[实用新型]一种高精度室内移动物体定位标签

说明书

技术领域

本实用新型涉及定位标签，特别涉及一种室内移动物体的高精度快速度的定位标签。

背景技术

目前，普通定位技术(如GPS定位)的覆盖范围仍然存在一定的局限性，定位精度也不高。GPS卫星发射的无线电讯号太微弱，以至于无法穿透绝大部分的建筑物，所以对于室内定位误差较大。蓝牙定位、光跟踪定位成本太高，而且定位的位置误差不太理想。高精度声学定位技术可以解决以上不足，声学标签定位原理是基于空气中的超声波传播速度，所以精度高且快速稳定，器件成本也比较低，具有很强的实用性，可用于室内移动物体的高精度定位方面。

发明内容

本实用新型的目的是设计一种基于超声波测量技术的，针对室内货物的高精度、快速度的定位标签。

为了达到上述目的，本实用新型高精度声学定位标签使用了6个模块：电池模块、稳压模块、MCU模块、罗经模块、无线模块、超声波信号功放模块。电池模块采用锂电池供电，供电电压为5V电池容量为400mAh。电池模块供电给稳压模块，稳压模块为MCU提供稳定的3.3V电压。当上位机通过无线模块呼叫标签后，MCU模块开始把存储在单片机内的超声波数据通过内部的DMA(Direct Memory Access直接内存存取)发送给超声波信号功放模块。超声波信号功放模块是由LM4881芯片、变压器和超声波发送器组成。功放输出接变压器对该信号进行电压放大后驱动发声，最后将电压信号转换成超声波发出；同时，MCU通过I2C总线与罗经模块进行通讯，接收罗经数据，然后MCU将这些信息通过无线模块传递给上位机，以上所有过程都在30ms内完成，且定位精度能达到10cm。

附图说明

图1是本实用新型的总体方框图；

图2是本实用新型的软件流程图；

图3是本实用新型的稳压模块电路原理图；

图4是本实用新型的MCU电路原理图；

图5是本实用新型的罗经电路原理图；

图6是本实用新型的罗经参数计算定位图；

图7是本实用新型的无线模块的电路原理图；

图8是本实用新型的超声波信号功放模块的电路原理图；

具体实施方式

如图1所示，本实用新型高精度声学定位标签中含有6个模块，电池模块、稳压模块、MCU模块、罗经模块、无线模块、超声波信号功放模块。这6个模块中MCU是主控制单元，它控制协调其他模块来共同完成各种功能。软件流程图见图2。

当电压通过电池端输入后，由于系统需要稳定的3.3V的供电电压，其值要求当输入电压变化时它保持不变，所以采用了TPS77333DGK芯片，该芯片可以将不稳定的输入电压稳定在3.3V，具体电路如图3所示。

本实用新型需要长时间脱离电源单独工作，就要求功耗尽可能低，现采用超低功耗MCU-MSP430F151，具体电路如图4所示。在发送声学信号时，要求在2ms内发送1500个12位数据，普通的DA模块无法达到这个速度，现采用MCU中的DMA模块，可快速精确的传送出信号。MCU内部的I2C模块、SPI模块用来完成与无线模块及罗经模块的通讯。通过通讯，MCU对整个系统进行协调管理，完成定位需求。

在测量罗经参数来确定目标的朝向技术上，采用了HMC5883芯片，具体电路如图5所示。其中DRDY管脚是信号准备好管脚，可用于对MCU中断。SDA管脚的连接用于HMC5883和MCU进行I2C通讯。HMC5883可分别在同一时刻测出3组16位数据，计算如下：

如图6，坐标系的X、Y轴在水平面内，X轴为前进方向，Y轴垂直于X轴向右，Z轴沿重力方向向下,从磁北方向顺时针到X轴的夹角即为方位角α。俯仰角φ为罗盘纵轴与水平面之间的夹角，滚转角θ为罗盘Z轴与过X轴的铅垂面之间的夹角。当罗盘不水平时，测得重力加速度g在罗盘三轴方向的分量分别为Ax,Ay,Az，则根据坐标关系可求得俯仰角和滚转角为：

=arcsin[AXg]]]>