本發(fā)明屬于電子標簽領域，更具體涉及一種超聲波定位有源電子標簽組裝置，同時還涉及一種站點和端點距離確定的方法。

背景技術：

人員定位是安全生產領域難度大的課題，常用做法為工地或車間入口讀寫器與工人隨身佩帶的電子標簽(RFID)組合系統，實現工地或車間人員數量及其身份管理，但無法實現確定其在工地或車間內的具體位置定位，也有采用GPS定位，但對于工地或車間尺度(數十米級范圍內)，定位精度差、成本高。實現工地或車間區(qū)域人員定位，必須采用高精度距離測量。目前，廣泛使用雷達或激光測距方法，精度可達毫米級。前者采用的超聲波測量，實現點到空間內的任何目標距離測量，后者為激光測量，實現點對點的測量。由于人員在工作區(qū)域是移動目標，因此，采用基于超聲波的雷達測量，更易實現。

技術實現要素：

發(fā)明的目的是在于提供了一種超聲波定位有源電子標簽組裝置，能夠實時精準確定站點與端點的身份信息與距離，設置站點電子標簽和端點電子標簽，將電子標簽的身份識別追蹤功能和雷達的距離測量功能相結合，電子標簽確定站點和端點信息，超聲波精確確定站點電子標簽和端點電子標簽之間的距離。

本發(fā)明的目的是在于提供了一種站點和端點距離確定的方法，方法易行，操作簡便，能夠實時確定站點與端點的身份信息和距離,為端點空間定位提供基礎。

為了實現上述的目的，本發(fā)明采用以下技術措施：

一種超聲波定位有源電子標簽組裝置，包括站點電子標簽和端點電子標簽。站點電子標簽包括超聲波發(fā)射模塊、控制器A、存儲器A、射頻模塊A、狀態(tài)指示模塊A、ID設置模塊A和電源A等。端點電子標簽包括超聲波接收模塊、控制器B、存儲器B、射頻模塊B、狀態(tài)指示模塊B、ID設置模塊B和電源B等，通過射頻模塊A與射頻模塊B通信，此外，站點電子標簽中超聲波發(fā)射模塊用于發(fā)射超聲波，端點電子標簽中超聲波接收模塊用于接收超聲波。

所述站點電子標簽中，控制器A分別與超聲波發(fā)射模塊、存儲器A、射頻模塊A、ID設置模塊A和狀態(tài)指示模塊A相連；電源A分別與控制器A、超聲波發(fā)射模塊、存儲器A、射頻模塊A、狀態(tài)指示模塊A、ID設置模塊A相連?？刂破鰽能夠控制超聲波發(fā)射模塊發(fā)射超聲波，能夠控制存儲器A存儲數據，能夠控制射頻模塊A與管理終端，端點電子標簽和其他站點電子標簽通信，能夠控制狀態(tài)指示模塊A以聲光形式指示狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述的射頻模塊A用于與管理終端、站點和端點電子標簽通信。

優(yōu)選地，所述的ID設置模塊A可以手動設置站點ID信息。

優(yōu)選地，狀態(tài)指示模塊A以聲光形式指示站點電子標簽工作狀態(tài)。

所述端點電子標簽中，控制器A與超聲波接收模塊、存儲器B、射頻模塊B、ID設置模塊A和狀態(tài)指示模塊B相連；電源B與控制器B、超聲波接收模塊、存儲器B、射頻模塊B、狀態(tài)指示模塊B相連?？刂破鰾能夠控制超聲波接收模塊接收超聲波，超聲波接收模塊能夠將接收到的超聲波信號傳輸至控制器B，控制器B能夠控制存儲器B存儲信息，能夠控制射頻模塊B與站點電子標簽通信，能控制狀態(tài)指示模塊B以聲光形式指示狀態(tài)。

優(yōu)選地，所述射頻模塊B用于與站點電子標簽通信。

優(yōu)選地，所述ID設置模塊B可以手動設置端點ID信息。

優(yōu)選地，狀態(tài)指示模塊B以聲光形式指示端點電子標簽工作狀態(tài)和安全狀態(tài)。

一種站點和端點距離確定的方法，其步驟是：

1、站點電子標簽控制器A和端點電子標簽控制器B端口初始化；

2、站點電子標簽ID設置模塊A設置站點ID，端點電子標簽ID設置模塊B設置端點ID；

3、站點電子標簽控制射頻模塊A與端點電子標簽射頻模塊B通信，構建站點和端點通信網絡；

4、站點電子標簽控制器A控制超聲波發(fā)射模塊發(fā)射探距超聲波，同步控制射頻模塊A與端點電子標簽的射頻模塊B通信；

5、端點電子標簽射頻模塊B接收到通信信號，通知控制器B開始計時，記錄時刻為t1；

6、超聲波接收模塊接收探距超聲波，控制器B接收該信號，并同步停止計時，記錄該時刻t2；

7、控制儲存器B儲存時刻信息t1和記錄該時刻t2，同時控制射頻模塊B將時刻信息t1和記錄該時刻t2傳輸至射頻模塊A；

8、站點電子標簽射頻模塊A接收端點時間信號，傳輸至控制器A；

9、站點電子標簽控制器A計算信號時刻差T＝t1-t2，并控制儲存器A儲存信息；

10、控制器判斷時候達到超聲波發(fā)射循環(huán)次數，若否，則進入步驟(4)；若是，則進入步驟(11)；

11、控制器計算循環(huán)后的平均時刻差，乘以超聲波速度，得到站點與端點之間的距離；

12、站點繼續(xù)監(jiān)測下一個端點距離。獲得的結果是站點與端點之間的距離和端點的身份信息。

按照本發(fā)明的另一個方面，還提供了確定端點空間位置的方法：其步驟是：

A、布置3個站點電子標簽(稱為站點)，建立空間坐標系并確定3個站點的空間坐標；

B、測量端點電子標簽(稱為端點)分別到3個站點的距離，即可確定該端點在空間坐標系中的位置。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

1)本發(fā)明利用超聲波能夠實時精確確定監(jiān)測端點的身份信息和空間位置；

2)本發(fā)明的射頻模塊能夠實現信息接收與發(fā)射功能，因此具有信息傳輸一體化功能；

3)本發(fā)明能夠計算分析進入工地或車間的人員和設備的精確坐標，實時確定人員和設備安全狀態(tài)，進行安全生產實時監(jiān)控管理，從而減少事故隱患。

通過事先布置站點電子標簽，確定空間坐標系中三個站點電子標簽坐標依次為A(0,2,2),B(2,0,2),和C(0,0,3)。通過站點電子標簽A和端點電子標簽E實時測距,站點電子標簽B和端點電子標簽E實時測距,站點電子標簽C和端點電子標簽E實時測距,確定t時刻端點電子標簽E到站點電子標簽A,B,和C的距離分別為R_AE＝2.828m,R_BE＝2.828m,和R_CE＝4.123m，構建方程即可求得t時刻端點電子標簽的空間坐標E(x,y,z)。即:

(x-0)²+(y-2)²+(z-2)²＝2.828²

(x-2)²+(y-0)²+(z-2)²＝2.828²

(x-0)²+(y-0)²+(z-3)²＝4.123²

E(x,y,z)＝(2,2,0)

附圖說明

圖1為一種站點電子標簽結構框圖；

圖2為一種端點電子標簽結構框圖；

圖3為一種站點和端點測距流程圖。

圖4為一種端點空間位置確定示意圖。

其中：超聲波發(fā)射模塊(TELESKY HC-SR04)、控制器A(PIC16C75A)、存儲器A(可以集成)、射頻模塊A(RF24L01)、狀態(tài)指示模塊A(普通發(fā)光二極管)、電源A(集成電源，如南孚電池)。超聲波接收模塊(TELESKY HC-SR04及CX20106A)、控制器B(PIC16C75A)、存儲器B(可以集成)、射頻模塊B(RF24L01)、狀態(tài)指示模塊B(普通發(fā)光二極管)、電源B(集成電源，如南孚電池)

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

實施例1：

根據圖1、圖2可知，一種超聲波定位有源電子標簽組裝置，包括超聲波發(fā)射模塊、控制器A、存儲器A、射頻模塊A、狀態(tài)指示模塊A、電源A、超聲波接收模塊、控制器B、存儲器B、射頻模塊B、狀態(tài)指示模塊B、電源B，其特征在于：通過射頻模塊A與射頻模塊B通信，此外，站點電子標簽中超聲波發(fā)射模塊用于發(fā)射超聲波，端點電子標簽中超聲波接收模塊用于接收超聲波?？刂破鰽分別與超聲波發(fā)射模塊、存儲器A、射頻模塊A、ID設置模塊A和狀態(tài)指示模塊A相連，所述控制器A能夠控制超聲波發(fā)射模塊發(fā)射探距超聲波；能夠控制儲存器A存取信息，能夠控制射頻模塊A與管理終端、站點和端點電子標簽通信，能夠控制狀態(tài)指示模塊A顯示站點工作狀態(tài)。所述電源A接地為站點電子標簽所有模塊供電?？刂破鰾分別與超聲波接收模塊、存儲器B、射頻模塊B、ID設置模塊B和狀態(tài)指示模塊B相連。所述控制器B能夠控制超聲波接收模塊接收站點發(fā)生的探距超聲波，能夠控制儲存器B存取信息，能夠控制射頻模塊B與站點電子標簽通信，能夠控制狀態(tài)指示模塊B顯示端點工作狀態(tài)及安全狀態(tài)。所述電源B接地為端點電子標簽所有模塊供電。

所述的存儲器(Memory)是現代信息技術中用于保存信息的記憶設備。其概念很廣，有很多層次，在數字系統中，只要能保存二進制數據的都可以是存儲器；在集成電路中，一個沒有實物形式的具有存儲功能的電路也叫存儲器，如RAM、FIFO等；在系統中，具有實物形式的存儲設備也叫存儲器，如內存條、TF卡等。計算機中全部信息，包括輸入的原始數據、計算機程序、中間運行結果和最終運行結果都保存在存儲器中。它根據控制器指定的位置存入和取出信息。有了存儲器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。計算機中的存儲器按用途存儲器可分為主存儲器(內存)和輔助存儲器(外存),也有分為外部存儲器和內部存儲器的分類方法。外存通常是磁性介質或光盤等，能長期保存信息。內存指主板上的存儲部件，用來存放當前正在執(zhí)行的數據和程序，但僅用于暫時存放程序和數據，關閉電源或斷電，數據會丟失。

實施例2：

根據圖3可知,一種站點和端點距離確定的方法，其步驟是：

(1)站點電子標簽控制器A和端點電子標簽控制器B端口初始化；

(2)站點電子標簽ID設置模塊A設置站點ID，端點電子標簽ID設置模塊B設置端點ID；

(3)站點電子標簽控制射頻模塊A與端點電子標簽射頻模塊B通信，構建站點和端點通信網絡；

(4)站點電子標簽控制器A控制超聲波發(fā)射模塊發(fā)射探距超聲波，同步控制射頻模塊A與端點電子標簽的射頻模塊B通信；

(5)端點電子標簽射頻模塊B接收到通信信號，通知控制器B開始計時，記錄時刻為t1；

(6)超聲波接收模塊接收探距超聲波，控制器B接收該信號，并同步停止計時，記錄該時刻t2；

(7)控制儲存器B儲存時刻信息t1和記錄該時刻t2，同時控制射頻模塊B將時刻信息t1和記錄該時刻t2傳輸至射頻模塊A；

(8)站點電子標簽射頻模塊A接收端點時間信號，傳輸至控制器A；

(9)站點電子標簽控制器A計算信號時刻差T＝t1-t2，并控制儲存器A儲存信息；

(10)控制器判斷時候達到超聲波發(fā)射循環(huán)次數，若否，則進入步驟(4)；若是，則進入步驟(11)；

(11)控制器計算循環(huán)后的平均時刻差，乘以超聲波速度，得到站點與端點之間的距離；

(12)站點繼續(xù)監(jiān)測下一個端點距離。獲得的結果是站點與端點之間的距離和端點的身份信息。

實施例3：

根據圖4可知，確定端點空間位置方法在于：設置3個站點電子標簽A,B,和C，建立起空間坐標系并確定3個站點位置A(x_A,y_A,z_A),B(x_B,y_B,z_B),和C(x_C,y_C,z_C)。通過站點和端點測距得出端點E(x,y,z)到站點A,B,和C的距離R_AE,R_BE,和R_CE，構建方程即可求得端點E的空間坐標。即:

${\left({x-x}_A\right)}^2+{\left({y-y}_A\right)}^2+{\left({z-z}_A\right)}^2=R_{\mathrm{AE}}^2$

${\left({x-x}_B\right)}^2+{\left({y-y}_B\right)}^2+{\left({z-z}_B\right)}^2=R_{\mathrm{BE}}^2$

${\left({x-x}_C\right)}^2+{\left({y-y}_C\right)}^2+{\left({z-z}_C\right)}^2=R_{\mathrm{CE}}^2$

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。