本實(shí)用新型涉及一種無線通信定位系統(tǒng)，尤其涉及一種基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

Zigbee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低成本的雙向無線通信技術(shù)。通過2.4G自組網(wǎng)協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)多達(dá)65536個(gè)節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)傳感器無線通信，廣泛用于工業(yè)領(lǐng)域。在城市道路及區(qū)域中，GPS定位系統(tǒng)已經(jīng)大面積覆蓋，因此，有待研發(fā)出一種基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)，可適用煤礦或隧道，確定工作人員的位置及發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)迅速找到工作人員；跟蹤碼頭倉庫的集裝箱起運(yùn)情況；用于電廠、變電站等危險(xiǎn)區(qū)域，確定工作人員位置；用于養(yǎng)老院，確定入院人員的位置及發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)的緊急呼叫等室內(nèi)需要定位的場合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的在于提供一種基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)，其定位卡片可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確定位。

為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)，其采用多個(gè)定位卡片；每個(gè)定位卡片包括控制模塊以及分別與控制模塊電性連接且受控于控制模塊的電池/電源管理模塊、電量采集電路、溫度采集電路、狀態(tài)指示模塊、射頻電路、RS485通信電路；通過電量采集電路，實(shí)時(shí)采集相應(yīng)定位卡片的電量信息；通過溫度采集電路，實(shí)時(shí)采集相應(yīng)定位卡片的溫度參數(shù)；通過狀態(tài)指示模塊，將工作狀態(tài)以LED燈的方式展示；通過射頻電路，將無線射頻信號進(jìn)行收發(fā)并檢測信號強(qiáng)度；通過RS485通信電路，對相應(yīng)定位卡片進(jìn)行設(shè)置。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，通過一個(gè)電池接入端口將電池供電接入電池/電源管理模塊，電池的正端串連二極管D6，輸出電源VDD作為電池/電源管理模塊的供電電壓；電池/電源管理模塊將電源VDD轉(zhuǎn)換為電源VCC，并將這兩種電源供相應(yīng)定位卡片的各個(gè)模塊使用。

進(jìn)一步地，電池/電源管理模塊包括電源芯片、電阻R3、電容C11、電容C14、二極管D6；所述電源芯片的電源輸入端IN連接電源VDD，電源VDD一方面經(jīng)由電容C11接地，另一方面經(jīng)由電阻R3連接所述電源芯片的使能端EN；所述電源芯片的電源輸出端OUT輸出電源VCC，所述電源芯片的接地端GND接地且與電源VCC之間串接電容C14。

進(jìn)一步地，控制模塊包括CC2530芯片、復(fù)位電路、兩個(gè)晶振電路、去耦及濾波電路、射頻收發(fā)電路；復(fù)位電路對CC2530芯片提供復(fù)位，兩個(gè)晶振電路對CC2530芯片提供工作需要的晶振，去耦及濾波電路對CC2530芯片實(shí)現(xiàn)去耦及濾波功能，射頻收發(fā)電路對CC2530芯片實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)功能。

進(jìn)一步地，去耦及濾波電路包括電感L1、電容C1～C8；電容C1并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD_DREG上，電容C2并聯(lián)在CC2530芯片的引腳DVDD上，電容C3并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD5/AVDD_SOC上，電容C4并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD3上，電容C5、電容C6均并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD2、AVDD1、AVDD4上，電容C7并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD_GUARD上，電容C8與電容C1～C7并聯(lián)且經(jīng)由電感L1連接電源VDD。

進(jìn)一步地，射頻收發(fā)電路包括電容C9～C10、C12、C15～C17及電感L2～L4；電容C9的一端連接CC2530芯片的引腳RF_P，電容C9的另一端經(jīng)由電容C10、電容C17接地；電容C12的一端連接CC2530芯片的引腳RF_N，電容C12的另一端經(jīng)由電容C15接地；電感L2的一端接地，電感L2的另一端連接在電容C9和電容C10之間且還連接電感L3的一端，電感L3的另一端連接在電容C12和電容C15之間且還連接電感L4的一端，電感L4的另一端連接在電容C10和電容C17之間且還經(jīng)由電容C13接外部天線E1；電容C16的一端接外部天線E1，電容C16的另一端接地。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，通信電路采用RS485通信電路。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，每個(gè)定位卡片包括與控制模塊電性連接的功能擴(kuò)展模塊。

作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述指示燈采用LED燈。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、實(shí)時(shí)確定定位卡片的相對位置和絕對位置。

2、實(shí)時(shí)檢測定位卡片的溫度及電量參數(shù)。

3、根據(jù)三點(diǎn)或多點(diǎn)定位模型確定定位位置。

4、具有服務(wù)器數(shù)據(jù)庫管理及地圖顯示功能。

5、具備低功耗無線組網(wǎng)功能。

6、具有RS485通信設(shè)置接口。

附圖說明

圖1是基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)的定位原理框圖。

圖2是本實(shí)用新型基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)的定位卡片的電路框圖。

圖3是圖2中電池/電源管理模塊的電路圖。

圖4是圖2中控制模塊的電路圖。

圖5是圖2中溫度采集電路的電路圖。

圖6是圖2中RS485通信電路的電路圖。

圖7是圖2中電量采集電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

安裝圖1所示的基于Zigbee的室內(nèi)定位監(jiān)測系統(tǒng)，在需要定位的空間內(nèi)，每隔50～100米布置一個(gè)位置節(jié)點(diǎn)2，該位置節(jié)點(diǎn)2作為整個(gè)定位系統(tǒng)提供位置參數(shù)；將各個(gè)位置節(jié)點(diǎn)2在定位系統(tǒng)中初始化安裝；將需要定位的人或事物佩戴一個(gè)定位卡片3；定位卡片3和位置節(jié)點(diǎn)2的數(shù)據(jù)通過路由/數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)4進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。路由或數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)4通過網(wǎng)線及交換機(jī)5與后臺(tái)服務(wù)器1建立通信，從而組建一套無線定位系統(tǒng)。

其中多點(diǎn)定位方法如下所述：X為所需的定位卡片位置，已知A，B，C三點(diǎn)位置，以及X點(diǎn)與A，B，C三點(diǎn)的距離。取A或B或C中任一點(diǎn)為球心，以A，B，C的RSSI信號轉(zhuǎn)換的距離作為半徑作球形圖，得到三個(gè)球形交點(diǎn)處即為X的具體位置。若需要更精確的位置，可選取E、F等點(diǎn)，重復(fù)作圖。

圖2是本實(shí)用新型的定位卡片3的模塊框圖。每個(gè)定位卡片包括控制模塊30以及分別與控制模塊30電性連接且受控于控制模塊30的電池/電源管理模塊31、電量采集電路32、溫度采集電路33、狀態(tài)指示模塊34、射頻電路35、通信電路36(可為RS485通信電路)、功能擴(kuò)展模塊37。通過電量采集電路32，實(shí)時(shí)采集相應(yīng)定位卡片的電量信息；通過溫度采集電路33，實(shí)時(shí)采集相應(yīng)定位卡片的溫度參數(shù)；通過狀態(tài)指示模塊34，將工作狀態(tài)以指示燈(如LED燈)的方式展示；通過射頻電路35，將無線射頻信號進(jìn)行收發(fā)并檢測信號強(qiáng)度；通過RS485通信電路對相應(yīng)定位卡片進(jìn)行設(shè)置；通過功能擴(kuò)展模塊37對相應(yīng)的定位卡片實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。

也即是說，單片機(jī)IC1作為微控制器，負(fù)責(zé)整個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作及運(yùn)行。通過電量采集電路，實(shí)時(shí)采集該節(jié)點(diǎn)的電量信息；通過溫度采集單元，實(shí)時(shí)采集該節(jié)點(diǎn)的溫度參數(shù)；通過指示燈電路，將工作狀態(tài)以LED燈的方式展示，便于操作人員及調(diào)試人員；通過2.4G射頻電路，將2.4G無線射頻信號進(jìn)行收發(fā)并檢測信號強(qiáng)度；通過RS485電路，對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置。

請參閱圖3，通過一個(gè)電池接入端口將電池供電接入電池/電源管理模塊31，電池的正端串連二極管D6，輸出電源VDD作為電池/電源管理模塊31的供電電壓；電池/電源管理模塊31將電源VDD轉(zhuǎn)換為電源VCC，并將這兩種電源供相應(yīng)定位卡片3的各個(gè)模塊使用。

電池/電源管理模塊31包括電源芯片、電阻R3、電容C11、電容C14、二極管D6；所述電源芯片的電源輸入端IN連接電源VDD，電源VDD一方面經(jīng)由電容C11接地，另一方面經(jīng)由電阻R3連接所述電源芯片的使能端EN；所述電源芯片的電源輸出端OUT輸出電源VCC，所述電源芯片的接地端GND接地且與電源VCC之間串接電容C14。

在本實(shí)施例中，通過電池接入端口將電池供電接入電路板，電池正端串連二極管D6，輸出VDD_3.3V作為電路板供電電壓，采用電源芯片LP5907將VDD_3.3V轉(zhuǎn)換為VCC_1.8，并將該兩種電源共單片機(jī)IC1及電路中其他單元模塊使用。其中LP5907引腳1接C11濾波電容，LP5907引腳2接R3上拉，使能電源芯片LP5907，LP5907引腳4接C14去耦電容并輸出VCC_1.8。

請參閱圖4，控制模塊30包括CC2530芯片、復(fù)位電路、兩個(gè)晶振電路、去耦及濾波電路、射頻收發(fā)電路；復(fù)位電路對CC2530芯片提供復(fù)位，兩個(gè)晶振電路對CC2530芯片提供工作需要的晶振，去耦及濾波電路對CC2530芯片實(shí)現(xiàn)去耦及濾波功能，射頻收發(fā)電路對CC2530芯片實(shí)現(xiàn)無線收發(fā)功能。

去耦及濾波電路包括電感L1、電容C1～C8；電容C1并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD_DREG上，電容C2并聯(lián)在CC2530芯片的引腳DVDD上，電容C3并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD5/AVDD_SOC上，電容C4并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD3上，電容C5、電容C6均并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD2、AVDD1、AVDD4上，電容C7并聯(lián)在CC2530芯片的引腳AVDD_GUARD上，電容C8與電容C1～C7并聯(lián)且經(jīng)由電感L1連接電源VDD。

射頻收發(fā)電路包括電容C9～C10、C12、C15～C17及電感L2～L4；電容C9的一端連接CC2530芯片的引腳RF_P，電容C9的另一端經(jīng)由電容C10、電容C17接地；電容C12的一端連接CC2530芯片的引腳RF_N，電容C12的另一端經(jīng)由電容C15接地；電感L2的一端接地，電感L2的另一端連接在電容C9和電容C10之間且還連接電感L3的一端，電感L3的另一端連接在電容C12和電容C15之間且還連接電感L4的一端，電感L4的另一端連接在電容C10和電容C17之間且還經(jīng)由電容C13接外部天線E1；電容C16的一端接外部天線E1，電容C16的另一端接地。

在本實(shí)施例中，控制模塊30包括TI的CC2530芯片，復(fù)位電路R4和C19，晶振電路C21、C22、Y2，晶振電路C23、C24、Y1，去耦及濾波電路L1、C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，供電電源VDD_3.3V和VCC_1.8及電源地。射頻收發(fā)電路，為設(shè)計(jì)與IC1內(nèi)部射頻模塊相匹配的射頻網(wǎng)絡(luò)，由電容C9、C10、C12、C15、C16、C17及電感L2、L3、L4共同組成該射頻網(wǎng)絡(luò)，并通過C9與C12接入IC1引腳26和引腳25，通過C13接出到外部50歐姆天線E1。狀態(tài)指示單元，由IC1引腳9連接LED2和R1，R1接入電源VDD_3.3V；由IC1引腳11連接LED1和R2，R2接入電源VDD_3.3V。通過單片機(jī)控制LED1及LED2的高低電平來指示節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)。

最小系統(tǒng)通過單片機(jī)的IO接口及外設(shè)分別與電量采集電路、溫度采集電路、指示燈電路、射頻電路及RS485電路相連接。

請參閱圖5，溫度采集電路33，通過單片機(jī)IC1數(shù)字引腳P0_7將芯片DS18B20即U1的數(shù)字引腳2接入，同時(shí)U1的引腳2接電阻R5上拉，U1的引腳3接電源VDD_3.3V且并連濾波電容C18，U1的引腳1接電路板地。單片機(jī)通過數(shù)字IO建立與U1的單總線通信，讀取節(jié)點(diǎn)的溫度信息并上報(bào)。

請參閱圖6，RS485通信電路36將IC1的UART單元引腳17通過R7連接U2的引腳1、引腳18通過R10連接U2的引腳4，將IC1的引腳16連接U2的引腳2和引腳3，U2的引腳6、引腳7通過電阻R8、R9、R11接入RS485輸出接口，U2引腳8接電源VDD_3.3V，U2引腳5接電源地。通過IC的UART單元接入RS485通信，對位置節(jié)點(diǎn)機(jī)定位卡片進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

請參閱圖7，電量采集電路32通過R20和R21將電池分壓后，連接單片機(jī)IC1模擬輸入引腳P1_2，同時(shí)連接去耦電容C30和過壓保護(hù)二極管D5，測試電池輸入電壓VDD_3.3V，實(shí)時(shí)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)供電電池信息，并將節(jié)點(diǎn)電量信息上報(bào)。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本實(shí)用新型所作的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型具體實(shí)施僅限于這些說明。對于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的實(shí)用新型保護(hù)范圍。