組成。三極管Q3的基極接一個(gè)電阻R14，電阻R14的另一端接第二控制器模塊62核心芯片的P1.1腳，同時(shí)還接一個(gè)上拉電阻R15，電阻R15的另一端接+3.6V電源。三極管Q3的發(fā)射極接+3.6V電源。三極管Q3的集電極接一個(gè)電阻R16，電阻R16的另一端三極管Q4的基極。三極管Q4的發(fā)射極接蜂鳴器13的負(fù)極，蜂鳴器13的正極接+3.6V電源。三極管Q4的集電極接地。
用戶終端的第二控制器模塊62核心芯片的RESET腳接一個(gè)電容C19，電容C19的另一端接一個(gè)電阻R19，電阻R19的另一端接地。第二控制器模塊62核心芯片的P1.7腳接一個(gè)二極管D1的正極，D1的負(fù)極接按鍵12，按鍵12的另一端接地。
本實(shí)施例的信息轉(zhuǎn)發(fā)基站結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，包括第三控制器模塊63、第三無線射頻模塊73、第三外部存儲(chǔ)模塊83、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14、第三天線153；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14的核心芯片，本實(shí)施例中選定的型號(hào)為TLC549。其具體電路參見圖8，信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的第三無線射頻模塊73的核心芯片的AVDD腳與+3.6V電源相連，同時(shí)接五個(gè)退耦電容C1、C2、C3、C4、C5。第三無線射頻模塊73的核心芯片的DGND與AGND相連，接地。第三無線射頻模塊73的核心芯片的DVDD腳接一個(gè)電容C6，電容C6的另一端接地，同時(shí)還接一個(gè)電感L1，電感L1另一端接+3.6V電源。第三無線射頻模塊73的核心芯片的R_BIAS腳接一個(gè)電阻R1，電阻R1的另一端接地，還接一個(gè)電容C7，電容C7的另一端接地。第三無線射頻模塊73的核心芯片的RSS/IF腳接一個(gè)電阻R2，電阻R2的另一端接地，還接一個(gè)電容C8，電容C8的另一端接地，同時(shí)接電阻R13的一端。第三無線射頻模塊73的核心芯片的RF_IN腳接一個(gè)電感L2，電感L2另一端接地，還接一個(gè)電阻R3，電阻R3的另一端接地，同時(shí)通過C9電容接第三天線153。第三無線射頻模塊73的核心芯片的RF_OUT腳接一個(gè)電感L3，電感L3另一端接+3.6V電源，還接一個(gè)電容C10，電容C10另一端接+3.6V電源，通過耦和電容C11，C11的另一端接第三天線153。第三無線射頻模塊73的核心芯片的PALE腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P3.6腳。第三無線射頻模塊73的核心芯片的PDATA腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P1.7腳。第三無線射頻模塊73的核心芯片的PCLK腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P1.5腳。第三無線射頻模塊73的核心芯片的DCLK腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P3.2腳。第三無線射頻模塊73的核心芯片的DIO腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P3.7腳。
信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的第三外部存儲(chǔ)模塊83核心芯片的VCC腳接+3.6V電源。第三外部存儲(chǔ)模塊83核心芯片的WP腳接地。第三外部存儲(chǔ)模塊83核心芯片的SCL腳接一個(gè)上拉電阻R4，電阻R4的另一端接+3.6V電源。第三外部存儲(chǔ)模塊83核心芯片的SDA腳接一個(gè)上拉電阻R5，電阻R5的另一端接+3.6V電源。第三外部存儲(chǔ)模塊83核心芯片的A0腳、A1腳、A2腳相連接地。第三外部存儲(chǔ)模塊83核心芯片的GND腳接地。
信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的VCC腳接+3.6V電源。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的GND腳接地。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的REF+腳接一個(gè)電阻R7，電阻R7的另一端接+3.6V電源。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的REF-腳接一個(gè)電阻R8，電阻R8的另一端接地。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的I/O CLK腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P1.1腳。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的DOUT腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P1.3腳。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的CS腳接第三控制器模塊63的核心芯片的P1.4腳。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊14核心芯片的AIN腳接BS107場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極。BS107場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極還接一個(gè)電阻R9，電阻R9的另一端接+3.6V電源，同時(shí)漏極還接一個(gè)電容C16，電容C16的另一端接BS107場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。BS107場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極接一個(gè)電阻R10，電阻R10的另一端接地。BS107場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極接一個(gè)電阻R11，電阻R11的另一端串聯(lián)了三個(gè)二極管D1、D2、D3，同時(shí)還接了一個(gè)電阻R12，電阻R12的另一端接+3.6V電源。二極管的負(fù)極通過一個(gè)電阻R13接第三無線射頻模塊73的核心芯片的RSS/IF腳。
信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的第三控制器模塊63核心芯片的RESET腳接一個(gè)電容C17，電容C17的另一端接一個(gè)電阻R14，電阻R14的另一端接地。
本實(shí)施例的中心基站結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示，包括第四控制器模塊64、第四無線射頻模塊74、第四天線154、計(jì)算機(jī)接口模塊16，串口17；計(jì)算機(jī)接口模塊16，本實(shí)施例中選定的型號(hào)為MAX202E。其具體電路如圖9所示，中心基站的第四無線射頻模塊74的核心芯片的AVDD腳與+3.6V電源相連，同時(shí)接五個(gè)退耦電容C1、C2、C3、C4、C5。第四無線射頻模塊74的核心芯片的DGND與AGND相連，接地。第四無線射頻模塊74的核心芯片的DVDD腳接一個(gè)電容C6，電容C6的另一端接地，同時(shí)還接一個(gè)電感L1，電感L1另一端接+3.6V電源。第四無線射頻模塊74的核心芯片的R_BIAS腳接一個(gè)電阻R1，電阻R1的另一端接地，還接一個(gè)電容C7，電容C7的另一端接地。第四無線射頻模塊74的核心芯片的RSS/IF腳接一個(gè)電阻R2，電阻R2的另一端接地，還接一個(gè)電容C8，電容C8的另一端接地。第四無線射頻模塊74的核心芯片的RF_IN腳接一個(gè)電感L2，電感L2另一端接地，還接一個(gè)電阻R3，電阻R3的另一端接地，同時(shí)通過C9電容接第四天線154。第四無線射頻模塊74的核心芯片的RF_OUT腳接一個(gè)電感L3，電感L3另一端接+3.6V電源，還接一個(gè)電容C10，電容C10另一端接+3.6V電源，通過耦和電容C11，C11的另一端接第四天線154。第四無線射頻模塊74的核心芯片的PALE腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P3.6腳。第四無線射頻模塊74的核心芯片的PDATA腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P1.7腳。第四無線射頻模塊74的核心芯片的PCLK腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P1.5腳。第四無線射頻模塊74的核心芯片的DCLK腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P3.2腳。第四無線射頻模塊74的核心芯片的DIO腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P3.7腳。
中心基站的計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的VCC腳接+3.6V電源，還接電容C17，電容C17另一端接地。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的V+腳接電容C18，電容C18另一端接+3.6V電源。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的V-腳接電容C19，C19另一端接地。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的C1+腳接C20，C20另一端接計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的C1-。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的C2+腳接C21，C21另一端接計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的C2-。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的TlIN腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P3.1腳。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的TlOUT腳接串口17的第2針。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的R2OUT腳接第四控制器模塊64的核心芯片的P3.0腳。計(jì)算機(jī)接口模塊16核心芯片的R2IN腳接的串口17的第3針。
中心基站的串口17第5針接地。
中心基站的第四控制器模塊64核心芯片的RESET腳接一個(gè)電容C16，電容C16的另一端接一個(gè)電阻R7，電阻R7的另一端接地。
本實(shí)用新型使用Z方向上的廣播信息，由于Z方向的信息是唯一確定的，再加上現(xiàn)有地面無線二維定位的方法，就可以對(duì)移動(dòng)的用戶終端實(shí)現(xiàn)地面的無線三維定位。填補(bǔ)了現(xiàn)有地面無線三維定位的技術(shù)空白。
以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的技術(shù)范圍以內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種無線三維定位系統(tǒng)，其特征在于，包括廣播基站用來負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、廣播Z坐標(biāo)信息；用戶終端用來負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶終端的ID號(hào)；發(fā)送定位申請(qǐng)信息；接收Z坐標(biāo)信息、定位成功信息、廣播輪詢信息；信息轉(zhuǎn)發(fā)基站用來負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的ID號(hào)；轉(zhuǎn)發(fā)定位信息、定位成功信息、廣播輪詢信息；中心基站用來負(fù)責(zé)將無線鏈路轉(zhuǎn)換為有線鏈路；轉(zhuǎn)發(fā)定位信息、定位成功信息、廣播輪詢信息；中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)用來負(fù)責(zé)處理定位信息；計(jì)算用戶終端的X、Y、Z方向的坐標(biāo)信息；發(fā)送定位成功信息、廣播輪詢信息；其中，定位時(shí)，中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)從中心基站接收定位信息，中心基站從至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站接收定位信息，至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站從用戶終端接收定位申請(qǐng)信息，用戶終端從廣播基站接收Z坐標(biāo)信息；定位成功后，用戶終端從信息轉(zhuǎn)發(fā)基站接收定位成功信息，信息轉(zhuǎn)發(fā)基站從中心基站接收定位成功信息，中心基站從中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收定位成功信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線三維定位系統(tǒng)，其特征在于所述的廣播基站由第一控制器模塊(61)、第一無線射頻模塊(71)、第一外部存儲(chǔ)模塊(81)、第一天線(151)組成，其中，第一控制器模塊(61)負(fù)責(zé)與第一無線射頻模塊(71)進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)控制對(duì)第一外部存儲(chǔ)模塊(81)進(jìn)行讀寫操作；第一無線射頻模塊(71)負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；第一外部存儲(chǔ)模塊(81)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)Z坐標(biāo)信息；第一控制器模塊(61)通過數(shù)據(jù)線從第一外部存儲(chǔ)模塊(81)取得Z坐標(biāo)信息；再通過數(shù)據(jù)線傳輸給第一無線射頻模塊(71)，由第一天線(151)輸出；所述的用戶終端由第二控制器模塊(62)、第二無線射頻模塊(72)、第二外部存儲(chǔ)模塊(82)、外部定時(shí)器模塊(9)、功率放大電路模塊(10)、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊(11)、按鍵(12)，蜂鳴器(13)，第二天線(152)組成，其中，第二控制器模塊(62)負(fù)責(zé)與第二無線射頻模塊(72)進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)控制對(duì)第二外部存儲(chǔ)模塊(82)進(jìn)行讀寫操作；第二無線射頻模塊(72)負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；第二外部存儲(chǔ)模塊(82)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用戶終端的ID號(hào)；外部定時(shí)器模塊(9)負(fù)責(zé)定時(shí)喚醒第二控制器模塊(62)；功率放大電路模塊(10)負(fù)責(zé)對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大；蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊(11)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器(13)；第二控制器模塊(62)通過數(shù)據(jù)線從第二外部存儲(chǔ)模塊(82)取得用戶終端的ID號(hào)，再通過數(shù)據(jù)線傳輸給第二無線射頻模塊(72)，后經(jīng)過功率放大電路模塊(10)放大，由天線(152)輸出；外部定時(shí)器模塊(9)通過數(shù)據(jù)線，傳輸定時(shí)喚醒信號(hào)給第二控制器模塊(62)；第二控制器模塊(62)通過數(shù)據(jù)線，傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)給蜂鳴器驅(qū)動(dòng)模塊(11)；所述的信息轉(zhuǎn)發(fā)基站由第三控制器模塊(63)、第三無線射頻模塊(73)、第三外部存儲(chǔ)模塊(83)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14)、第三天線(153)組成，其中，第三控制器模塊(63)負(fù)責(zé)與第三無線射頻模塊(73)進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)控制對(duì)第三外部存儲(chǔ)模塊(83)進(jìn)行讀寫操作；負(fù)責(zé)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14)；第三無線射頻模塊(73)負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；負(fù)責(zé)測(cè)量接收信號(hào)的強(qiáng)度；第三外部存儲(chǔ)模塊(83)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的ID號(hào)、信號(hào)的強(qiáng)度信息；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14)負(fù)責(zé)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；第三控制器模塊(63)通過數(shù)據(jù)線從第三外部存儲(chǔ)模塊(83)取得信息轉(zhuǎn)發(fā)基站的ID號(hào)；再通過數(shù)據(jù)線傳輸給第三無線射頻模塊(73)，由第三天線(153)輸出；第三無線射頻模塊(73)接收來自用戶終端的信息，并將該信號(hào)的強(qiáng)度信息傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(14)，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后，由第三控制器模塊(63)通過數(shù)據(jù)線將該信號(hào)的強(qiáng)度信息存儲(chǔ)到第三外部存儲(chǔ)模塊(83)；所述的中心基站由第四控制器模塊(64)、第四無線射頻模塊(74)、第四天線(154)、計(jì)算機(jī)接口模塊(16)，串口(17)組成，其中，第四無線射頻模塊(74)負(fù)責(zé)通過無線鏈路發(fā)送、接收信息；第四控制器模塊(64)負(fù)責(zé)與第四無線射頻模塊(74)進(jìn)行通信；負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)接口模塊(16)進(jìn)行通信；計(jì)算機(jī)接口模塊(16)負(fù)責(zé)通過串口(17)與中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信；第四控制器模塊(64)將第四無線射頻模塊(74)從第四天線(154)接收到信息，通過數(shù)據(jù)線傳輸給計(jì)算機(jī)接口模塊(16)，后經(jīng)串口(17)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無線三維定位系統(tǒng)，屬于數(shù)據(jù)傳輸與通信技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括廣播基站、用戶終端、信息轉(zhuǎn)發(fā)基站、中心基站和中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)。其中，定位時(shí)，中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)從中心基站接收定位信息；中心基站從至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站接收定位信息；至少三個(gè)信息轉(zhuǎn)發(fā)基站從用戶終端接收定位申請(qǐng)信息；用戶終端從廣播基站接收Z坐標(biāo)信息；定位成功后，用戶終端從信息轉(zhuǎn)發(fā)基站接收定位成功信息；信息轉(zhuǎn)發(fā)基站從中心基站接收定位成功信息；中心基站從中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)接收定位成功信息。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)支持下的、地面無線三維定位系統(tǒng)，可應(yīng)用于大型、中型、小型等各類系統(tǒng)中，同時(shí)還具有設(shè)備體積小、安裝及操作便捷等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01S11/00GK2906640SQ20062011329
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者賈寶敦, 王敏, 趙斐, 馬劍哲, 王建茹, 司農(nóng), 羅秋哲, 崔振 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)