專利名稱：具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，屬于物流管理領域。
背景技術：
目前，市面上的射頻標簽多種多樣，但僅作為無線數據模塊來傳輸數據，很難實現在車載人員定位；同時電壓過低導致標簽無法正常工作，不能保證數據準確性的問題也遲遲得不到解決，給使用者帶來了困擾；此外，一般的標簽無法實時測量環(huán)境及人員溫度，人員及貨物的安全性無法得到保障。目前GPS定位雖然定位精度很高，但在封閉的車廂或室內使用時，存在無法接收GPS信號的重大缺點，無法實現室內、井下、水下潛艇等封閉的大型室內空間的精確定位。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的是為了解決現有采用GPS定位的射頻標簽在封閉的車廂或室內使用時，存在無法接收GPS信號的重大缺點，無法實現室內、井下、水下潛艇等封閉的大型室內空間的精確定位的問題，提供了一種具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽。本發(fā)明所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，它包括發(fā)射端和接收節(jié)點，發(fā)射端和接收節(jié)點之間通過無線射頻通信，發(fā)射端包括溫度監(jiān)測模塊、發(fā)射端單片機、發(fā)射端射頻電路、發(fā)射端電源和發(fā)射端低電壓報警電路，溫度監(jiān)測模塊的溫度信號輸出端與發(fā)射端單片機的溫度信號輸入端相連，發(fā)射端電源的第一電源輸出端與發(fā)射端單片機的供電輸入端相連，發(fā)射端電源的第二電源輸出端與發(fā)射端低電壓報警電路的輸入端相連，發(fā)射端單片機的數據輸入輸出端與發(fā)射端射頻電路的數據輸入輸出端相連；接收節(jié)點包括串口通信電路、接收端單片機、接收端射頻電路、接收端電源和接收端低電壓報警電路，接收端射頻電路通過無線射頻與發(fā)射端射頻電路進行通信，接收端射頻電路的數據輸入輸出端與接收端單片機的數據輸入輸出端相連，接收端單片機的上位機傳送數據輸入輸出端與串口通信電路的上位機傳送數據輸入輸出端相連，接收端電源的第一電源輸出端與接收端單片機的供電輸入端相連，接收端電源的第二電源輸出端與接收端低電壓報警電路的輸入端相連。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明標簽不僅可以實現電源電壓監(jiān)控，低電壓時報警；同時可以實現溫度監(jiān)測，反饋環(huán)境信息；實現車載人員的精確定位，以上設計使標簽功能得到了極大的完善。對于佩戴標簽的人員或物品，當標簽上電開始工作時，本發(fā)明的溫度監(jiān)測模塊工作，將人員或環(huán)境的溫度信息傳輸到單片機上，隨后通過射頻發(fā)射模塊，無線傳輸至接收節(jié)點。此功能針對高溫環(huán)境，人員安全，水下井下等特殊環(huán)境，具有重要意義。本發(fā)明的功能彌補了 GPS在室內存在盲區(qū)的缺點，實現了室內人員的精確定位，特別在車載人員方面，具有廣闊的應用前景。


圖1是本發(fā)明所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽的結構示意圖；圖2是發(fā)射端/接收端低電壓報警電路的具體電路圖；圖3是溫度監(jiān)測模塊中的溫度傳感器及其外圍電路的具體電路圖；圖4是發(fā)射端/接收端射頻電路及其外圍電路的具體電路圖；圖5是本發(fā)明定位標簽實現原理圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1和圖5說明本實施方式，本實施方式所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，它包括發(fā)射端和接收節(jié)點，發(fā)射端和接收節(jié)點之間通過無線射頻通信，發(fā)射端包括溫度監(jiān)測模塊1、發(fā)射端單片機2、發(fā)射端射頻電路3、發(fā)射端電源4和發(fā)射端低電壓報警電路5,溫度監(jiān)測模塊I的溫度信號輸出端與發(fā)射端單片機2的溫度信號輸入端相連，發(fā)射端電源4的第一電源輸出端與發(fā)射端單片機2的供電輸入端相連,發(fā)射端電源4的第二電源輸出端與發(fā)射端低電壓報警電路5的輸入端相連,發(fā)射端單片機2的數據輸入輸出端與發(fā)射端射頻電路3的數據輸入輸出端相連；接收節(jié)點包括串口通信電路6、接收端單片機7、接收端射頻電路8、接收端電源9和接收端低電壓報警電路10，接收端射頻電路8通過無線射頻與發(fā)射端射頻電路3進行通信，接收端射頻電路8的數據輸入輸出端與接收端單片機7的數據輸入輸出端相連，接收端單片機7的上位機傳送數據輸入輸出端與串口通信電路6的上位機傳送數據輸入輸出端相連，接收端電源9的第一電源輸出端與接收端單片機7的供電輸入端相連，接收端電源9的第二電源輸出端與接收端低電壓報警電路10的輸入端相連。串口通信電路6可以把數據發(fā)送至上位機顯示，只存在于接收節(jié)點。本發(fā)明共分為兩大部分，一端是發(fā)射端，主要由被測人員佩戴使用，作為數據的發(fā)送端；另一端為接收節(jié)點，接收發(fā)送端數據，并通過三點定位原理，實現人員定位。具體功能見圖5所示，定位方法的具體實施方式
為對于點對點測距，采用逐級逼近的原理，不斷降低被測端與接收節(jié)點的發(fā)射功率，直到檢測不到被測端后，增加一級發(fā)射功率，則所得的距離，既是點對點間的距離。當通過點對點測距后，我們可以得到三個接收節(jié)點相對于被測端的距離信息，那么，利用三點定位原理，畫出三個以接收節(jié)點為圓心，點對點距離為半徑的圓。
具體實施方式
二 本實施方式對實施方式一作進一步說明，發(fā)射端單片機2和接收端單片機7都采用型號為STC12LE5604AD的單片機來實現。發(fā)射端單片機2和接收端單片機7是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器CPU、隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O 口和中斷系統、定時器/計時器等功能，集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的系統。在本發(fā)明中，要求單片機I)功能強大，運行速度快，成本低；2)工作電壓低，3V左右，方便用紐扣電池供電；3)低功耗設計，具有掉電模式，可由外部中斷喚醒?；谝陨纤蟮男阅埽罱K選擇了 STC12LE5604AD這款單片機，在電路中，單片機與射頻芯片相連，兩者之間采用SPI通信方式，SPI，是一種高速的全雙工同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便。在點對點的通信中，SPI接口不需要進行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡單高效。
具體實施方式
三下面結合圖3說明本實施方式，本實施方式對實施方式一或二作進一步說明，溫度監(jiān)測模塊I采用型號為DS18B20的溫度傳感器實現。溫度監(jiān)測模塊I主要完成對人員體溫監(jiān)測，只存在于發(fā)射端。采用簡單實用的DS18B20作為溫度實時監(jiān)測模塊的核心器件，直接與發(fā)射端單片機2相連，當標簽上電后，溫度監(jiān)測模塊I就會啟動，將溫度數據發(fā)送至發(fā)射端單片機2。DS18B20是美國Dallas半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，他能夠直接讀出被測溫度，并且可根據實際要求通過簡單的編程實現9-12位的數字值讀數方式，可以分別在93. 75ms和750ms內完成9位和12位的數字量。它通過總線供電，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以向所掛接的DS18B20供電，而無需額外電源，由它組成的溫度測控系統非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。DS18B20的測溫范圍-55-+125°C，最高分辨率可達O. 0625°C，由于每一個DS18B20出廠時都刻有唯一的一個序列號并存入其ROM中，因此CPU可用簡單的通信協議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。具體電路參見

中圖3所示。對于佩戴標簽的人員或物品，當標簽上電開始工作時，本發(fā)明的溫度監(jiān)測模塊I工作，將人員或環(huán)境的溫度信息傳輸到發(fā)射端單片機2上，隨后通過發(fā)射端射頻電路3無線傳輸至接收節(jié)點。此功能針對高溫環(huán)境，人員安全，水下井下等特殊環(huán)境，具有重要意義。
具體實施方式
四下面結合圖4說明本實施方式，本實施方式對實施方式一、二或三作進一步說明，發(fā)射端射頻電路3和接收端射頻電路8都采用型號為NRF24L01的射頻芯片來實現。利用射頻芯片NRF24L01的4檔發(fā)射功率，分別為OdBm，-6dBm,-12dBm, _18dBm。當對寄存器寫入不同的功率參數后，射頻芯片由近及遠產生4個可識別距離，利用這種功能，便可以粗略得到被測標簽與接收節(jié)點的距離，為了精確測出距離，必須增加檔位，因為接收節(jié)點也采用射頻標簽作為接收，射頻芯片與發(fā)射端采用同型號NRF24L01，于是，本發(fā)明在接收節(jié)點也進行設置，調節(jié)接收節(jié)點的發(fā)射功率，共可有16檔調節(jié)功率，利用逐漸逼近原理，測量精度大大提高；最后利用3點定位方法，在已知標簽到3個接收節(jié)點距離的情況下，得到被測標簽的位置，實現了人員的精確定位。目前GPS定位雖然定位精度很高，但有在室內無法接收GPS信號的重大缺點，無法實現室內、井下、水下潛艇等封閉的大型室內空間的精確定位。本發(fā)明的功能恰好彌補了GPS的缺點，實現了室內人員的精確定位，特別在車載人員方面，具有廣闊的應用前景。
具體實施方式
五下面結合圖2說明本實施方式，本實施方式對實施方式一、二、三或四作進一步說明，發(fā)射端低電壓報警電路5和接收端低電壓報警電路10的結構相同，都包括穩(wěn)壓二極管K1、啟動按鈕B3、LED燈和電阻R，啟動按鈕B3的一端接直流電源的正極，啟動按鈕B3的另一端連接穩(wěn)壓二極管Kl的負極，穩(wěn)壓二極管Kl的陽極與電阻R的一端相連，電阻R的另一端接電源GND，LED燈反向并聯在穩(wěn)壓二極管Kl的兩端。發(fā)射端低電壓報警電路5和接收端低電壓報警電路10可以提醒使用者及時更換電池，以免使標簽無法正常工作為了達到準確的低電壓報警效果，本發(fā)明的電壓檢測及報警電路是完全利用模擬電路原理，而不是受單片機控制的。因為如果報警依靠單片機控制，當電壓較低時，單片機可能無法正常工作，本發(fā)明準確及時的報警功能也就無從談起，如圖2所示，以穩(wěn)壓二極管Kl為核心，LED燈為報警顯示，啟動按鈕B3采用接觸式按鍵，電阻R3作為限流電阻，直接關系到LED燈上走過的電流。穩(wěn)壓二極管是一個特殊的面接觸型的半導體硅二極管，其V-A特性曲線與普通二極管相似，但反向擊穿曲線比較陡，穩(wěn)壓二極管工作于反向擊穿區(qū)。當電源電壓高于1. 8V時反向電流突然猛增，穩(wěn)壓二極管從而反向擊穿，此后，電流雖然在很大范圍內變化，但穩(wěn)壓二極管兩端的電壓的變化卻相當小，利于這一特性，當電源電壓高于1. 8V時，穩(wěn)壓二極管Kl被反向擊穿，電路導通，LED燈亮起；當電源電壓低于1. 8V時，穩(wěn)壓二極管Kl不能導通，LED燈不會發(fā)光報警。對標簽電源當前電壓未可知，且無專業(yè)設備檢測的情況下，對電源電壓(發(fā)射端電源4或接收端電源9)進行檢測，并用醒目LED燈報警，方便使用者對標簽工作狀態(tài)進行掌控，當電源電壓較低時，及時更換電源電池，保證標簽正常工作。此外，報警電路設計時也考慮到了低功耗的問題，因此，整個電路由按鍵開關控制，在不需要檢測電源電壓時，本部分電路做到了 O功耗，真正的省電。
權利要求
1.具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，其特征在于，它包括發(fā)射端和接收節(jié)點，發(fā)射端和接收節(jié)點之間通過無線射頻通信，發(fā)射端包括溫度監(jiān)測模塊(I)、發(fā)射端單片機(2)、發(fā)射端射頻電路(3)、發(fā)射端電源(4)和發(fā)射端低電壓報警電路(5)，溫度監(jiān)測模塊(I)的溫度信號輸出端與發(fā)射端單片機(2)的溫度信號輸入端相連，發(fā)射端電源(4)的第一電源輸出端與發(fā)射端單片機(2)的供電輸入端相連，發(fā)射端電源(4)的第二電源輸出端與發(fā)射端低電壓報警電路(5)的輸入端相連，發(fā)射端單片機(2)的數據輸入輸出端與發(fā)射端射頻電路(3)的數據輸入輸出端相連；接收節(jié)點包括串口通信電路出)、接收端單片機(7)、接收端射頻電路(8)、接收端電源(9)和接收端低電壓報警電路(10)，接收端射頻電路(8)通過無線射頻與發(fā)射端射頻電路(3)進行通信，接收端射頻電路(8)的數據輸入輸出端與接收端單片機(7)的數據輸入輸出端相連，接收端單片機(7)的上位機傳送數據輸入輸出端與串口通信電路￠)的上位機傳送數據輸入輸出端相連,接收端電源(9)的第一電源輸出端與接收端單片機(7)的供電輸入端相連，接收端電源(9)的第二電源輸出端與接收端低電壓報警電路(10)的輸入端相連。
2.根據權利要求1所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，其特征在于，溫度監(jiān)測模塊(I)采用型號為DS18B20的溫度傳感器實現。
3.根據權利要求1所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，其特征在于，發(fā)射端單片機(2)和接收端單片機(7)都采用型號為STC12LE5604AD的單片機來實現。
4.根據權利要求1所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，其特征在于，發(fā)射端射頻電路⑶和接收端射頻電路(8)都采用型號為NRF24L01的射頻芯片來實現。
5.根據權利要求1所述具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，其特征在于，發(fā)射端低電壓報警電路(5)和接收端低電壓報警電路(10)的結構相同，都包括穩(wěn)壓二極管(Kl)、啟動按鈕出3)、1^0燈和電阻1 ，啟動按鈕(B3)的一端接直流電源的正極，啟動按鈕(B3)的另一端連接穩(wěn)壓二極管(Kl)的負極，穩(wěn)壓二極管(Kl)的陽極與電阻R的一端相連，電阻R的另一端接電源GND，LED燈反向并聯在穩(wěn)壓二極管(Kl)的兩端。
全文摘要
具有低電壓報警及溫度實時監(jiān)測的車載人員定位標簽，屬于物流管理領域，本發(fā)明為解決現有采用GPS定位的射頻標簽無法實現室內等封閉空間的精確定位的問題。本發(fā)明包括發(fā)射端和接收節(jié)點，發(fā)射端和接收節(jié)點之間通過無線射頻通信，發(fā)射端包括溫度監(jiān)測模塊、發(fā)射端單片機、發(fā)射端射頻電路、發(fā)射端電源和發(fā)射端低電壓報警電路，溫度監(jiān)測模塊監(jiān)測溫度信號給發(fā)射端單片機，并通過發(fā)射端射頻電路以無線射頻的方式發(fā)射數據，接收節(jié)點包括串口通信電路、接收端單片機、接收端射頻電路、接收端電源和接收端低電壓報警電路，接收端射頻電路通過無線射頻與發(fā)射端射頻電路進行通信，并將接收的數據通過接收端單片機和串口通信電路發(fā)送給上位機。
文檔編號G01R19/165GK103034898SQ20121051236
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權日2012年12月4日
發(fā)明者趙琳, 郝勇, 田智嘉, 吳景國 申請人:哈爾濱工程大學