一種二維的定位系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及通信技術領域，尤其涉及一種二維的定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前的人員定位產品多采用無線射頻(RFID)和基于場強的ZigBee技術，從原理上來說只是解決在信號覆蓋區(qū)域內有和沒有的問題，因此極易受到礦井下電磁干擾等復雜條件的限制，無法真正實現(xiàn)井下定位信號的全覆蓋，能夠實現(xiàn)的定位只屬于區(qū)域定位。雖然有些定位產品通過漏瀉電纜或WIFI等技術實現(xiàn)了所謂的定位信號全覆蓋，但定位誤差都非常大，基本上都要大于10米，因此，這樣的定位精度不是真正意義上的精確定位，無法滿足市場上各行業(yè)對精確定位的需求。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術的缺陷，提供一種能夠實現(xiàn)礦井下作業(yè)人員或設備在二維空間上的精確定位，在定位精度上實現(xiàn)誤差小于3米，性能上相對于現(xiàn)有產品有大幅度提升的二維的定位系統(tǒng)。
[0004]—種二維定位系統(tǒng)，包括:
[0005]上位機，用于根據讀卡器的固定位置以及讀卡器發(fā)送的信息來實現(xiàn)標識卡的線性定位;同時記錄下標識卡的位置信息并以圖形的方式顯示將其顯示出來；
[0006]讀卡器，與所述上位機通過CAN總線或以太網實現(xiàn)有線的數(shù)據通訊；用于將自己所在區(qū)域內的所有標識卡信息收集上來進行處理后發(fā)給上位機，并將上位機的發(fā)送的指令傳達給標識卡；
[0007]標識卡，與所述讀卡器通過ZigBee網絡進行無線的數(shù)據連接；用于通過ZigBee無線網絡根據向讀卡器發(fā)送指令和從讀卡器接收指令的時間差來計算標識卡與讀卡器之間的距離，并將該距離信息發(fā)送給讀卡器。
[0008]進一步地，如上所述的二維定位系統(tǒng)，所述讀卡器包括第一MCU模塊、與MCU模塊連接的激活電路模塊，所述激活電路模塊用于通過125K載波信號與該讀卡器所在區(qū)域內的所有標識卡進行聯(lián)絡，以控制標識卡進入激活、休眠或高頻發(fā)送定位信息狀態(tài)。
[0009]進一步地，如上所述的二維定位系統(tǒng)，所述讀卡器包括與第一MCU模塊連接的2.4GHz高頻接收模塊、125KHz低頻接收模塊，所述高頻接收模塊用于與讀卡器所在區(qū)域內30米以上距離的標識卡進行通信;所述低頻接收模塊用于與讀卡器所在區(qū)域內小于30米距離的標識卡進行通信。
[0010]進一步地，如上所述的二維定位系統(tǒng)，所述讀卡器包括與第一MCU模塊連接的聲光報警電路模塊、紅外遙控、液晶顯示電路模塊、串行存儲模塊、FSK/CAN模塊、網絡接口電路模塊。
[0011]進一步地，如上所述的二維定位系統(tǒng)，所述讀卡器包括3.3V電源模塊和5V電源模塊;其中，3.3V電源模塊為第一MCU模塊、串行存儲模塊、FSK/CAN模塊、網絡接口電路模塊、高頻接收模塊、低頻接收模塊、紅外遙控、液晶顯示電路模塊提供電能，5V電源模塊為聲光報警電路模塊提供電能。
[0012]進一步地，如上所述的二維定位系統(tǒng)，所述標識卡包括第二MCU模塊、與第二 M⑶模塊連接的低頻喚醒電路模塊;所述低頻喚醒電路模塊與讀卡器的激活電路模塊相對應，用于通過125K載波信號與讀卡器進行聯(lián)絡，以接收和執(zhí)行讀卡器發(fā)出的激活、休眠或高頻發(fā)送定位信息的控制命令。
[0013]進一步地，如上所述的二維定位系統(tǒng)，所述標識卡包括與第二M⑶模塊連接的LED燈電路、馬達控制電路模塊、電源模塊;所述電源模塊為LED燈電路、馬達控制電路模塊、低頻喚醒電路模塊提供電能。
[0014]本發(fā)明將信號飛行時間(TOF)計算距離的概念引入礦井作業(yè)人員的定位系統(tǒng)，從而提供了能夠精確定位的二維的定位系統(tǒng)。現(xiàn)有的定位技術屬于區(qū)域定位，而本申請則屬于精確定位，區(qū)域定位指的是能確定標識卡進入了幾百米或上千米區(qū)域內，但在這個區(qū)域內的具體位置是不確定的，而本申請的精確定位能將標識卡的位置信息鎖定在3米以內，在某些特定的區(qū)域還可以將位置信息精確到厘米。相對于幾百到上千米的區(qū)域，定位精度提高了幾百甚至上千倍。現(xiàn)有的讀卡器所能覆蓋的信號范圍只有30多米，空曠的環(huán)境下也不足100米，本申請中所用的讀卡器空曠環(huán)境下的信號覆蓋范圍是1000米以上，在巷道內也能達到400米以上。所以在信號全覆蓋的情況下讀卡器的安裝成本將會降低80%以上。
【附圖說明】
[0015]圖1為發(fā)明二維的定位系統(tǒng)系統(tǒng)結構圖；
[0016]圖2為本發(fā)明定位計算示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明讀卡器結構圖；
[0018]圖4為本發(fā)明標識卡結構圖。
【具體實施方式】
[0019]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面本發(fā)明中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020]本發(fā)明提供的二維的定位系統(tǒng)系統(tǒng)由三部分組成，如圖1所示，一個上位機可以和多個讀卡器相連接，它們之間通過CAN總線或以太網實現(xiàn)有線的數(shù)據通訊，讀卡器的多少可以根據定位區(qū)域大小來確定數(shù)量，最多可達到64或128個，讀卡器和標識卡之間通過ZigBee網絡進行無線的數(shù)據連接，每個讀卡器信號區(qū)域內可最多可容納80張標識卡，當一張標識卡同時處于多個讀卡器所在區(qū)域時，該張標識卡可以同時和多個讀卡器連接。
[0021 ] 上位機
[0022]上位機是整個系統(tǒng)的核心，它負責所有讀卡器以及標識卡等相關數(shù)據的處理。標識卡與某一讀卡器的距離可以實時傳送給上位機，上位機可以通過這一信息實現(xiàn)標識卡的線性定位；當標識卡與多個讀卡器的距離同時傳給上位機時，上位機就可以通過讀卡器的固定位置信息，準確的計算出標識卡的精確位置。如圖2所示，讀卡器1、讀卡器2和兩讀卡器之間的距離D12已知，通過Dl和D2就可以計算出標識卡的位置；同理可以通過讀卡器2和讀卡器3也可以計算出標識卡的位置，這兩個位置可能會出現(xiàn)誤差，通過一定的算法把誤差降到最小從而也就得到了讀卡器的精確位置。得到標識卡的位置以后，再通過后臺的加工處理，將標識卡的位置信息以圖形的形式顯示出來，給人以最直觀的感覺。它還負責將標識卡的位置信息記錄下來，方便人們在需要時查閱。
[0023]讀卡器
[0024]讀卡器起到呈上啟下的作用，它負責將在自己區(qū)域內的所有標識卡的信息收集上來，根據讀卡時間或卡的距離進行排序處理后發(fā)給上位機，將上位機的呼叫、校時、激活、休眠等指令傳達給標識卡。安裝在出入井口，限制區(qū)域等特殊位置的讀卡器還有一項更重要的任務，就是控制進入本區(qū)域的標識卡進入激活、睡眠或高頻發(fā)送位置信息狀態(tài)。處于激活狀態(tài)的標識卡進入正常工作狀態(tài)可以讓其它讀卡器識別;處于睡眠狀態(tài)的標識卡將不再工作，以節(jié)省電能;處于高頻發(fā)送狀態(tài)的標識卡發(fā)送位置信息的頻率為通常發(fā)送頻率的5倍，以進一步提高定位的精度。讀卡器電路功能框圖如圖3所示，各部分功能表述如下:
[0025]電源部分
[0026]讀卡器需要5V和3.3V兩個電壓等極，所以輸入電源經過兩個防反接的二極管后，先經過一個開關DC-DC電源芯片將電壓變成5V，供電路中需要5V的芯片和電路模塊使用，5V電又經過一個LDO轉成3.3 V，供電路中需要3.3 V的芯片和電路模塊使用。
[0027]高頻接收模塊
[0028]讀卡器只接收兩個方向的無線信號，所以在讀卡器外側安裝兩個定向天線，在電路設計上采用了兩個接收模塊來完成兩個方向無線數(shù)據的接收，高頻接收模塊負責將接收到的2.4G無線信號轉成MCU模塊可識別的串行數(shù)字信號并傳給MCU模塊，還可以將MCU模塊發(fā)出的指令通過2.4G無線信號傳送出去。
[0029]低頻接收模塊
[0030]所述低頻接收模塊用于與讀卡器所在區(qū)域內小于30米距離的標識卡進行通信。
[0031]串行存儲模塊
[0032]串行存儲是一個大的數(shù)據存儲區(qū)，平時存儲一些第一MCU模塊需要的臨時性數(shù)據，一旦通訊線路連接不上的時候，讀卡器所采集到的標識卡信息都將存儲到這里，當通訊線路恢復正常的時候，第一 MCU模塊將數(shù)據取出傳送出去。
[0033]FSK/CAN 模塊
[0034]本部分電路是通訊電路中的一部分，當插上FSK模塊時可以進行FSK通訊，第一 MCU模塊讀取到的標識卡數(shù)據信息通過FSK總線傳遞給上位機；當插上CAN模塊時可以進行CAN通訊，第一 MCU讀取到的標識卡數(shù)據信息通過CAN總線傳遞給上位機；
[0035]激活電路模塊
[0036]本部分電路是由第一M⑶模塊發(fā)出激活信號，經激活電路轉化以后，通過125K的載波將信號傳遞給功率天線，再通過功率天線將信號傳遞出去，來激活在讀卡器附近的標識卡或者使標識卡進入休眠狀態(tài)。
[0037]紅外遙控、液晶顯示電路模塊
[0038]本電路是人機交互部分電路，紅外遙控電路接收遙控器發(fā)出的操作指令傳遞給第一MCU模塊，第一MCU模塊通過處理，將需要顯示的數(shù)據通過液晶顯示電路傳遞給液晶，需要發(fā)送的數(shù)據通過相應的通訊端口向外傳遞。
[0039]聲光報警電路模塊
[0040]當需要聲光報警時，第一MCU模塊發(fā)出聲光報警信號，聲光報警電路將報警信號轉換成聲報警器和光報警器可以識別的電信號，分別發(fā)出聲報警和光報警。
[0041 ] 網絡接口電路模塊
[0042]本部分電路也是通訊接口電路中的一部分，也是以太網的物理層，本電路接收上位機通過以太網傳遞過來的數(shù)據指令，將指令傳遞給第一 MCU模塊，第一 MCU模塊通過該電路模塊將標識卡的ID號碼、距離和時間等數(shù)據信息傳遞給上位機。
[0043]第一MCU 模塊
[0044]第一MCU模塊是本讀卡器的核心器件，它負責對本讀卡器各部分電路的協(xié)調工作。處理各數(shù)據接口傳遞過來的數(shù)據或指令，通過各數(shù)據接口向外發(fā)送數(shù)據。接收通過高頻接收模塊或低頻接收模塊接收的標識卡信息，在液晶屏上顯示相應的信息，需要報警時發(fā)出聲光報警信號。當通訊出現(xiàn)故障時存儲相應的數(shù)據。
[0045]標識卡
[0046]標識卡是整個系統(tǒng)的最末端，卻是定位信息產生的原頭。當標識卡被激活處于工作狀態(tài)以后，它將時刻掃描自己所處的無線網絡，當它入網以后，通過ZigBee無線網絡向讀卡器發(fā)出特殊指令，讀卡器將指令返回，標識卡再接收到指令，通過接收到指令和發(fā)出指令的時間差計算出標識卡與讀卡器之間的距離通，并將此計算結果發(fā)送到讀卡器。由于采