室內外人員無縫定位裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種室內外人員無縫定位裝置，包括電源模塊以及電源模塊供電的微處理器模塊、無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊和信號采集模塊、WIFI通信模塊和人機接口模塊；信號采集模塊的輸出端與無線短程通信模塊的輸入端電連接，無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊、WIFI通信模塊和人機接口模塊分別與微處理器模塊通信連接；信號采集模塊包括氣壓溫度傳感器、慣性傳感器和地磁傳感器，氣壓溫度傳感器的輸出端、慣性傳感器的輸出端和地磁傳感器的輸出端分別與無線短程通信模塊的輸入端電連接；微處理器模塊存儲室內外地圖數(shù)據。本發(fā)明不僅結構簡單，且集成了GPS、WIFI、慣性和地磁傳感器等多種定位和通訊裝置。
【專利說明】室內外人員無縫定位裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種定位裝置，具體涉及一種采用復合無線網絡以及傳感技術的室內外人員無縫定位裝置。
【背景技術】
[0002]目前的室內外定位方法有很多種，如GPS全球定位、基于慣性定位、基于短距離無線通信定位以及基于WIFI定位。但這些定位都存在一些問題，如GPS全球定位對室外定位效果好，但是其GPS信號在室內卻非常微弱，因此，GPS全球定位無法在室內實現(xiàn)精確定位；基于慣性定位其累計誤差較大，使得定位效果差；基于短距離無線通信定位只能適用于短距離無線通信，若無線通信距離超過該覆蓋范圍，則無法實施定位；基于WIFI定位，一方面，WIFI信號在室內易受干擾外界,而影響定位效果；另一方面，室內WIFI信號強弱不同，而且室內還會存有無WIFI信號的死角，使其定位效果差強人意。目前，國內還沒有一種能夠結合各種定位技術優(yōu)勢，實現(xiàn)室內外無縫定位的技術方案。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是:提供一種不僅結構簡單，而且結合GPS技術、WIFI以及傳感器等多種定位技術的室內外人員無縫定位裝置，能夠結合各種定位技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)人員室內外無縫定位，以克服現(xiàn)有技術的不足。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是:一種室內外人員無縫定位裝置，其創(chuàng)新點在于:
a、包括電源模塊、微處理器模塊、無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊和信號采集模塊、WIFI通信模塊和人機接口模塊；
b、所述信號采集模塊的輸出端與無線短程通信模塊的輸入端電連接，所述無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊、WIFI通信模塊和人機接口模塊分別與微處理器模塊通信連接；
C、所述電源模塊為微處理器模塊、無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊和信號采集模塊、WIFI通信模塊和人機接口模塊供電；
d、所述信號采集模塊包括氣壓溫度傳感器、慣性傳感器和地磁傳感器，所述氣壓溫度傳感器的輸出端、慣性傳感器的輸出端和地磁傳感器的輸出端分別與無線短程通信模塊的輸入端電連接；
e、所述微處理器模塊存儲室內外地圖數(shù)據。
[0005]在上述技術方案中，所述氣壓溫度傳感器的輸出端、慣性傳感器的輸出端和地磁傳感器的輸出端分別通過IIC接口與無線短程通信模塊的輸入端電連接。
[0006]在上述技術方案中，還包括存儲器，所述存儲器與微處理器模塊通信連接，且存儲器與電源模塊電連接。
[0007]在上述技術方案中，所述無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊和WIFI通信模塊分別通過RS232串口接口或者是RS485串口接口或者是RS422串口接口或者12C總線與微處理器模塊通信連接。
[0008]在上述技術方案中，所述人機接口模塊通過GPIO接口與微處理器模塊通信連接。
[0009]在上述技術方案中，所述人機接口模塊采用的是LCD電容式觸摸屏。
[0010]在上述技術方案中，所述無線短程通信模塊采用的是Zigbee無線單片機。
[0011]在上述技術方案中，所述無線短程通信模塊、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊和WIFI通信模塊分別與微處理器模塊通信的方式完全相同，或有相同有不同，或完全不同。
[0012]在上述技術方案中，所述電源模塊包括太陽能光伏組件和電池。
[0013]本發(fā)明所具有的積極效果是:由于采用了上述的定位裝置后，因此，具有以下的積極效果:
1、本發(fā)明采用了傳感器和GPS地圖結合的技術手段，有效地獲取了定位裝置的運行加速度、角速度、所處環(huán)境的氣壓、地磁信號、WIFI信號等進行定位運算，精確地計算出定位裝置的運行軌跡，從而實現(xiàn)室內定位；
2、本發(fā)明結合了無線短程通信模塊技術，實現(xiàn)了多個定位裝置可以相互通報位置信息，當其中一個定位裝置和相鄰定位裝置失去聯(lián)系時可以通過人機接口模塊給出報警信息；
3、本發(fā)明通過遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊結合了GPS和GPRS/3G技術，可以實時地向遠程監(jiān)控中心報告定位裝置相關的位置信息；
4、本發(fā)明結合了GPS、GPRS/3G、傳感器、地圖以及WIFI技術，實現(xiàn)了室內外人員無縫定位，不僅結構簡單，而且生產成本低，也便于維護，適合于批量生產使用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一種【具體實施方式】的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖以及給出的實施例，對本發(fā)明作進一步的說明，但并不局限于此。
[0016]如圖1所示，一種室內外人員無縫定位裝置，包括電源模塊1、微處理器模塊2、無線短程通信模塊3、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4和信號采集模塊5、WIFI通信模塊6和人機接口模塊7 ;所述信號采集模塊5的輸出端與無線短程通信模塊3的輸入端電連接，所述無線短程通信模塊3、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4、WIFI通信模塊6和人機接口模塊7分別與微處理器模塊2通信連接；所述電源模塊I為微處理器模塊2、無線短程通信模塊3、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4和信號采集模塊5、WIFI通信模塊6和人機接口模塊7供電；所述信號采集模塊5包括氣壓溫度傳感器5-1、慣性傳感器5-2和地磁傳感器5-3，所述氣壓溫度傳感器5-1的輸出端、慣性傳感器5-2的輸出端和地磁傳感器5-3的輸出端分別與無線短程通信模塊3的輸入端電連接；所述微處理器模塊2存儲室內外地圖數(shù)據。
[0017]如圖1所示，所述氣壓溫度傳感器5-1的輸出端、慣性傳感器5-2的輸出端和地磁傳感器5-3的輸出端分別通過IIC接口與無線短程通信模塊3的輸入端電連接。
[0018]如圖1所示，為了擴展微處理器模塊2存儲室內外地圖數(shù)據，還包括存儲器8，所述存儲器8與微處理器模塊2通信連接，且存儲器8與電源模塊I電連接。可以將大容量的室內外地圖數(shù)據存儲在存儲器8中。
[0019]如圖1所示，所述無線短程通信模塊3、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4和WIFI通信模塊6分別通過RS232串口接口或者是RS485串口接口或者是RS422串口接口或者I2C總線與微處理器模塊2通信連接。所述無線短程通信模塊3、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4和WIFI通信模塊6分別與微處理器模塊2通信的方式完全相同，或有相同有不同，或完全不同。
[0020]本發(fā)明所述人機接口模塊7通過GPIO接口與微處理器模塊2通信連接。
[0021]本發(fā)明所述人機接口模塊7采用的是IXD電容式觸摸屏。
[0022]本發(fā)明所述無線短程通信模塊3采用的是zigbee無線單片機。
[0023]如圖1所示，所述電源模塊I包括太陽能光伏組件1-1和電池1-2。本發(fā)明電源模塊I采用的是太陽能和電池混合供電的方式，能夠保證本發(fā)明有較長的工作時間。
[0024]本發(fā)明微處理器模塊2優(yōu)先選用的是由ST公司生產的ARM系列內核芯片，且型號為STM32F103RBT6的微處理器，能夠進行數(shù)據處理和通信；無線短程通信模塊3優(yōu)先選用的是由ST公司生產的支持zigbee通信協(xié)議的無線單片機，且型號為STM32W108，能夠實現(xiàn)短距離通信；遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4采用的是由SM公司生產的集成GPS和GPRS/3G功能的芯片，型號為SM908或SM5320，當然，也可以采用分立的單獨具有GPS功能和GPRS/3G功能的芯片；信號采集模塊5的地磁場傳感器5-3優(yōu)先選用由飛思卡爾公司生產，且型號為MAG3110的地球磁場傳感器模塊；慣性傳感器5-2優(yōu)先選用的是型號為ADXL345的慣性傳感器；氣壓溫度傳感器5-1采用的是由捷訊華出品，且型號為的BMP085氣壓溫度傳感器，該傳感器可以測試大氣氣溫和大氣壓強等信號；所述WIFI通信模塊6采用的是由海凌電子公司生產，且型號為的WIFI通信模塊。以上為各個模塊優(yōu)先選用的型號，當然，并不局限于此，也可以采用其它型號的模塊。
[0025]本發(fā)明各個模塊的功能及作用:
1、由電源模塊I給各個模塊供給+5V或+3.3v的直流電壓；
2、所述信號采集模塊5包括的氣壓溫度傳感器5-1采集人員所處環(huán)境的大氣氣溫和大氣壓強信號，根據壓強信號算出人員所在樓層高度、而慣性傳感器5-2和地磁傳感器5-3配合測算出人員的加速度位置和姿態(tài)等參數(shù)，為計算人員運動軌跡做好數(shù)據準備；
3、所述無線短程通信模塊3通過IIC接口接收來自信號采集模塊5包括各個傳感器的傳感信號，并將這些信號通過串口方式發(fā)送給微處理器模塊2，同時，無線短程通信模塊3能夠收索其它定位節(jié)點，并能喝其它定位節(jié)點進行通信，并交換位置信息，當其中一個定位節(jié)點與其它定位節(jié)點失去聯(lián)系時給出報警信息，反映在人機接口模塊7 ；
4、所述WIFI通信模塊6接收WIFI熱點的信號，并和微處理器模塊2通過串口方式通信，微處理器模塊2可以讀取附近WIFI熱點的編號和WIFI信號的強度值；
5、所述遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4通過GPRS/3G網絡與遠程監(jiān)控中心進行通信，下載地圖至微處理器模塊2內，以及報告人員當前位置信息等，也可以接收GPS信號，定位人員當前位置；
6、所述微處理器模塊2采用的是基于ARM內核的處理器芯片STM32F103RBT6，在該理器芯片上移植了嵌入式操作系統(tǒng)uc/os-1II。將處理器要處理的事務設計一個一個任務，由操作系統(tǒng)負責對這些任務調度和管理，進行通信控制和定位運算； 7、所述人機接口模塊7釆用的LCD電容式觸摸屏，方便使用人員讀取、查詢位置信息
坐寸O
[0026]本發(fā)明的工作過程:所述微處理器模塊2能夠接收四類信號，分別是:
1、所述信號采集模塊5包括各類傳感器信號:信號采集模塊5的各個傳感器將采集到的氣壓信號、溫度信號、加速度傾斜度、地磁場信號等，通過IIC接口傳送給無線短程通信模塊3，并進行數(shù)據融合后通過串口傳輸給微處理器模塊2作為定位運算輸入數(shù)據的一部分；
2、zigbee通訊信號:如果無線短程通信模塊3收索到附近有相同的定位裝置，可以與之通信交換各自的位置信息，在通信的過程中因為通信距離變長或通信環(huán)境影響使得通信中斷，定位裝置將記下最后一次通信信息(如通信雙方位置信息)，并發(fā)出通信中斷警告，告知用戶已經和相鄰定位裝置失去聯(lián)系，起到預警的作用。
[0027]3、WIFI通信模塊6的WIFI信號:微處理器模塊2通過串口和wifi通信模塊6通信讀取附近WIFI熱點的編號和WIFI信號強度信號，作為定位運算輸入數(shù)據的一部分；
4、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4通過GPRS/3G下載遠程網絡端的地圖數(shù)據，將地圖數(shù)據發(fā)給微處理器模塊2，將接受到的GPS信號傳送給微處理器模塊2，并和遠程的監(jiān)控中心通信報告定位裝置的位置信息。
[0028]本發(fā)明的定位裝置在開機時，首先和遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊4通信，按照要求下載地圖數(shù)據，并獲取當前的GPS位置信息，在成功獲取GPS信息后將啟動室外定位，但是不啟動信號采集模塊5，此時，將位置信息通過人機接口模塊7的觸摸屏顯示給用戶，并通過GPRS/3G網絡將位置信息發(fā)送給遠程的網絡監(jiān)控端；如果無法獲取GPS信號，就啟動室內定位模式，即啟動信號采集模塊5和WIFI通信模塊6進行定位運算，在室內外定位的工作模式中都開啟無線短距離通信模塊3進行相鄰定位裝置的收索和通信。
[0029]本發(fā)明公開的定位裝置設計實現(xiàn)了:室內外人員的無縫定位，在室外以GPS信號和地圖數(shù)據定位為主，在室內通過采集氣壓信號、WIFI信號強度、地磁場信號及強度、運動的加速度和傾斜度信號等配合地圖計算出配備本裝置人員運動軌跡實現(xiàn)室內定位，并在定位過程采用zigbee短距離通信技術搜索相鄰本裝置的其他裝置，并與之進行信息交換，記錄失去聯(lián)系的定位裝置編號，根據需要給出報警。所述無線短程通信模塊3采用的zigbee技術可以實現(xiàn)多個定位節(jié)點位置通信，相互通報位置信息。
[0030]本發(fā)明集成了 WIF1、GPS、GPRS/3G、zigbee和慣性傳感器、地磁傳感器等多種定位和通訊裝置，不僅結構簡單，而且能夠結合各種定位技術的優(yōu)勢，實現(xiàn)人員室內外無縫定位。
【權利要求】
1.一種室內外人員無縫定位裝置，其特征在于: a、包括電源模塊(I)、微處理器模塊(2)、無線短程通信模塊(3)、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊(4 )和信號采集模塊(5 )、WIFI通信模塊(6 )和人機接口模塊(7 ); b、所述信號采集模塊(5)的輸出端與無線短程通信模塊(3)的輸入端電連接，所述無線短程通信模塊(3)、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊(4)、WIFI通信模塊(6)和人機接口模塊(7)分別與微處理器模塊(2)通信連接； C、所述電源模塊(I)為微處理器模塊(2)、無線短程通信模塊(3)、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊(4 )和信號采集模塊(5 )、WIFI通信模塊(6 )和人機接口模塊(7 )供電； d、所述信號采集模塊(5)包括氣壓溫度傳感器(5-1)、慣性傳感器(5-2)和地磁傳感器(5-3)，所述氣壓溫度傳感器(5-1)的輸出端、慣性傳感器(5-2)的輸出端和地磁傳感器(5-3)的輸出端分別與無線短程通信模塊(3)的輸入端電連接； e、所述微處理器模塊(2)存儲室內外地圖數(shù)據。
2.根據權利要求1所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述氣壓溫度傳感器(5-1)的輸出端、慣性傳感器(5-2)的輸出端和地磁傳感器(5-3)的輸出端分別通過IIC接口與無線短程通信模塊(3)的輸入端電連接。
3.根據權利要求1所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:還包括存儲器(8)，所述存儲器(8 )與微處理器模塊(2 )通信連接，且存儲器(8 )與電源模塊(I)電連接。
4.根據權利要求1所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述無線短程通信模塊(3 )、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊(4 )和WIFI通信模塊(6 )分別通過RS232串口接口或者是RS485串口接口或者是RS422串口接口或者I2C總線與微處理器模塊(2)通信連接。
5.根據權利要求1所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述人機接口模塊(7 )通過GPIO接口與微處理器模塊(2)通信連接。
6.根據權利要求1或5所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述人機接口模塊(7)采用的是LCD電容式觸摸屏。
7.根據權利要求1所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述無線短程通信模塊(3)采用的是zigbee無線單片機。
8.根據權利要求4所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述無線短程通信模塊(3)、遠程無線通信衛(wèi)星定位模塊(4)和WIFI通信模塊(6)分別與微處理器模塊(2)通信的方式完全相同，或有相同有不同，或完全不同。
9.根據權利要求1所述的室內外人員無縫定位裝置，其特征在于:所述電源模塊(I)包括太陽能光伏組件(1-1)和電池(1-2)。
【文檔編號】G01S5/02GK103529465SQ201310449520
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月28日 優(yōu)先權日:2013年9月28日
【發(fā)明者】曹元
申請人:曹元